• 検索結果がありません。

タンパク質モジュールの構造と進化に関する研究

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

シェア "タンパク質モジュールの構造と進化に関する研究"

Copied!
55
0
0

読み込み中.... (全文を見る)

全文

(1)

九州大学学術情報リポジトリ

Kyushu University Institutional Repository

タンパク質モジュールの構造と進化に関する研究

野坂, 通子

九州大学理学研究科生物学専攻

https://doi.org/10.11501/3054130

出版情報:Kyushu University, 1990, 理学博士, 課程博士 バージョン:

権利関係:

(2)

IV.  DISCUSSION 

IV‑l The lnsertion or DeleLion of Modulcs  1nむhe Adenylate  Klnase  FamJly 

A case ln  which a few modules  havc becn  cL

her lnserted or  deletcd  durlng protein evolu.tlon  1n  adcny18Lc klnasc  faml1y Is  prescnLcd.  From the  size distrlbutions of the modulcs  and  cxons  ln  sectlon  111‑2, it  can be estlmated LhaL  Lhe  dlscovered segment  which  has becn  lnserLcd Qr de)ctcd canslSLS of LWO or three 

modules, and 1t  can  inferred  that  thls  casc mlght  have  happened  as a result of the  lnsertlon or deletlon of onc cxon ln  lhe  gcnes. 

1 '

h15  estlmatlon  a150 colncldes w1th the  raLlo of lntron  poslt.lons  and  confirmcd module boundarlcs in section LlJ‑4. 1'h15  flnding offers evldence  that.  ln  some  stages of cvolution

, 

proteins  progressed  through  the  strucLural  supporL of modules. lt  can bc concluded that  module structurcs havc  bccn  gcnerally 

conserved

, 

but

, 

ln some cases, have changcd part of  thelr modulc  organlzatlons to  produce other protelns wlth  partlally  dlfferent 

func tlons 

(1)  !¥1odules and Slm11ar  Segments 1n  PorcJnc Adcnylate  Kinase  FamJly 

Thc .Identlfled modules of porcJnc adcnylatc klnasc mlght  exp]aln  thc lnternal  repetltlons of  the  sequence and  structure of 

乞he protcJn.  Ohonlshl  (1988)  reportcd  thc posslbllJty of sequencc  repctltlon  wlthin porcine AK

, 

where threc  scgments 1‑47, 48‑79  and  80‑124  arc  somewhat  slmllar  to  onc another  as to  sequcnce  numbcrs rune et.  a1.  (1985)  reported that the segments of  thc  resldue  numbers  14‑24, 36‑47, 88‑101 and  ]46‑168 match well  when 

乞hlS enzyme and yeast AK are compared.  1n  both  cases

, 

the 

37 

(3)

』 ーー 曹回・・ a

resldues of  the  36‑th.  the  47‑th.  the  lOl‑th and  thc  146‑th  posltlons are  the module boundarlcs.  There  Is  a weak local  mlnlmum of CP at  the resldue numbcr  79, suggest1ng a posslble  module  boundary on  thc ancestral  gcne of AK.  It ls  notablc  LhaL 

Lhc  othcr  poss1ble poslLions of  the lar'ge alternation, whlch  have  bccn assumcd by  Lhese sequencc  authors, colncLde wlth any of thc  oLhcr modulc  boundarles. These  observ8Llons may lntlmate  gene  dupllcatlon  by a smallcr gcnc whlch had coded the origlnaJ  modu]cs of anccstral adenylaLe klnasc 

rhc  sLmllarlty among somc modules wlthln AK suggests the  role of modules  in  early  cvolutlon.  It Is  lnteresting to  compare  the module organlzatlon of  thc AK to  those of the NAD‑blndlng  dorralnsof some glycolyLlc dehydroger

ases. These enzymes  take  part ln  the dlffcrcnt hydrolytlc rcactions on the  glycolytlc  pa thway us Lng a co‑factor. NAD (Nlcotlnc‑AmJdc‑D J.‑phospha te) 

