ゆらぎ仮説は、3 番目のコドン塩基と 1 番目のアンチコドン塩基の間の結合が正規のワトソン-クリック塩基対に従わず、複数のコドンが 1 つのアミノ酸をコードすることを可能にすることを説明しています。
タンパク質を構成できるアミノ酸は 20 種類あります (希少アミノ酸を数えると 22 種類:セレノシステインとピロリジン)。各アミノ酸は、一緒になってタンパク質生成機構を構成するリボソーム、mRNA、および tRNA の助けを借りて処方されます。ネックレスのビーズのように、リボソームの中で次々とアミノ酸が付加されていきます。得られた「ネックレス」は、タンパク質に折り畳まれるポリペプチド鎖です。
リボソームでタンパク質を形成する翻訳機構 (写真提供:Designua/Shutterstock)
複数のコドンが単一のアミノ酸をコードする方法を明らかにする前に、関与するプレーヤーについてもう少し学びましょう.
遺伝子発現。細胞質のリボソームは新しいタンパク質を合成する(Soleil Nordic)s" width="1000" height="657" srcset="https://www.scienceabc.com/wp-content/uploads/2020/09/DNA-transcription- and-translation-are-part-of-the-gene-expression.-細胞質内のリボソーム-synthesize-new-proteinsSoleil-Nordics-1.jpg 1000w, https://www.scienceabc.com/wp- content/uploads/2020/09/DNA-transcription-and-translation-are-part-of-the-gene-expression.-細胞質内のリボソーム合成-新しいタンパク質Soleil-Nordics-1-300x197.jpg 300w" size="(max-width:1000px) 100vw, 1000px"> セントラル ドグマ:mRNA は DNA から転写され、核を離れてリボソームに送られ、そこで翻訳を助け、タンパク質が生成されます。 (写真提供者 :Soleil Nordic/Shutterstock)
mRNA:翻訳の開始点
メッセンジャー RNA または mRNA は、一本鎖の RNA です。転写と呼ばれるプロセスで合成され、DNA からの情報がコピーまたは転写されます。 mRNA鎖に。二本鎖 DNA ヘリックスが開き、5' から 3' のコード鎖と同一の mRNA 鎖が生成されます。リボ核酸 (RNA) には、チミン (T) の代わりにヌクレオチドのウリジン (U) が含まれていることに注意してください。これは、mRNA と DNA のコーディング (5' から 3') 鎖の唯一の違いです。
転写と翻訳のプロセス (写真提供:Becky Boone/Wikimedia Commons)
次に、mRNA はタンパク質を作る機械であるリボソームに向かいます。リボソームはmRNAの情報を読み取ってタンパク質を作ります。これは翻訳と呼ばれ、何かを作るための指示を翻訳するようなものです。
mRNA の情報は、コドンと呼ばれるセクションで一度に 3 つのヌクレオチドが読み取られます。各コドンは特定のアミノ酸を指定します。
mRNA に存在する各コドンは、コドンを指定します (写真提供:Thomas Splettstoesser/Wikimedia Commons)
