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2021年11月27日土曜日

DNA上の塩基の配列(4種類の文字の3つ組)で表現されたアミノ酸の情報と、20種類のアミノ酸の形態(20種類の文字)の両方を知っているアミノアシルtRNA合成酵素の働きで、DNA上の情報を翻訳してたんぱく質の合成が可能となっている。(ポール・デイヴィス(1946-))

情報を情報足らしめる翻訳者の例

DNA上の塩基の配列(4種類の文字の3つ組)で表現されたアミノ酸の情報と、20種類のアミノ酸の形態(20種類の文字)の両方を知っているアミノアシルtRNA合成酵素の働きで、DNA上の情報を翻訳してたんぱく質の合成が可能となっている。(ポール・デイヴィス(1946-))

(a)たんぱく質⇔アミノ酸
たんぱく質:数百個のアミノ酸が鎖のようにつながってできている。
アミノ酸:数多くの種類があるが、我々の知っている生命はそのうちの20種類(場合によっては21種類) しか使っていない。

(b)DNA⇔塩基
塩基:A、C、G、T(アデニン、シトシン、グアニン、チミン)

(c)塩基でたんぱく質を表現する

コドン
　連続した三個の塩基をひとまとまりで使う。四つの文字の三つ組(ACT、CGAなど)は64通り考えられる(これをコドンという)。アミノ酸の20種類よりも多いので、ある程度重複していて、多くのアミノ酸が二通り以上のコドンに対応している。また何種類かのコドンは、句読点 (たとえば「終止コドン」)に使われている。

アミノ酸20種類⇔コドン

たんぱく質⇔コドンの配列

(d)たんぱく質の合成
(i)DNA→mRNA

　　(コドン)
　まず対応するコドンの列を、DNAから、それに似たmRNA (メッセンジャーRNA)という分子に転写する。

(ii)mRNA→リボソーム→たんぱく質

　(コドン)　　　(アミノ酸)

　次に、たんぱく質を組み立てるりリボソームという小さな機械が、 mRNAからコドンの列を読み出し、アミノ酸を一個一個化学的に連結させていってタンパク質を合成する。

(iii)tRNA +アミノ酸

(アミノアシルtRNA合成酵素20種類)

　　　→tRNA +対応するアミノ酸

このたんぱく質の形状は、tRNAとそれに相当するアミノ酸の両方を知っている。

(iv)tRNAには、コードしているコドンに合致するアミノ酸がぶら下がっていて、いままさに延びつつあるアミノ酸の鎖につなぎ合わされるのを待ち構えている。リボソームがその鎖を完成させたとき、できあがったたんぱく質は正しく機能するようになる。

「2 生命の基本的からくり

上のすべての生命にとっての基本情報が、普遍的な遺伝コードである。たんぱく質を作るのに必要な情報は、A、C、G、Tという「文字」からなる特定の列として、DNAのセグメントの中に保存ている。これらの文字はそれぞれアデニン、シトシン、グアニン、チミンを表していて、まとめて塩基と呼ばれており、DNA分子の上で任意の組み合わせで並ぶことができる。互いに異なる組み合わせがそれぞれ異なるたんぱく質をコードしている。たんぱく質はアミノ酸という別のタイプの分子から作られていて、典型的なたんぱく質は数百個のアミノ酸が鎖のようにつながってできている。アミノ酸は数多くの種類があるが、我々の知っている生命はそのうちの20種類(場合によっては21種類) しか使っていない。たんぱく質の化学的性質は、アミノ酸の詳細な並び方で決まる。塩基は四種類しかないがアミノ酸は20種類もあるので、DNAは一個の塩基で一種類のアミノ酸を特定することはできない。そこで、連続した三個の塩基をひとまとまりで使う。四つの文字の三つ組(ACT、CGAなど)は64通り考えられる(これをコドンという)。アミノ酸の20種類よりも多いので、ある程度重複していて、多くのアミノ酸が二通り以上のコドンに対応している。また何種類かのコドンは、句読点 (たとえば「終止コドン」)に使われている。

　指示書を「読み出して」特定のたんぱく質を作るには、まず対応するコドンの列を、DNAから、それに似たmRNA (メッセンジャーRNA)という分子に転写する。次に、たんぱく質を組み立てるりリボソームという小さな機械が、 mRNAからコドンの列を読み出し、アミノ酸を一個一個化学的に連結させていってタンパク質を合成する。このシステムがうまく機能するには、一つ一つのコドンに正しく対応したアミノ酸を使わなければならない。それを実現しているのが、別の種類のRNA (トランスフアー [転移] RNA、略してtRNA) である。この短いRNA鎖は20種類あり、そのそれぞれが特定のコドンを認識してそこに結合するようにできている。そしてそのRNAには、コードしているコドンに合致するアミノ酸がぶら下がっていて、いままさに延びつつあるアミノ酸の鎖につなぎ合わされるのを待ち構えている。リボソームがその鎖を完成させたとき、できあがったたんぱく質は正しく機能するようになる。このからくりが機能するには、20種類のアミノ酸のそれぞれが正しく対応する tRNAに結合しなければならない。このステップの面倒を見る特別なたんぱく質は、アミノアシルtRNA合成酵素という難しい名前で呼ばれている。名前はどうでもいい。重要なのは、このたんぱく質の形状がRNAとそれに相当するアミノ酸の両方に対応していて、各種類のtRNAにそれぞれ正しいアミノ酸を結合させるようにできていることだ。アミノ酸が20種類あるので、アミノアシル tRNA合成酵素も20種類なければならない。アミノアシルtRNA合成酵素が情報の鎖をつなぐ重要な役割を担っていることに注目してほしい。生物の情報はある種類の分子(DNA、四種類の文字の三つ組を使う)に保存されているが、その情報はそれとまったく違う種類の分子(たんぱく質、二〇種類の文字を使う)を表している。この二種類の分子は、互いに違う言語を話しているのだ! しかし一連のアミノアシルtRNA合成酵素はバイリンガルで、コドンと二〇種類のアミノ酸の両方を認識できる。そのため、既知のあらゆる生命が使っている普遍的な遺伝機構にとって、この翻訳者役の分子は絶対に欠かせないものとなっている。それゆえ大昔から変わっていないはずだし、きわめて有効に機能しなければならない。あらゆる生命に頼られているのだ! 実験によると、アミノアシルtRNA合成酵素はきわめて信頼性が高く、エラー(いわば誤訳)は3000回中わずか一回ほどだという。このからくりの巧妙さと、それが何十億年ものあいだいっさい変化しなかったことには、驚きを感じざるを得ない。」

(ポール・デイヴィス(1946-),『機械の中の悪魔』(日本語書籍名『生物の中の悪魔』),第1章　生命とは何か,pp.25-26,SBクリエイティブ,2019,水谷淳)