プリンキピア

第15章遺伝子とタンパク質

Section Summary節のまとめ

The genetic code refers to the DNA alphabet (A, T, C, G), the RNA alphabet (A, U, C, G), and the polypeptide alphabet (20 amino acids). The central dogma describes the flow of genetic information in the cell from genes to mRNA to proteins. Genes are used to make mRNA by the process of transcription; mRNA is used to synthesize proteins by the process of translation. The genetic code is degenerate because 64 triplet codons in mRNA specify only 20 amino acids and three nonsense codons. Most amino acids have several similar codons. Almost every species on the planet uses the same genetic code.
遺伝暗号は、DNAのアルファベット（A、T、C、G）、RNAのアルファベット（A、U、C、G）、ポリペプチドのアルファベット（20種類のアミノ酸）を指す。セントラルドグマは、細胞内で遺伝子からmRNAへ、そしてタンパク質へと進む遺伝情報の流れを記述する。遺伝子をもとに、転写という過程でmRNAが作られ、そのmRNAをもとに、翻訳という過程でタンパク質が合成される。mRNAの64種類の3塩基コドンは、20種類だけのアミノ酸と3種類のナンセンスコドンを指定するため、遺伝暗号は縮重している。ほとんどのアミノ酸には、似たコドンが複数ある。地球上のほぼすべての種が、同じ遺伝暗号を使っている。

Review Questions確認問題

Exercises 1–3練習問題 1–3
Exercise 1問題 1
The AUC and AUA codons in mRNA both specify isoleucine. What feature of the genetic code explains this?
mRNAのAUCコドンとAUAコドンは、どちらもイソロイシンを指定する。これを説明する遺伝暗号の特徴は何か。
  1. complementarity
    相補性
  2. nonsense codons
    ナンセンスコドン
  3. universality
    普遍性
  4. degeneracy
    縮重
Solution解き方
D
D
Exercise 2問題 2
How many nucleotides are in 12 mRNA codons?
mRNAの12個のコドンには、ヌクレオチドが何個あるか。
  1. 12
    12
  2. 24
    24
  3. 36
    36
  4. 48
    48
Solution解き方
C
C
Exercise 3問題 3
Which event contradicts the central dogma of molecular biology?
英語のヒント
分子生物学のセントラルドグマに反する出来事は、どれか。
  1. Poly-A polymerase enzymes process mRNA in the nucleus.
    ポリAポリメラーゼが、核内でmRNAを加工する。
  2. Endonuclease enzymes splice out and repair damaged DNA.
    エンドヌクレアーゼが、損傷したDNAを切り出して修復する。
  3. Scientists use reverse transcriptase enzymes to make DNA from RNA.
    科学者が逆転写酵素を使い、RNAからDNAを作る。
  4. Codons specifying amino acids are degenerate and universal.
    アミノ酸を指定するコドンには縮重があり、普遍的である。
Solution解き方
C
C

Critical Thinking Questions考察問題

Exercises 4–6練習問題 4–6
Exercise 4問題 4
Imagine if there were 200 commonly occurring amino acids instead of 20. Given what you know about the genetic code, what would be the shortest possible codon length? Explain.
一般的に存在するアミノ酸が、20種類ではなく200種類あったと仮定しよう。遺伝暗号について知っていることから、コドンの最短の長さは何ヌクレオチドになるか。説明しなさい。
Solution解き方
For 200 commonly occurring amino acids, codons consisting of four types of nucleotides would have to be at least four nucleotides long, because 44 = 256. There would be much less degeneracy in this case.
一般的に存在するアミノ酸が200種類なら、4種類のヌクレオチドからなるコドンの長さは、少なくとも4ヌクレオチドでなければならない。44 = 256だからである。この場合、縮重ははるかに少なくなる。
Exercise 5問題 5
Discuss how degeneracy of the genetic code makes cells more robust to mutations.
英語のヒント
遺伝暗号の縮重が、どのように細胞を変異に対して強くしているかを論じなさい。
Solution解き方
Codons that specify the same amino acid typically only differ by one nucleotide. In addition, amino acids with chemically similar side chains are encoded by similar codons. This nuance of the genetic code ensures that a single-nucleotide substitution mutation might either specify the same amino acid and have no effect, or may specify a similar amino acid, preventing the protein from being rendered completely nonfunctional.
同じアミノ酸を指定するコドンは、通常、ヌクレオチドが1つ違うだけである。また、化学的に似た側鎖をもつアミノ酸は、似たコドンでコードされる。遺伝暗号のこの細かな性質により、1ヌクレオチドの置換変異が起きても、同じアミノ酸が指定されて影響がなかったり、似たアミノ酸が指定されたりする可能性がある。そのため、タンパク質が完全に機能を失うのを防げる。
Exercise 6問題 6
A scientist sequencing mRNA identifies the following strand: CUAUGUGUCGUAACAGCCGAUGACCCG
mRNAの配列を決定している科学者が、次の鎖を見いだした。CUAUGUGUCGUAACAGCCGAUGACCCG
What is the sequence of the amino acid chain this mRNA makes when it is translated?
このmRNAが翻訳されると、どのようなアミノ酸鎖の配列ができるか。
Solution解き方
Met Cys Arg Asn Ser Arg
Met Cys Arg Asn Ser Arg
The first step to writing the amino acid sequence is to find the start codon AUG. Then, the nucleotide sequence is separated into triplets: CU AUG UGU CGU AAC AGC CGA UGA. We stop the translation at UGA because that triplet encodes a stop codon. When we convert these codons to amino acids, the sequence becomes Met Cys Arg Asn Ser Arg.
アミノ酸配列を書く最初の手順は、開始コドンAUGを見つけることである。次に、ヌクレオチド配列を3つずつの組に分ける。CU AUG UGU CGU AAC AGC CGA UGA。UGAは終止コドンをコードするので、そこで翻訳を止める。これらのコドンをアミノ酸に変換すると、配列はMet Cys Arg Asn Ser Argとなる。
central dogma
セントラルドグマ
states that genes specify the sequence of mRNAs, which in turn specify the sequence of proteins
遺伝子がmRNAの配列を指定し、それがさらにタンパク質の配列を指定するという考え方。
codon
コドン
three consecutive nucleotides in mRNA that specify the insertion of an amino acid or the release of a polypeptide chain during translation
mRNA中の連続する3個のヌクレオチドで、翻訳時にアミノ酸の挿入、またはポリペプチド鎖の放出を指定する。
colinear
共線的
in terms of RNA and protein, three “units” of RNA (nucleotides) specify one “unit” of protein (amino acid) in a consecutive fashion
RNAとタンパク質について、RNAの3つの「単位」（ヌクレオチド）が、タンパク質の1つの「単位」（アミノ酸）を、順序を保って指定すること。
degeneracy
縮重
(of the genetic code) describes that a given amino acid can be encoded by more than one nucleotide triplet; the code is degenerate, but not ambiguous
英語のヒント
遺伝暗号において、あるアミノ酸が複数の3ヌクレオチドの組でコードされうること。暗号には縮重があるが、曖昧さはない。
nonsense codon
ナンセンスコドン
one of the three mRNA codons that specifies termination of translation
翻訳の終結を指定する、3種類のmRNAコドンの1つ。
reading frame
読み枠
sequence of triplet codons in mRNA that specify a particular protein; a ribosome shift of one or two nucleotides in either direction completely abolishes synthesis of that protein
英語のヒント
特定のタンパク質を指定する、mRNA中の3塩基コドンの並び。リボソームがどちらかの方向に1個または2個のヌクレオチド分ずれると、そのタンパク質の合成は完全に失われる。