コドン

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。

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。

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。

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)

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%)