Porclne AK and doma!ns  of  these cnzymes are known to have slmllar  pcptldc foldlng (Rossmann, et.a].  1975).  Llgands of AK and  thcsc  domalns  (AMP ATP and NAD.  respectlvely) arc such simllar 

molcculcs  that Ltlclr tha substratcblndlng behavlor  should  be  near)y Lhc samc.  Although the evolutlonal relatlons betwcen  thcm  have not becn deflnltely establlshed as yet, a comparlson betwccn  these NAD‑blndlng domalns and AK ls  lntcrestlng ln ltself  (N05aka  and G6.  1n preparatlon) 

(2)  Modulcs and Functlonally‑ImportanL Reslducs of The Enzymc  A G‑rlch reg.1on and  two othcr conscnsus scgmcnts which arc  common]y ob5crved ln  ATP blndlng proLclns arc  lnLerestlng W.1t tl rcgard Lo Llle  modulcs of adenylate  klnasc. ScgmcnL 1.  from  15 Lo  21 ln the rcslduc nUlnber of  the porclne AK, 15  lncluded 1n  the 

(4)

flexlble  loop whJch makes a glant an10n  hoJe  In  the  substrate  blnd1ng  reglon.  Thls hole mlght  be  effcctJvc  ln  stabl11z1ng thc  phosphorous  anion  of  the  lntermedlatc  rcactlon  (Dreuslcke and  Schulz.  1986).  All res1dues of segment 1 cx1st  111  module 2 and  those of  the  second  segment (resldue  numbers 27‑31) arc jn modulc  3.  1.'CSpCC t  .1vely.  On the other hand.  fou r rcs1ducs 0 f thc  th i 

"d 

segment al"C  1n  the  module  10 and  two rcs.lducs al'e  1n  the modulc  11.  Thus.  1t  Is suggested  that funct10ns of  thc former two 

segments lIlay be dlfferent  from  the functJon  of  the  latter  segment 

lt  1s 1nterestlng that  the other  funct10nally  Jmportant  resldues sometlmes  exlst near module  boundarles. Thls phenomenon  1s  commonly observed  ln  several protelns studied up  to  now, 

Thcreforc.  lt m1ght  suggest the mechar

Jsms of the enzyme funct.lon  dependlng on  the respectlve structures of modules 

IV‑2 Module S1

C

Thc slze distrlbutlon of lIlodulcs shows the  domlnance of  thetr  unlversalJty over  the bas1c categorles of  species. 

prokaryotcs and eukaryotes.  Th1s suggests that modu1es exlstcd  before  the d1vergcnce of prokaryotes and  eukaryotes.  Furthermore. 

thelr  dJstrlbution 1s  consistent wJth  thc s1zc distrlbutlon of  exons.  5mall  exons  1n  the d1str1butlon are  the  same as  small  modules as  to  thclr  slze dlsr1but1on. and largcr exons  could  be 

regarded as  the  summatlon  of 5maIl  segments which codc  connected  modules. Thc most abundant exons  seem to codc a pcptlde 

conslstlng of about three modules.  Thus. the hypothcsLs  that  smal1  exons whlch code modules had conjugatcd  together dur1ng  evolut1on to  produce a 1arger  exon5 15 5upported 

39 

(5)

』 ー ー 『 園 圃 』

Thc average  length of these modulcs  Js  15  rcsJducs. and  thc  most1y common module  size  1s  13‑14  residues.  lt  Is  Lnteresting to  conslder the  coincldence  between modulc  slzc and  thc  slzes of  po1ymcrlzed  peptides and nucleotldcs, whlch are syntheslzed undCI  thc  model conditions of the  primodial earth.  Yanagawa and  lto  (1986), obtained amino acid  po]ymers of ]000‑4000 da]ton 

(molecular welght). These pOlyrncrs havc bccn  produccd  by  repcatlng a hydratjon‑dehydratlon cycle of solvents wh1ch  contalned  alanlne. glycine

, 

vallne

, 

and  aspartlc  aclds.  These  amJdes  are be11eved  to have been synthcstzed from carbon hydratcs  and somc nltrogcnous materials  1n  the  chemlcal  cvolution of the  ear11est stage.  A1though al1  of these polymcrs are not peptides. 

