遺伝暗号　遺伝子　　DNAA, G, C, T の配列タンパク質のアミノ酸の結合順を規定

タンパク質（酵素）　＝＞　生化学反応を担う２０種のアミノ酸が一定の配列で結合して作られる

messenger RNA (mRNA)遺伝子 DNA の配列のコピー A, G, C, U

transcription 　転写　DNA の配列をコピーする事

translation 翻訳　　mRNA のAGCUの配列（遺伝子DNAの配列）にしたがい、アミノ酸を結合させて行く（タンパク質合成）

replication 複製　２本鎖 DNA が自分自身のコピーを作る（DNA合成）細胞が分裂する前に遺伝子DNAを２倍にする

Central Dogma

---AGCTAGGTTC------GCGATCCAAG---

~~~AGCUAGGUUC~~~

transcription

どのような約束でアミノ酸の配列に変換されるか

遺伝暗号

細胞にはおもに３種類のRNAが存在する　ー　タンパク質合成に関与

H DNA

OH

OH2'

2'

messenger RNA (mRNA)　塩基配列をDNAから写し取ったものtransfer RNA (tRNA)　特定のアミノ酸を結合しリボソームでmRNAの配列にしたがい並べる。ribosomal RNA (rRNA)　ribosomalタンパク質とともにribosomeを構成　アミノ酸を結合させ、タンパク質を合成

tRNA

mRNA

ribosome

tRNA

AGCU

RNA

分子細胞生物学第４版 Fig4-20

5' 3'

Stryer生化学４章p114

遺伝暗号　　genetic codeどのような規則にしたがって、mRNA の AGCU (AGCT) の配列が、20種類のアミノ酸の配列に変換されるか。アミノ酸 20種nucleotide 4種　（AGCU）4種　（AGCU）で20種を規定するにはどうしたらよいか？

２ヶのnucleotides で１つのアミノ酸を規定？　　（AGCU) x (AGCU) 4x4=16通り20種のアミノ酸を規定するには、組み合わせが不足

３ヶのnucleotides で１つのアミノ酸を規定？ ４ｘ４ｘ４＝64 通り　　20種のアミノ酸を規定するには十分（あまる？）

3ヶの塩基の組　＝　codon 時には複数の組み合わせが、同じアミノ酸を規定する。 同義コドン synonym

たとえば、　　　Val GUU, GUC, GUA, GUG 　４通りが Val を規定縮退　　　degenerate

アミノ酸を規定しない組み合わせ：　　UAA, UAG, UGA Stop codon (terminator)-> 「タンパク質合成を止める」指令

「タンパク質合成を始める」指令 　＝　　Start codon AUG (Met の codon)すべてのタンパク質は Met ではじまる。

Stryer生化学４章p119

遺伝暗号の解読

大腸菌の無細胞抽出液　　cell free extractsmRNA 以外の　タンパク質合成に必要なすべてのものを含む

cell free extracts

化学合成した RNA

UUUUUUUUUU---タンパク質を合成させる

Phe-Phe-Phe---合成されたものは

AAAAAAAAAA---CCCCCCCCCC---

Lys-Lys-Lys----Pro-Pro-Pro----

分子細胞生物学Fig4-22

Nirenberg and Matthei 1961

-ACACACACAC--- -Thr-His-Thr-His---

ACACAC

ThrHis

-AACAACAACAACA---

AACACACAA

AsnThrGln

-Thr-Thr-Thr-Thr----Asn-Asn-Asn-Asn----Gln-Gln-Gln-Gln---

３種類のタンパク質の混合物が合成される。

上の２つの実験結果を比べると ACA -> Thr CAC -> His

分子細胞生物学Fig4-23

Koranaの実験

化学合成RNA

化学合成RNA

filter非常に小さな穴が開いている

tRNA, 3塩基のmRNAはfilterを通りぬける。ribosomeは巨大なのでfilterを通過できない

各アミノ酸を結合したtRNA(20種類)とribosomeと化学合成した3塩基のRNA（1種類　この場合は UUU）をまぜると、適切なアミノ酸を結合したtRNAとribosome上で複合体を形成

