コドン - 通信用語の基礎知識

遺伝子を構成する単位。核酸の塩基配列は、生体内で3個一組(3ヌクレオチド単位)で認識されアミノ酸に対応付けられるため、この3個一組をコドンという一つの単位で扱う。

概要
特徴

遺伝暗号
組み合わせ
フレームシフト突然変異

補足

遺伝暗号の由来
コドン偏位

概要

3つの塩基(3ヌクレオチド)によって1つのコドンとなる。

1コドンは4種の塩基が3個集ったものなので、理論上は4×4×4=4³=64種類の組み合わせがある。

この64種類を、ヒトの場合は使用する20種類のアミノ酸に対応付けることになるが、どのように対応させるかは生物によって相違がある。ヒトの場合は細胞内小器官であるミトコンドリアによってなされているが、ミトコンドリアは元々はリケッチアに近い好気性細菌だったとされている。これも、古細菌のコドン対応などと比較をすると若干の相違が見られるため、初期の生物と比して若干変異した対応が採用されていることになる。

特徴

遺伝暗号

蛋白質を構成するアミノ酸は22種類が知られる。このうち真核生物は21種類を用い、うちヒトは20種類を用いる。

このアミノ酸の繋がる順序を命令するのがRNAやDNAであり、これが設計図となる。

ここに4種類の塩基が並んでおり、これが3個で一つの遺伝暗号を構成し、これが一種類のアミノ酸を指定する。3個が1ペアとなる遺伝暗号であるので、これを俗に「トリプレット暗号」などとも呼ぶ。

組み合わせ

RNA(mRNA)の3文字からなる組み合わせを以下に示す。なお、DNAにおいては以下U(ウラシル)がT(チミン)に対応する。

このうち、UAA・UAG・UGAは終止コドンである。またヒトの開始コドンはAUGのメチオニン(Met)であるが、AUAやGUGを用いる生物等もある。

		2文字目
		U	C	A	G
1文字目	U	UUU Phe	UCU Ser	UAU Tyr	UGU Cys	U	3文字目
		UUC Phe	UCC Ser	UAC Tyr	UGC Cys	C
		UUA Leu	UCA Ser	UAA オーカー	UGA オパール	A
		UUG Leu	UCG Ser	UAG アンバー	UGG Trp	G
	C	CUU Leu	CCU Pro	CAU His	CGU Arg	U
		CUC Leu	CCC Pro	CAC His	CGC Arg	C
		CUA Leu	CCA Pro	CAA Gln	CGA Arg	A
		CUG Leu	CCG Pro	CAG Gln	CGG Arg	G
	A	AUU Ile	ACU Thr	AAU Asn	AGU Ser	U
		AUC Ile	ACC Thr	AAC Asn	AGC Ser	C
		AUA Ile	ACA Thr	AAA Lys	AGA Arg	A
		AUG Met	ACG Thr	AAG Lys	AGG Arg	G
	G	GUU Val	GCU Ala	GAU Asp	GGU Gly	U
		GUC Val	GCC Ala	GAC Asp	GGC Gly	C
		GUA Val	GCA Ala	GAA Glu	GGA Gly	A
		GUG Val	GCG Ala	GAG Glu	GGG Gly	G

フレームシフト突然変異

3個1組なので、仮にmRNAの塩基配列がAAAUUUGGGだったとすると、正常に読めればAAA、UUU、GGGと読み取れ、それぞれリジン、フェニルアラニン、グリシンとなる。

ところが、途中のヌクレオチドが欠損するなどがあると、その分だけ「ずれ」てしまい、「読み枠」が乱されてしまう。仮に1個挿入があってずれたと仮定すると、…AA、AUU、UGG、G…となってしまい、対応するアミノ酸は全く異なるものになる。このような突然変異を、フレームシフト突然変異という。

フレームシフト突然変異が生じると本来作られるべき蛋白質とは全く異なる蛋白質が作られることになる。またフレームシフト突然変異は終止コドンを生じる確率が高いため、いずれにせよこの突然変異では機能する蛋白質が作られない可能性が高い。その蛋白質が生存に必須である場合、この突然変異は致死的である。

補足

遺伝暗号の由来

64通りある遺伝暗号は、どのように決まったのかについては、まだ良くわかっていない。

奈良女子大学理学部の池原健二教授の仮説によると、最初はGxCという3文字で四種類のアミノ酸を表わすところから始まった、とされる。

生物は当初、比較的単純な四種類のアミノ酸を使ったと考えられている。コドンのGxCの二文字目を変えることで、この四種類を表現できる。

アスパラギン酸(D、Asp)
アラニン(A、Ala)
グリシン(G、Gly)
バリン(V、Val)

やがて生物は、より複雑な構造を持つアミノ酸を利用可能となった。この時、1文字目と3文字目はGかCとなり、都合16種類が表現可能となった。ここに、次の6種類のアミノ酸を新たに割り当てた。

アルギニン(R、Arg)
グルタミン(Q、Gln)
グルタミン酸(E、Glu)
ヒスチジン(H、His)
プロリン(P、Pro)
ロイシン(L、Leu)

やがて生物は、更に複雑な構造を持つアミノ酸10種類をも利用可能となった。この時、1文字目と3文字目にUとAが利用可能となり、都合64種類が表現可能となった。ここに、次の10種類のアミノ酸を新たに割り当てた。

アスパラギン(N、Asn)
イソロイシン(I、Ile)
システイン(C、Cys)
スレオニン(T、Thr)
セリン(S、Ser)
チロシン(Y、Tyr)
トリプトファン(W、Trp)
フェニルアラニン(F、Phe)
メチオニン(M、Met)
リジン(K、Lys)

コドン偏位

アミノ酸20に対してコドンは64種なので、必然的に一つのアミノ酸に対し複数のコドンが対応することがある。

このような場合、その各組み合わせは決して平均化はされておらず、偏りがある。

例えばヒトの終止コドンを見ると、次のようなばらつきが見られる。

UAA オーカー (30.0%)
UAG アンバー (23.3%)
UGA オパール (46.7%)

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