abouL  80  percent of  them possessed  thc  pcpLlde  bonds.  ConslderLng  that  Lhc  molecular welght of  these amlno Bcld Is  about  100 

dalton.  the  sizc of thcse peptides are assumcd  Lo bc frorn  8 to  36  rcslducs. Since the  peptide  bonds would  noL  be  necessarl1y 

contLnuous.  the  rcal  peptides  inc]uded 1n polymcrs mlght  be  srna11er than  thls estlmation.  Nevcrthelcss.  1L  1s cxcLting that  thc  cstimatlon of anclent  peptldc  slzc  colnc.ides exactly with Lhc  lengths of contemporary modu1es.  The succcssfully‑connected  and  strucLurary‑stable  part of these polymers should.  thcrefore,  corrcspond  to  thc orlglna1 materlal of modules 

。~odulc slze a1so coincldes wlLh Lhe  slze  of nucleotide  polymcrs.  Accvcdo and Orgel  (1986)  showed Lhat polynucleotlde  1ength which could  form  ln primitlve cond1tlons wus at most  60  molcculcs.  correspondlng Lo  a peptLdc of 20 amjno aclds.  Thc  colncldcncc of module  slze  both to  the nucleotlde polymer  8nd  Lo  the  syntheslzed peptldes may suggest  that modules might have 

(6)

somcthing  to  do w1th  the  lntcract10n of pePtlde and  nucleotide  durlng early  evolut10n 

There  1s also a proof  that a contemporary pcPt1de 

f 20 res1dues can  ex1st 1n a stablc cond1t10n  1n  an  aqueous  s01ut10n. Rlbonuclease 5

, 

wh1ch 1s prcparcd  from the  subt111s1n  digestlon of ribonuclease A.  cons1sts  of thc 5 peptidc and thc  S  proteln.  This S peptide, which 1s  N‑tcrmlnal  scgmcnt  of 20 

res1dues, can form a hel1x slructure  tn  aqueous  so1ut10n  (Shoemaker  et.  al.

, 

1987) 

Thcse cxper1ments and observatlon  suggest thal  the  posslble  peptldc length  1n  early evolution was aboul 20  residues and 1..hat. 

1n  spcc!aJ  cascs

, 

somc pcptides whlch were shorler  than  20  resJducs could  cxlst  ln  an  aqueous  solvenl 

IV‑3 Modules  and the Secondary  5truclurcs of ProtcLns 

Two corrclat10ns betwecn modules and  sccondary  structures  arc  found.  1.  Module boundaries oflen occur on the βslruclures  2.  Avcragc s1ze  of modules ln a proleln sccms to  dcpcnd  on  the  he11x  rallo of lhe  proleln.  These  resulls suggesl  lhat  some  sccondary  slructures provlde modu]es w1lh  bas1c slruclural 

supporl. Module boundar1es  seems  to relnforce their  connect10ns  by  form1ngβstructures ln  thc  lnner  reglon of prote1ns.  wh1ch  may also assist benefit  for  modules lo move or lo  react 

cooperatlvcly. Thus, a helix allows modules  to en]arge ttle1r  slzc.  to have  r1gid structures and to  movc  dynamlcally 

(1)  The Preference  for  βstructurc on Module soundarJes 

1t  can be thcorlzed  that β s tructures  cxlstIng on module  boundarlcs m1ght  enforce  the  1nteraclIons  betwccn modules 

41 

(7)

suppos1ng  Lhal  modules wllhln  a proleln are connccled and  lhal  the  boundar1es formβ‑structures, lhe connecled modules couJd  v1brale  and acl  together, lntroduclng a wlde  range of 

cooperallvlty as  to protein functlons.  secause  lhe  encrgy  levc] 

of each  sccondary  structure  1s not so dlffcrcnl, secondary  slruclures  of module  boundarlcs mlghl have changed rapldly 

accordlng  Lo  thc  functlonal reflncmcnl or djvlslons of protcins  Thercfore.  lhls correlatlon  could  be  assumed lo  havc  dcveloped  and lo  havc bccn  conserved durlng prolcln  cvolullon 