たとえば、コドン AUG はアミノ酸メチオニン (Met) をコードします。 AUG は、翻訳プロセスを開始するために必要な、開始コドンと呼ばれるタンパク質情報の開始位置もコードします。したがって、メチオニンは常にアミノ酸鎖の最初のアミノ酸です。アミノ酸トリプトファン (Trp) は、コドン UGG によって示されます。
翻訳プロセスを開始する開始コドン (写真提供:gritsalak karalak/Shutterstock)
コドンはアミノ酸をコードするだけではありません。また、翻訳プロセスをいつ終了するかについてもコーディングします。それらはまとめて停止コドンとして知られており、UAG、UAA、UGA です。
したがって、コドンは、アミノ酸を取得するために必要な 3 文字のパスワードのようなものであり、タンパク質の生成を開始および停止するための指示がどこにあるかを示しています。
各アミノ酸のコドン (写真提供:gstraub/Shutterstock)
tRNA:翻訳の集合点
トランスファー RNA または tRNA も一本鎖ですが、まっすぐな mRNA とは異なり、折り畳まれています。これは、mRNA を解釈して転送することにより、mRNA とアミノ酸の間の物理的なリンクとして機能します。 タンパク質を作りながら、適切なアミノ酸をその場所に配置します。翻訳機械が工場である場合、tRNA は工場労働者であり、説明書 (mRNA) を解釈して製品を指定された順序で慎重に配置します。
tRNA は、アミノ酸を組み立ててポリペプチド鎖を形成する工場労働者のようなものです (写真提供:Lenam14/Wikimedia Commons)
tRNA は、一方の端にアンチコドン ループがあり、反対側の端にアクセプター アーム/ステムがあるような構造になっています。
tRNA の一次、二次、三次構造 (写真提供:CNX OpenStax/Wikimedia Commons)
名前が示すように、アンチコドン ループは相補的で、mRNA コドンに対して逆平行 (3' から 5') です。つまり、tRNA は、mRNA に存在するヌクレオチドに結合する 3 つのヌクレオチドで構成されています。したがって、グアニン (G) とシトシン (C) は互いに結合し、アデニン (A) とウリジン (U) は互いに結合します。
したがって、メチオニンのコドン AUG を考慮すると、アンチコドン UAG を持つメチオニン tRNA を持つことになります。
このタイプのペアリングは、ワトソン-クリック塩基ペアリングとして知られています。ペアリングは、非常に特殊な磁石の間の引力のようなものです. tRNA 上のアンチコドンは、mRNA 上の正しいコドンに対して整列することを保証します。さらに、コドンは 5' から 3' 方向に読み取られるため、tRNA に存在するアンチコドンは 3' から 5' 方向に配置されます。
アミノ酸アラニンのコドン、アンチコドン、tRNA (写真提供:Yikrazuul/Wikimedia Commons)
これは、1 番目のコドン塩基が 3 番目のアンチコドン塩基などに結合することを意味します。各アミノ酸には独自の tRNA があり、コドンとアンチコドンの間の塩基対により、ポリペプチド鎖に正確に配置されることに注意してください。
グルタミン酸のコドンは、アクセプターアームにグルタミン酸を持つ tRNA のアンチコドンに結合しました。 (写真提供:M. PATTHAWEE/Shutterstock)
ただし、生物学の多くのことと同様に、これも少し複雑です。各アミノ酸は、複数のコドンで指定できます。さらに、コドンとアンチコドンの間の塩基対規則は、すべての塩基に対して等しく拘束されるわけではありません。この特異な現象については、次で詳しく説明します!
ぐらつき仮説:20 個のアミノ酸に 64 個のコドンがあるのはなぜですか?
