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

In prokaryotes, mRNA synthesis is initiated at a promoter sequence on the DNA template comprising two consensus sequences that recruit RNA polymerase. The prokaryotic polymerase consists of a core enzyme of four protein subunits and a σ protein that assists only with initiation. Elongation synthesizes mRNA in the 5' to 3' direction at a rate of 40 nucleotides per second. Termination liberates the mRNA and occurs either by rho protein interaction or by the formation of an mRNA hairpin.
原核生物のmRNA合成は、DNA鋳型上のプロモーター配列から始まる。プロモーターには、RNAポリメラーゼを呼び込む2つの共通配列がある。原核生物のポリメラーゼは、4つのタンパク質サブユニットからなるコア酵素と、開始だけを助けるσタンパク質からなる。伸長では、5′から3′の方向に、1秒あたり40ヌクレオチドの速さでmRNAが合成される。終結は、ρタンパク質との相互作用、またはmRNAのヘアピン形成によって起こり、mRNAを放出する。

Review Questions確認問題

Exercises 7–9練習問題 7–9
Exercise 7問題 7
Which subunit of the E. coli polymerase confers specificity to transcription?
大腸菌のポリメラーゼのうち、転写に特異性を与えるサブユニットはどれか。
  1. α
    α
  2. β
    β
  3. β'
    β′
  4. σ
    σ
Solution解き方
D
D
Exercise 8問題 8
The -10 and -35 regions of prokaryotic promoters are called consensus sequences because ________.
原核生物のプロモーターの−10領域と−35領域が共通配列と呼ばれるのは、________からである。
  1. they are identical in all bacterial species
    すべての細菌種で同一である
  2. they are similar in all bacterial species
    すべての細菌種で似ている
  3. they exist in all organisms
    すべての生物に存在する
  4. they have the same function in all organisms
    すべての生物で同じ働きをもつ
Solution解き方
B
B
Exercise 9問題 9
Three different bacteria species have the following consensus sequences upstream of a conserved gene.
異なる3種の細菌が、保存された遺伝子の上流に、次の共通配列をもっている。
Species A
種A
Species B
種B
Species C
種C
-10
TAATAAT
TTTAAT
TATATT
-35
TTGACA
TTGGCC
TTGAAA
Order the bacteria from most to least efficient initiation of gene transcription.
遺伝子転写の開始効率が最も高いものから低いものへ、細菌を並べなさい。
  1. A > B > C
    A > B > C
  2. B > C > A
    B > C > A
  3. C > B > A
    C > B > A
  4. A > C > B
    A > C > B
Solution解き方
D
D