(2)  The lIellx l~atlo and Cornpresslbl1llY  of Prolelns 

Slnce a hclix enforce  the  stabll1ly of each module and  cnlarge  Lhc  modulc  size, lt  Is hYPOlhcsizcd lhal proleins  of 

larger  modulcs, ln  their  funcむjon81 mOlion, would  change  lheit  forms more sharply and simply  than  would  proteJns of smallel  modulcs. For example, il  may be  easy  to  observe  the reacLive 

mOllon of hemoglobln, which  15 a hlghly  hcl lx‑r lch protcln.  Thcl'c  Js  one very  interestlng cxample of  tllls posslbll1ty 

Thc compressiblllty of a protcJn, whlch reflects its 

hydrat[on and  lhe  void  effect5, 15 ca)culatcd by mea5urlng the  translatlon  ve]ocity and  the  v1scoslty of a solvent  contalnlng  thc proleln. Allhough it Is dlff1cull LO measurc the  void  cffecl  dlrectly, lhls  cffect can  be esllmaled by an approxlmatlon whJch  Ls  conflrmed  to flt  the experlmental results of several prolelns  Gckko ct.  al. (1984)  detcrmlned the vold  effect of protclns  from 

thelr compresslblllty and  ob5crved the  tendcncy for  the effecl  to  increase  In  proportion to  the helLx  ratlos of protelns.  SUPPo51ng  that  therc 81"0  two  types of modules, Lhe largcr bclng morc  ri.gld  and  the  smaller being softer.  the vold  of a proteln  consls乞lng of 

(8)

thc  fOl'mer modules would  be large 'rthan  the vold of a proteln  formed  from  the  latter modules, Therefore.  the  hellx ratlo of  protelns and.  accord1ngly of modules would  bc  1mportant  to the  dynamlcs of prote1ns, Th1s  1s conslstent wl1h 1he  prospect  dcrlved from 1he correlat10n between he11x con1ents  and  the  average  sJze of a proteln module. 

lV‑4 ^ Sla1lst1cal Exam1nat10n 01'  1hc Corrcspondence  be1wccn  Module

oundar1esand lntron Pos1110ns 

1'he correspondence between module boundarles and lntron  pos11ions  is conf1rmed  by  numerlcal examlna1Jon.  ThJs  Sludy  verlflcs  that module boundarles have a strong correlatlon  wlth  thc  locat10n  of lntron.  However.  1乞 1s suggested 1ha1 evolutlonal  altcrnatlon  has occurred  ln  the modules of some con1emporary 

protclns.  for  there are some lntrons whlch  do not correspond wc]l  10 rnodule boundarles. 

^ssurnlng that the reflncd  mcthod 15 approprlate enough  for  modulc  lden1lfication.  there would secm to bc  somc  altcrat10ns to 

Lhc correspondence. Three possJble explanatJons for th15 

phcnomena are as follows:  1.  Somc modules have changed by  fus1ng  so  tha1 they 8re no longer indepcndent modules. Nevertheless.  the  introns have rema1ned  for  some  reason.  Jt sccms probable thaL  thcsc modules have changed dur1ng evolutlon  as the rcsult of 

de]e1lons of several amino acids. whlch are generally observed  ln  protcLns.  If th1s 1s the case. the traccs  of thc anclcnt modulc  boundarles would rema1n on  thelr structural  fca1urcs (CP)  and Lhe  poslLlon of  1hese  traces would  be rclatlvely dJstant  from any of  Lhe  ldcn1Lfled module boundarles.  Thereforc.  1t mlght be bettcr  to recognlze these  traces as module boundarJes. acccPtlng  Lhc 

4

(9)

11mltatlon of  the  contemporary method.  2.  Somc  lntrons have movcd  slighLly durlng evoluLlon  shlfLlng  from  thelr orlg1nal  posltlons  Thc devlatlon between thc lntron posltlons and  thc  corrcsponding  modulc boundarles would  be small  jn  this  case.  Thus, relat1vcly  smal1  dcvlaLlon should be accepted.  3.  50me of less corresponding  lnLrons  emcrgcd by movable clemcnts. Thesc  lntrons mlght be 

