開始コドン

開始コドンとは、遺伝情報が転写されたメッセンジャーRNA（mRNA）分子上で、リボソームが実際にタンパク質合成（翻訳）を開始する正確な位置を指定する、三つの連続した塩基からなる配列（コドン）のことです。遺伝子に含まれる膨大な情報のどこから読み取りを開始するかを示す標識であり、機能的なタンパク質を正確に作り出す上で極めて重要な役割を果たします。

コドンの種類と多様性

最も普遍的に使用される開始コドンは「AUG」であり、これは通常、アミノ酸であるメチオニンを指定するコドンです。しかし、生物の種類や細胞内の区画によっては、AUG以外のコドンも開始コドンとして機能することが知られています。

例えば、細菌を含む原核生物では、AUGが主要な開始コドンであることに変わりはありませんが、GUG（バリンをコード）、AUA（イソロイシンをコード）、さらにはUUG（ロイシンをコード）といったコドンも開始コドンとして認識される場合があります。このような開始コドンの多様性は、生物の進化的な背景や、特定の遺伝子の翻訳開始を制御するメカニズムに関連していると考えられています。

mRNA上での位置特定機構

リボソームがmRNA上で開始コドンをどのように見つけ出すかは、生物の系統によって異なる主要なメカニズムが存在します。

真核生物: 真核生物の細胞質におけるmRNAでは、一般的にリボソームはmRNAの5'末端に存在する「5'キャップ構造」に結合します。結合したリボソームは、その後mRNA上を3'末端に向かって移動（スキャン）しながら、最初のAUGコドンを探し出します。この「スキャンモデル」によって、翻訳が開始される正確なAUGが決定されると考えられています。

原核生物: 原核生物である真正細菌のmRNAでは、真核生物とは異なる機構が働きます。真正細菌のmRNAには、開始コドンのやや上流（5'側）に「リボソーム結合部位（RBS）」と呼ばれる特定の塩基配列が存在します。代表的なRBSとしてシャイン・ダルガノ配列が知られています。リボソームは、このRBSに直接結合し、その数塩基から十数塩基下流に位置するコドンを開始コドンとして認識します。このRBSと開始コドンの相対的な位置関係が、翻訳開始の効率や正確性に影響を与えます。

翻訳されるアミノ酸の特殊性

開始コドンであるAUGがコードするアミノ酸はメチオニンですが、翻訳が開始される最初のメチオニンは、その後のタンパク質鎖内部に組み込まれるメチオニンとは異なる振る舞いをすることがあります。

真核生物の細胞質や古細菌では、開始コドンAUGはそのままメチオニンに対応し、翻訳が開始されます。

しかし、真正細菌や、真核生物の細胞内小器官であるミトコンドリアおよび葉緑体においては、開始コドンとして機能するAUGのみ、N-ホルミルメチオニン（fMet）という特殊な修飾を受けたアミノ酸として翻訳されます。これは、メチオニン残基のα-アミノ基がホルミル基で修飾されたもので、翻訳後のタンパク質から除去されることが多いです。細胞内小器官におけるfMetの使用は、これらのオルガネラが進化的に細菌に近い起源を持つことを示唆する証拠の一つとされています。

遺伝子発現における意義

開始コドンは、遺伝子の情報がどのように読み取られるか、すなわち「読み枠（コドンフレーム）」を決定する上で極めて重要です。DNAの配列は3塩基ずつのコドンとして読み解かれますが、読み取りを開始する位置がずれると、全く異なるアミノ酸配列を持つ無関係なタンパク質が合成される可能性があります。開始コドンが正確に認識されることによって、遺伝子にコードされた通りの、機能を持つ正しいタンパク質が効率よく合成されるのです。したがって、開始コドンの配列異常や、開始コドンの認識に関わる機構の不具合は、遺伝子発現や生物の機能に深刻な影響を及ぼす可能性があります。

タンパク質合成の出発点を示す開始コドンに対し、合成の終了を示すコドンは終止コドンと呼ばれます。これらの特別なコドンによって、遺伝子からの情報が翻訳される範囲が厳密に制御されています。

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