通過できずfilter上にとどまったtRNAに結合しているアミノ酸をしらべれば、UUUに対応するアミノ酸Pheが判明Nirenberg らの実験

Codon Table

1番目の塩基

２番目の塩基３番目の塩基

たとえば　mRNA の配列で　　　UCG -> Ser1 2 3

AUG -> start codon

UAAUAG -> stop codonUGA 合成を終わる

合成を始る

縮退 (縮重)degenerate複数のcodonが同じアミノ酸を規定

3番目の塩基はいずれでも良い場合が多い

reading frame 読み枠C

5' --- -GC CUG UUU ACG AAU UA- ---

3'

N 端

--- --- Leu - Phe - Thr - Asn - ---同じ mRNA でも、どこから3塩基づつアミノ酸に変換する（読み始める）かで、合成されるpolypeptideのアミノ酸の配列が全く異なる。

第１の読み枠

第２の読み枠

第３の読み枠

3通りの読み枠が存在する

分子細胞生物学第4版Fig4-21どの塩基から読み始めるかが非常に重要 Stryer生化学４章p121

GAATTCCGGAAGGGGGCTCTGACCCGTTCCGAGCGCCAACGCAGCCTCTGTAGCCCGCAAGTCTTCGTCGCTTGCTCCGGGCTCTGAAGTCCGGGGCCACCAGGGGCCGCAGCGCTGGGGGGTCGGTCTAGCTGCGAGGATCCGGGCTGCCCACGAAGCGAAGGGCGGGCGCCCAGGATGGGATGCGTGAAGTCCAGGTTCCTCCGAGATGGAAGCAAGGCCTCAAAAACAGAGCCAAGTGCCAATCAGAAGGGCCCTGTGTATGTGCCGGATCCCACGTCCTCCAGCAAGCTGGGACCAAACAACAGCAACAGCATGCCCCCAGGGTTTGTGGAGGGCTCTGAGGATACCATTGTGGTCGCACTGTACGACTATGAGGCTATTCACCGTGAAGACCTCAGCTTCCAGAAGGGAGACCAGATGGTGGTTCTGGAGGAGGCTGGGGAGTGGTGGAAGGCACGGTCCCTGGCTACCAAGAAGGAAGGCTACATCCCAAGCAACTATGTGGCTCGAGTTAACTCTTTGGAGACAGAAGAGTGGTTCTTCAAGGGGATCAGCCGGAAGGATGCAGAGCGCCACCTCCTGGCTCCAGGCAACATGCTGGGCTCCTTCATGATCCGGGACAGTGAGACCACCAAAGGGAGCTACTCGTTGTCTGTTCGAGACTTTGACCCCCAGCACGGAGACACCGTGAAGCACTATAAGATCCGGACGCTGGACAGTGGAGGCTTCTACATCTCTCCAAGGAGCACCTTCAGCAGCCTGCAGGAACTCGTGCTCCACTACAAGAAGGGGAAGGATGGGCTCTGCCAGAAGCTGTCAGTGCCCTGTGTGTCTCCCAAACCCCAGAAGCCATGGGAGAAAGATGCTTGGGAGATTCCTCGAGAATCCCTCCAGATGGAGAAGAAACTTGGAGCTGGGCAGTTTGGAGAAGTGTGGATGGCCACCTACAACAAGCACACCAAAGTGGCGGTGAAGACAATGAAGCCAGGGAGCATGTCCGTGGAGGCCTTCCTGGCTGAGGCCAACCTGATGAAGTCGCTGCAGCATGACAAACTGGTGAAGCTACACGCTGTGGTCTCTCAGGAGCCCATCTTTATTGTCACGGAGTTCATGGCCAAAGGAAGCCTGCTGGACTTTCTCAAGAGTGAAGAAGGCAGCAAGCAGCCACTGCCAAAACTCATTGACTTCTCAGCCCAGATCTCAGAAGGCATGGCCTTCATTGAGCAGAGGAACTACATCCACCGAGACCTGAGGGCTGCCAACATCTTAGTCTCTGCATCACTGGTGTGTAAGATTGCTGACTTTGGACTGGCACGAATCATCGAGGACAATGAGTACACAGCTCGGGAAGGAGCCAAGTTCCCCATCAAGTGGACAGCTCCTGAAGCCATCAACTTTGGTTCCTTCACCATCAAGTCAGATGTCTGGTCCTTTGGTATCCTGCTGATGGAAATTGTCACCTATGGCCGGATCCCTTACCCAGGTATGTCAAACCCAGAGGTGATTCGGGCACTAGAGCATGGGTACCGTATGCCTCGACCAGATAACTGTCCAGAAGAGCTCTACAATATCATGATCCGCTGCTGGAAGAACCGCCCCGAGGAACGGCCCACCTTTGAATACATCCAGAGTGTGCTGGATGACTTCTACACGGCCACTGAGAGCCAGTATCAGCAGCAGCCTTGACAGCAGTAAGGACATGAGCAGAGCCAGAAGCCCCATCAGTGCCTTGACACGCCCAACTTGCTGGGCCCACTCTCAGACACCACACCACACACACTGCAGCTGTTGAGTGGGTGGGAGGACTTCACAATCTCTTTCTGACTCTAGTCATCTGCAATCCGCCACTCTCAGGGCCTCCAAGTTGGTATGTCTCATTTGCCTGGAATGACTGAATTCAATCTATAGCTGTGATTTAAGTGGAAACTGTTAGAATAGTATTTAAATAAAAGATATGAATGTCAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA

mouse Hck 遺伝子の cDNA の塩基配列　　　cDNA 　　mRNA の配列をDNAで書き換えたもの

ATG の位置　タンパク質合成（translation）が始まる可能性がある位置stop codon の位置　　タンパク質合成が終了する位置open reading frame 　　タンパク質合成（translation）が起こる可能性がある

( ORF ) ATG (start codon) から stop codon まで

第1のframe

第2のframe

第3のframe

分子細胞生物学第4版Fig8-4

野生型遺伝子

遺伝子にコードされている polypeptide

- coding 鎖、sense 鎖 鋳型鎖、antisense 鎖

１ヶ所、塩基が T->A に変異codon が UUU -> UUA に変化アミノ酸が　Phe -> Leu に変化

UUA CGA UGG AUA GCC AAU --missense 変異アミノ酸がひとつ異なるアミノ酸と入れ替わる

nonsense 変異アミノ酸に対応していたcodon が stop codon に変化したため、タンパク質合成が途中で終了

UUU CGA UAG AUA GCC AAU --１ヶ所、塩基が G->A に変異codon が UGG -> UAG に変化アミノ酸が　Phe -> Stop に変化

１塩基が T が挿入それ以後のframeがずれcodonが AUA -> UAU GCC -> AGC ----- に変化アミノ酸がほとんどすべて変化途中でstop codonが出て合成が終了する事が多い

mRNA UUU CGA UGG UAU AGC CAA U--

frame-shift 変異塩基が挿入または欠失したためそれ以後のframeがずれ、アミノ酸が変化してしまう。

- 4塩基欠失した場合

3塩基の挿入、欠失ではアミノ酸が1ヶ挿入、欠失するのみで frame はずれない

変異　　mutationDNA は coding 鎖に注目

左側が 5'

遺伝子に変異が起きた場合、遺伝子が code する酵素はどうなるか。

transcription

translation

DNA

mRNA

タンパク質（酵素）

ある遺伝子　(coding region)

Leu

Phe

アミノ酸が1つ置換する酵素の立体構造が一部変化酵素活性が低下　　（あまり影響がでないこともある）重要な部位のアミノ酸の場合は酵素活性がほとんど消失

野性型酵素

missense 変異

nonsense 変異stop codon が挿入　　タンパク質合成が止る。変異部位までの、できかけのタンパク質となる。酵素活性は通常消失する。

frame-shift 変異変異部位から後のアミノ酸がすべて変化酵素の立体構造も変異部位以降、完全に変化酵素活性は通常消失する。

5' 3'5'3'

5' 3'