Jnsertcd lnto the genes without any  correlatlon  to the modules  1I0wever, the lnsertlon of introns  can not  be asslgned as long as 

lL has  no effcct on proteln structures. Thercfore.  thls  last  possJbllJty should be employed  only ln the  event  the  flrst 

posslbll1ty can not explaln  thc largcr devlaLJon.  lf Lhis  case ls  asslgncd  as thc  real lncldent, thc  mcthod and the  process of 

modulc ldentlflcation should  be  lmprovcd. Tlle  appl1cabl1lty of  thesc  thrce posslbl11ty to  dJfferent  lntrons and thelr relative  domlnance C8n not bc detcrmincd  from any of thc  aval1able  data  lIowcvcr, somc dJ fCcrenccs  among these aJ.teratlvc cxplanatlons  would bc  distlnguished  based  on  thc  above consideraLions 

'he alternatlons of modulcs  lnferred  ln  thJs  study  seem to  havc  happcned in rClativcly later sLages of proteln evoluLion 

These alLcratlons dcpend on thc  dcletion or the  InserLion of small  numbers of amino acids for  the  sake of Lhe  reflnernents of proLeln 

funcLlon and/or  its specifications.  AnalY51s of these  inLrons  wlth  regard  to  thls correspondence might  g.lve a c]ue to  the  mcanlng of lntrons 

The Origln and Meanlng of Jntrons 

Whcther or not  the origln of lntrons can be  traced  back  to  thc bcglnnjng of l1Ce  Is  stl11 an unre501ved  questlon;  however, 

thcrc  15  evidence that  some  introns cxlstcd bcCorc a proteln 

(10)

~

codlng gcnc  bccamc a contemporary struc.turc.  A good  eX8mple  is  Trlose  phosphatc  lsomerasc  (TIM), whlch 15  an essenLial  enzyme of  organlsms  and  Is highly conserved among varlous  spccies 

(Marchlonnl  and  Gl1bert, 1986, Gllbert..  cL. 81..  1986). TIM gene  has  elgh. tlnt.rons  1n malze. slx  introns ln chlckens and humans. 

8nd fjve  In.trons ln  asperglllus nldulans (ycast.).  1'he  slx in.tron  poslLlons of anlmals  are coinclde  LO  sJx of .the malze lnt.ron  poslLlons wlthln a t.hree  resldue devlatlon.  Three of  Lhe  flve  intron  posl.tlons  ln  yeast  are  siml1arly colncJde  Lo  thrcc of  thc  eJght jnLron positions 1n  maize.  whlle.  .the ot.her  tWQ are no1.. 

conscrved  in hlgher cukaryotes. Those lnt.rons whlch are common  throughouL  the genes  from differenL  spccies  suggcSl  lhc  loss of  lnlrons during Lhe  evolution of  thls cnzymc.  The conscrved 

lntrons of '1'1M  among a wide rangc of spccies  und thc 

correspondence  between intron5 and structurary unlLs suggesL  that  m05t of 1ntron5 are fairly old evcn  though wc can noL deftniLeJy  assJgn the  t1e before  the  d1vergence of prokarYOLCS and 

cukaryotc5 

InLeresL1ngly, lntrons of TJM supporL  Lhe modulc  hypothcsls  Gllbcrt.  ct.al. (1986)  pointed ouL  thc  slzc unlformlLy of exons 

In TIM.  FurLhermore.  Jntrons observed  ln  the  N

八日

(nlcotlne amJdc  adcnlnc  dl‑nucleotide)‑binding domaln of TIM gene clcarly djv1de 

the  lnLeracLing  regjons into adenine rlbose and nlcotlnc amlde  molctles of NAD.  wh1ch 1s conserved  also  In  thc gene of alcohol  dehydrogenase (Quigley, et.a]..  1988). Thcsc  arc consJstent wlLh 

Lhe  repeLILJon and alteration of small  segmcnts.  or modulcs.  ln  adcnylaLe klnase.  It can.  therefore.  be concluded that lntrons  exlsLcd bcfore  the essentlal  enzymc of llfc was  produced on 