ご存じのとおり、DNA は 4 つのヌクレオチド塩基 (A、G、T、C) で構成されています。これらの文字 (塩基) は一度に 3 つ読み取られます。つまり、これらのトリプレットまたはコドンには 64 (4 x 4 x 4) 通りの組み合わせが考えられます。
64 個のコドンのうち、3 個は前述の終止コドンです。これらの 3 つの終止コドンはアミノ酸をコードせず、翻訳プロセスを終了させるだけです。したがって、わずか 20 個のアミノ酸に対して 61 個のコドンが残っています。
唯一の論理的な選択肢は、単一のアミノ酸が複数のコドンによってコード化される可能性があるということです.しかし、理論的には、異なるコドンごとに 61 の異なる tRNA が必要になりますが、そうではありません。自然界で確認されているコドンは 50 未満です。
この観察結果は、一致するコドンとアンチコドンの間にいくらかの余裕がある可能性があることを意味します。 GUU、GUC、GUA、GUG の 4 つのコドンでコードされているアミノ酸バリンについて考えてみましょう。最初の 2 つは同じですが、3 番目のベースのみが変更されていることに注意してください。
バリンのワトソン・クリック塩基対とゆらぎ塩基対
コドンの 3 番目の塩基でのみ観察されるこの差異は、1966 年にフランシス・クリック (DNA 構造の発見者の 1 人) によって提案された「ぐらつき仮説」につながりました。
ウォブル仮説は、コドンの最後の位置でワトソン-クリック塩基対合の規則が守られていないことを明らかにすることによって、この差異を説明しました。つまり、3 番目の文字 (ヌクレオチド塩基) とアンチコドンの 1 番目の文字の間の結合は、異常な結合 (非 A-T/非 G-C) を示す場合があります。したがって、それは「ぐらつく」ことが許されました。
これは、コドンの 1 番目と 2 番目の塩基が、それぞれアンチコドンの 3 番目と 2 番目の塩基に結合することにより、ワトソン クリックの塩基対形成の規則に厳密に従っている一方で、3 番目の塩基の間で非ワトソン クリックの塩基対形成が許可されていることを意味します。コドンとアンチコドンの 1 番目の塩基の。したがって、一部の tRNA は多くの異なるコドンを認識できます。また、遺伝コードの冗長性のパターン (1 つのアミノ酸に対して多数のコドン) についても説明します。
ぐらつき仮説のルールは次のとおりです。
ぐらつき仮説のルール
- コドンの最初の 2 塩基とアンチコドンの最後の 2 塩基は、通常のワトソン-クリック塩基対になります。つまり、水素結合は、アデニン (A) とウリジン (U)、グアニン (G) とシトシン (C) の間でのみ形成されます。
- 残りの位置では、より緩い塩基対形成規則が適用され、非ワトソン-クリック塩基対形成が行われる可能性があります。このような対形成を受ける塩基は、ウォブル塩基対とも呼ばれます。これにより、tRNA の単一型 (アミノ酸特異的) のアンチコドンが、mRNA 内の複数のコドンと対になることができます。
- ウリジン (U) が残り (アンチコドンの 1 番目の塩基) の位置にある場合、アデニン (A) またはグアニン (G) のみを認識できます。
- グアニン (G) が残り (アンチコドンの 1 番目の塩基) の位置にある場合、ウリジン (U) またはシトシン (C) のみを認識できます。
- 残りの位置（アンチコドンの1塩基目）に修飾塩基イノシン（I）があれば、ウリジン（U）、シトシン（C）、アデニン（A）を認識することができます。
イノシンはA、U、またはCに結合できます
ゆらぎ塩基対形成の理由は、リボソーム側のスリップアップです。リボソームには、1 番目と 2 番目のコドン塩基がそれぞれ 3 番目と 2 番目のアンチコドン塩基に相補的であるかどうかをチェックするメカニズムが備わっています。しかし、リボソームには、mRNA の 3 番目のコドン塩基と tRNA の 1 番目のアンチコドン塩基が一致するかどうかをチェックするメカニズムがありません。
ぐらつき仮説の意義
ずれがあろうとなかろうと、ベースがぐらぐらしているため、翻訳中にミスが発生する可能性が低くなります。たとえば、ロイシン (Leu) コドン CUU が転写中に CUA、CUG、または CUC と読み違えられた場合でも、コドンはタンパク質合成中にロイシン (Leu) として翻訳されます。
さらに、タンパク質合成は、単一の塩基の変異に対しても保護されています。したがって、バリン コドン GUU の 3 番目の塩基が変異し、GUC、GUA、または GUG に変化した場合でも、正しく翻訳されます。
遺伝暗号のゆらぎと縮退も、細胞が必要とする tRNA の数を減らします。たとえば、グリシンの 4 つの異なるコドンに対して、E.coli には 3 つの tRNA しか存在しません。 .
したがって、複数のコドンが単一のアミノ酸をコードできるのは事実ですが、この柔軟性を可能にするのは、3番目のコドン塩基と1番目のアンチコドン塩基の間に観察される「ぐらつき」です.
