プリンキピア

第16章遺伝子発現

Section Summary節のまとめ

While all somatic cells within an organism contain the same DNA, not all cells within that organism express the same proteins. Prokaryotic organisms express most of their genes most of the time. However, some genes are expressed only when they are needed. Eukaryotic organisms, on the other hand, express only a subset of their genes in any given cell. To express a protein, the DNA is first transcribed into RNA, which is then translated into proteins, which are then targeted to specific cellular locations. In prokaryotic cells, transcription and translation occur almost simultaneously. In eukaryotic cells, transcription occurs in the nucleus and is separate from the translation that occurs in the cytoplasm. Gene expression in prokaryotes is mostly regulated at the transcriptional level (some epigenetic and post-translational regulation is also present), whereas in eukaryotic cells, gene expression is regulated at the epigenetic, transcriptional, post-transcriptional, translational, and post-translational levels.
同じ生物のすべての体細胞には同じDNAが含まれるが、すべての細胞が同じタンパク質を発現するわけではない。原核生物は、ほとんどの時間、遺伝子の大部分を発現している。しかし、一部の遺伝子は必要なときだけ発現する。一方、真核生物では、どの細胞でも、全遺伝子の一部だけが発現する。タンパク質を発現するには、まずDNAがRNAへ転写され、そのRNAがタンパク質へ翻訳され、できたタンパク質が特定の細胞内の場所へ導かれる。原核細胞では、転写と翻訳はほぼ同時に起こる。真核細胞では転写が核内で起こり、細胞質で起こる翻訳とは分かれている。原核生物の遺伝子発現は主に転写の水準で調節される（エピジェネティックな調節や翻訳後調節も一部存在する）。これに対し、真核細胞の遺伝子発現は、エピジェネティック、転写、転写後、翻訳、翻訳後の各水準で調節される。

Review Questions確認問題

Exercises 1–3練習問題 1–3
Exercise 1問題 1
Control of gene expression in eukaryotic cells occurs at which level(s)?
真核細胞の遺伝子発現の制御は、どの水準で起こるか。
  1. only the transcriptional level
    転写の水準だけ
  2. epigenetic and transcriptional levels
    エピジェネティックと転写の水準
  3. epigenetic, transcriptional, and translational levels
    エピジェネティック、転写、翻訳の水準
  4. epigenetic, transcriptional, post-transcriptional, translational, and post-translational levels
    エピジェネティック、転写、転写後、翻訳、翻訳後の水準
Solution解き方
D
D
Exercise 2問題 2
Post-translational control refers to:
翻訳後制御とは、何を指すか。
  1. regulation of gene expression after transcription
    転写後の遺伝子発現の調節
  2. regulation of gene expression after translation
    翻訳後の遺伝子発現の調節
  3. control of epigenetic activation
    エピジェネティックな活性化の制御
  4. period between transcription and translation
    転写と翻訳の間の期間
Solution解き方
B
B
Exercise 3問題 3
How does the regulation of gene expression support continued evolution of more complex organisms?
遺伝子発現の調節は、より複雑な生物への進化が続くことを、どのように支えるか。
  1. Cells can become specialized within a multicellular organism.
    多細胞生物の内部で、細胞が特殊化できる。
  2. Organisms can conserve energy and resources.
    生物がエネルギーと資源を節約できる。
  3. Cells grow larger to accommodate protein production.
    タンパク質産生に対応するため、細胞が大きくなる。
  4. Both A and B.
    AとBの両方。
Solution解き方
D
D

Critical Thinking Questions考察問題

Exercises 4–5練習問題 4–5
Exercise 4問題 4
Name two differences between prokaryotic and eukaryotic cells and how these differences benefit multicellular organisms.
原核細胞と真核細胞の違いを2つ挙げ、それらが多細胞生物にどのような利点をもたらすかを説明しなさい。
Solution解き方
Eukaryotic cells have a nucleus, whereas prokaryotic cells do not. In eukaryotic cells, DNA is confined within the nuclear region. Because of this, transcription and translation are physically separated. This creates a more complex mechanism for the control of gene expression that benefits multicellular organisms because it compartmentalizes gene regulation.
真核細胞には核があるが、原核細胞にはない。真核細胞ではDNAが核の領域内に収められており、そのため転写と翻訳が物理的に分かれている。これにより、遺伝子発現を制御する仕組みがより複雑になる。遺伝子調節を区画ごとに分けられるので、多細胞生物にとって有益である。
Gene expression occurs at many stages in eukaryotic cells, whereas in prokaryotic cells, control of gene expression only occurs at the transcriptional level. This allows for greater control of gene expression in eukaryotes and more complex systems to be developed. Because of this, different cell types can arise in an individual organism.
真核細胞では遺伝子発現が多くの段階で起こるが、原核細胞では遺伝子発現の制御は転写の水準でしか起こらない。このため真核生物では、遺伝子発現をより細かく制御し、より複雑な系を発達させられる。その結果、1個体の内部に異なる細胞型が生じうる。
Exercise 5問題 5
Describe how controlling gene expression will alter the overall protein levels in the cell.
遺伝子発現の制御によって、細胞内のタンパク質全体の量がどのように変わるかを説明しなさい。
Solution解き方
The cell controls which proteins are expressed and to what level each protein is expressed in the cell. Prokaryotic cells alter the transcription rate to turn genes on or off. This method will increase or decrease protein levels in response to what is needed by the cell. Eukaryotic cells change the accessibility (epigenetic), transcription, or translation of a gene. This will alter the amount of RNA and the lifespan of the RNA to alter the amount of protein that exists. Eukaryotic cells also control protein translation to increase or decrease the overall levels. Eukaryotic organisms are much more complex and can manipulate protein levels by changing many stages in the process.
英語のヒント
細胞は、どのタンパク質を発現させるか、各タンパク質をどれだけ発現させるかを制御する。原核細胞は転写速度を変えて遺伝子をオンまたはオフにする。これにより、細胞が必要とするものに応じて、タンパク質量が増減する。真核細胞は、遺伝子への接近しやすさ（エピジェネティック）、転写、翻訳を変える。これによってRNAの量や寿命を変え、存在するタンパク質量を変化させる。真核細胞はまた、タンパク質の翻訳を制御して、全体の量を増減させる。真核生物ははるかに複雑であり、過程の多くの段階を変えることで、タンパク質量を調節できる。
epigenetic
エピジェネティック
heritable changes that do not involve changes in the DNA sequence
英語のヒント
DNA配列の変化を伴わない、受け継がれる変化。
gene expression
遺伝子発現
processes that control the turning on or turning off of a gene
遺伝子をオンまたはオフにすることを制御する過程。
post-transcriptional
転写後
control of gene expression after the RNA molecule has been created but before it is translated into protein
RNA分子ができた後、タンパク質へ翻訳される前の遺伝子発現制御。
post-translational
翻訳後
control of gene expression after a protein has been created
タンパク質ができた後の遺伝子発現制御。