45 

(11)

earlh 

The most basic  explanation of  inlrons can  lnfer  thal  lntrons  may accommodale  lhe  timlng of PCPlldc  fOldlng oC modulcs because 

intron posll1ons correlate wllh slructurary compact unlts, or  modulcs. Thus. inlrons would contrlbute to  lhc corrcct  folding of  a whole prolcln. 1'0 dlscuss the mean1ng of lnlrons.  Il i.s a1so  ncccssary to  lake lnlo considerat10n rlbozymes.  whlch cxlSl  ln  somc klnds of  lntrons  (Ceck. 1986).  Thesc nucleoLJde segments  acl as calalylic  enzymes  for  the exci.sJon and  lhc  ] Inkage of  rJbonucleotlde bonds (self‑splicing).  Allhough lheir enzymat1c  cCflc1ency Js  relatLvely low.  ribozymcs could have  funclloned  indcpcndcntly 1n  the pr1modlal world as 1s  hypothesized  ln lhe  RNA world of early evolution  (Woesc.  1981. 1983);  a hypothcsls  that  rlbonucleotldes were able to  repllcale lhemselvcs wllhoul  any help  from protelns. 1'here mlghl be  somelhlng slm11ar funcllon  ln lntrons of higher eukaryotlc  gcncs.  For example, sma11 

polypcPtJdcs or pOlynucleotjdes whlch control thc  dcgree of gene  cxprcssJon or  the switch of alternatJve spllclng mlght be coded  ln the genes.  It would  be an  important stlmu]us to  gcnetic 

stud1es to  lnvestigate the  delicate  relat10nships between  lntrons  and  the  tertiary  structures of proteins 

IV‑5 Thc Evolutlon of Proteins sased on Module Struclures 

Two  types of  the  al tera tion, small  changes and large 

changes. have  been  identified 1n  the evolUlLon of modules. Sma1l  a1eratlons.whlch occurrcd wlthln modu]es and wcre caused by thc  delctJon or thc  lnscrt10n of several  amlno acLds.  are presumably  neccssary  for  the rcf1nemcrtof proleln  funcl1ons.  Il seems to  have  happencd  rclat1vely  recently ln  proteJn  evolution  because 

(12)

the dlffcrences are small.  Large alternatlons.  which occurred  in  module organlzation and are caused by  thc  delction or thc 

lnscrtlon  of modules.  may depcnd on the  tjssue  speciflcation of  proteln  funct10n as  1n  the  case of adenylate  k1nase. Th1s 

incidcnL would occur  in a relatlvcly early  sLage of proLe n evolULJon.  Thc oldest cvolutlon  of modules.  Lhe  shuffling of 

small  exons, would  have taken  place  Lo pcrmlL Lhc creaLlon of new  funcLJona]  protelns 

Jmprovement of Automatic Module IdcnLJfJcation 

AuLomaLic ldentlflcatlon has  becn  proved to be probable  ln  the analysis of sLaListlcal  stucties.  lIowcver, somc polnts stilJ  rcqulre lmprovements  lf  thls method 1s  to dlscuss dlscuss 

lndivldual  proteins in  detail.  A morc carcful  lnvestlgatlon of  these points would be  necessary for  the accompllshmcnt of  this  obJectlvc. The following questlon Is to  bc  rcsolvcd; lIow can 

thc  module  boundaries  be  selected  among a numbcr of nelghborLng  candldates from  the centripetal proflles. A further 1mprovcmcnl  of  thls melhod would  permi the proper analys!s  of 

protcln cvolution at its earllesl  stages 

47 

(13)

V.  Acknowledgments 

The author would 11ke  to  express  her  card1.nal  thanks  to  Dr  ILlrotsugu 

! ' 1

a tsuda.  P'"ofessor  of Mathema tlca1 lology a l KyuShu  Unlverslty.  for hls many  useful suggcSllons.  helpful advlcc.  and  conlinuous  cncouragcment during her  docloral program.  Sjnccre  lhanks must be cxprcssed  to Dr.  Mlllko Go.  Professor of Blology  al Nagoya UniversllY, for  lntroducing her lo  lhe study of p

"oteJn  slruclure and lts evolutlon

, 

and  for  dcmonslrallng lo her the  lmporlancc of good  presenlatlons and many olher aspec.ts of 

sclcnt.lflc rcsearch  during her cxclting courses.  Thc aulhor would  llkc .to .thank  Drs. Takashl  Miyala.  Yoh Iwasa.  Masaru  Ilzuka. 