Critical Thinking Questions考察問題

Exercises 10–12練習問題 10–12
Exercise 10問題 10
If mRNA is complementary to the DNA template strand and the DNA template strand is complementary to the DNA nontemplate strand, then why are base sequences of mRNA and the DNA nontemplate strand not identical? Could they ever be?
mRNAはDNA鋳型鎖に相補的であり、DNA鋳型鎖はDNA非鋳型鎖に相補的である。それなら、mRNAとDNA非鋳型鎖の塩基配列が同一でないのはなぜか。同一になることはありうるか。
Solution解き方
DNA is different from RNA in that T nucleotides in DNA are replaced with U nucleotides in RNA. Therefore, they could never be identical in base sequence.
DNAのTヌクレオチドがRNAではUヌクレオチドに置き換わる点で、DNAとRNAは異なる。したがって、塩基配列が同一になることはない。
Exercise 11問題 11
In your own words, describe the difference between rho-dependent and rho-independent termination of transcription in prokaryotes.
原核生物の転写におけるρ依存的終結とρ非依存的終結の違いを、自分の言葉で説明しなさい。
Solution解き方
Rho-dependent termination is controlled by the rho protein, which tracks along behind the polymerase on the growing mRNA chain. Near the end of the gene, the polymerase stalls at a run of G nucleotides on the DNA template. The rho protein collides with the polymerase and releases mRNA from the transcription bubble. Rho-independent termination is controlled by specific sequences in the DNA template strand. As the polymerase nears the end of the gene being transcribed, it encounters a region rich in C–G nucleotides. This creates an mRNA hairpin that causes the polymerase to stall right as it begins to transcribe a region rich in A–T nucleotides. Because A–U bonds are less thermostable, the core enzyme falls away.
英語のヒント
ρ依存的終結は、ρタンパク質によって制御される。このタンパク質は、伸長中のmRNA鎖上を、ポリメラーゼの後ろを追って進む。遺伝子の終わり近くで、ポリメラーゼがDNA鋳型上のGヌクレオチドの連続部分で停止する。ρタンパク質がポリメラーゼに衝突し、転写バブルからmRNAを放出させる。ρ非依存的終結は、DNA鋳型鎖の特定の配列によって制御される。ポリメラーゼが転写中の遺伝子の終わりに近づくと、C–Gヌクレオチドに富む領域に出会う。これによってmRNAにヘアピンができ、ポリメラーゼがA–Tヌクレオチドに富む領域の転写を始めるとすぐに停止する。A–U結合は熱的に安定性が低いため、コア酵素が離れる。
Exercise 12問題 12
A fragment of bacterial DNA reads:
細菌のDNA断片の配列は、次のとおりである。
3’ –TACCTATAATCTCAATTGATAGAAGCACTCTAC– 5’
3′–TACCTATAATCTCAATTGATAGAAGCACTCTAC–5′
Assuming that this fragment is the template strand, what is the sequence of mRNA that would be transcribed? (Hint: Be sure to identify the initiation site.)
この断片が鋳型鎖であると仮定すると、転写されるmRNAの配列はどうなるか。（ヒント：開始部位を必ず特定すること。）
Solution解き方
ACUAUCUUCGUGAGAUG
ACUAUCUUCGUGAGAUG
By examining the DNA sequence, we can see that there is a -10 consensus sequence near the 3’ end of the fragment. If we then count downstream, the +1 initiation site is the T immediately following the sequence AAT. This means the DNA fragment that will serve as the template for transcription has the sequence TGATAGAAGCACTCTAC. The mRNA made from this template will have complimentary base pairing with uracil (U) instead of thymine (T). This gives us ACUAUCUUCGUGAGAUG as the transcribed mRNA sequence.
DNA配列を調べると、断片の3′末端近くに−10共通配列があることがわかる。そこから下流へ数えると、+1開始部位は配列AATのすぐ後のTである。したがって、転写の鋳型になるDNA断片の配列はTGATAGAAGCACTCTACとなる。この鋳型からできるmRNAは、チミン（T）の代わりにウラシル（U）を用いて相補的な塩基対を作る。そのため、転写されるmRNAの配列はACUAUCUUCGUGAGAUGになる。
consensus
共通配列
DNA sequence that is used by many species to perform the same or similar functions
多くの種が、同じ、または似た機能を果たすために用いるDNA配列。
core enzyme
コア酵素
prokaryotic RNA polymerase consisting of α, α, β, and β' but missing σ; this complex performs elongation
α、α、β、β′からなるが、σを欠く原核生物のRNAポリメラーゼ。この複合体は伸長を行う。
downstream
下流
nucleotides following the initiation site in the direction of mRNA transcription; in general, sequences that are toward the 3' end relative to a site on the mRNA
mRNA転写の方向に沿って、開始部位より後にあるヌクレオチド。一般には、mRNA上のある部位に対して3′末端側にある配列。
hairpin
ヘアピン
structure of RNA when it folds back on itself and forms intramolecular hydrogen bonds between complementary nucleotides
英語のヒント
RNAが折り返して自分自身に重なり、相補的なヌクレオチド間に分子内水素結合を形成したときの構造。
holoenzyme
ホロ酵素
prokaryotic RNA polymerase consisting of α, α, β, β', and σ; this complex is responsible for transcription initiation
α、α、β、β′、σからなる原核生物のRNAポリメラーゼ。この複合体は転写開始を担う。
initiation site
開始部位
nucleotide from which mRNA synthesis proceeds in the 5' to 3' direction; denoted with a “+1”
ここから5′から3′の方向へmRNA合成が進むヌクレオチド。「+1」と表す。
nontemplate strand
非鋳型鎖
strand of DNA that is not used to transcribe mRNA; this strand is identical to the mRNA except that T nucleotides in the DNA are replaced by U nucleotides in the mRNA
mRNAの転写に使われないDNA鎖。DNAのTヌクレオチドがmRNAではUヌクレオチドに置き換わることを除き、この鎖はmRNAと同一である。
plasmid
プラスミド
extrachromosomal, covalently closed, circular DNA molecule that may only contain one or a few genes; common in prokaryotes
英語のヒント
染色体外にある、共有結合で閉じた環状DNA分子。1個または少数の遺伝子だけを含むことがあり、原核生物によく見られる。
promoter
プロモーター
DNA sequence to which RNA polymerase and associated factors bind and initiate transcription
RNAポリメラーゼと関連因子が結合し、転写を開始するDNA配列。
rho-dependent termination
ρ依存的終結
in prokaryotes, termination of transcription by an interaction between RNA polymerase and the rho protein at a run of G nucleotides on the DNA template
原核生物において、DNA鋳型上のGヌクレオチドが連続する場所で、RNAポリメラーゼとρタンパク質の相互作用によって転写が終結すること。
rho-independent
ρ非依存的
termination sequence-dependent termination of prokaryotic mRNA synthesis; caused by hairpin formation in the mRNA that stalls the polymerase
終結配列に依存する、原核生物のmRNA合成の終結。mRNAにヘアピンができてポリメラーゼを停止させることによって起こる。
TATA box
TATAボックス
conserved promoter sequence in eukaryotes and prokaryotes that helps to establish the initiation site for transcription
真核生物と原核生物で保存されたプロモーター配列で、転写開始部位を定めるのに役立つ。
template strand
鋳型鎖
strand of DNA that specifies the complementary mRNA molecule
相補的なmRNA分子を指定するDNA鎖。
transcription bubble
転写バブル
region of locally unwound DNA that allows for transcription of mRNA
局所的にほどけており、mRNAの転写を可能にするDNA領域。
upstream
上流
nucleotides preceding the initiation site; in general, sequences toward the 5' end relative to a site on the mRNA
開始部位より前にあるヌクレオチド。一般には、mRNA上のある部位に対して5′末端側にある配列。