I

elko KJkuno. Akira  Sasakl, 1I1rok 1. lnutsuku. 1I1denot'1 lIayashlda. 

Toshlyukl  NogUll, and lIaruo Abe for lhclr sllmu.lat.lng dlscus510n5  and encouragemen.t. She a150 .thanks her comrades

, 

Nobuo Tamachl, 

Kel‑lchl  Kuma, A.tsushi Yamauchl, Naoyukl Iwabc, Kuzunorl Sato. 

Shlrou Tomoda. and  Yulchi  KawanlshJ, dS wcJl  as many  friends, fOI  lhelr uscful comments and encouragemenL. Thc author grcatly 

t

.hanks  John R.  Anscomb‑lino, A5socJalc Professor of the Center of  Languages  and CulLures at Kyushu UnJvcrslly. for  hls efrcctlvc  lectures on  English writing skills and for hls klndly correcllon  of thls  lhesls and lots of uscful suggesllons .to ll.  Some of the  compuler programs  used  in these studles were wrlLten by lrs

MILlko Go, Nobuhiro Go, Sanzo Mlyazawa, TakashJ Gojbori Iliroshlge Mlzuno. Aklra Sasakl, 阿rs. Izumi Oda, and Shjrou  Tomoda. The author thanks them for permJtLlng her  Lo  use these  programs.  Flnally.  she humbly dcdlcale thls  paper  Lo her faLher, 

Susumu Nosaka, who dled  October  30th, 1990, as an expression of  her endurlng appreclation for  hls  generous  klndness and help  throughout her educatlon 

(14)

VI.  REFERENCES 

Acevedo O.L. and Orgel.  L.E., NaLure 321・790‑792. 1986  srune

,問。.

Schurnann.  R..  Wittlnghofcr.  F., 

NucleJc AcJds I~esearch 13:  7]39‑715J.  J985  Ccck. T..  Cell 44:  207‑210. 1986 

Dayhoff

, 

M.  0., lIunt

, 

L.  T., McLaughlln  P.  J.  8nd  Jones

, 口 口 ,

At]as of Proteln  Sequence and  StrucLure

, 

ed.  Dayhorr

, 

M.O  Vol.S.  pp.345‑352.  1978 

Dreuslcke.  D..  Karplus.  P.A..  Schulz, G.E.. 

J 。 阿01.日101.. 199:  359‑371.  1988 

rcusickc. D.. Schulz

, 

G.E..  FEsS  LeLL..  208:  301‑304

, 

1986  Egner

, 

U.. Tomassclll. A.G..  Schulz.  G.E.. 

J. Mo]

101. 195:  649‑658.  1987 

Frank

, 

R., TrosLn. M..  Tomassclll.  A.G., Schulz

, 

G.E., Schlrmcr. 

R.II.. Eur. J

iochem. 141:  629‑636.  1984 

Gekko.  K.. lophyslcs. lophyslcal socLcty of Japan

, 

24:  466‑471. 

1984  (Gekko

, 

K.  and  Noguchi, 11., J.  Phys.  Chem., 83:  2706  2714.  1979) 

Gl1bcrt. W.  Why genes 10 pleces

NaLure 271:  501.  1978  Gl1bcrL. W.. Machlonni, M.  and McNlght.  G 

CcJl 46:  151‑154.  1986  Go. M..  Nature  291:  90‑92.  1981 

Go.  M..  PrQC.  Natl.  Acad.  Scl.  USA 80:  1964‑1968. 1983  Go.  M..  ^dv.  siophys.  19:  91‑131.  1985 

Go.  M.. Nosaka

, 

M. eds.  Cold  Sprlng lIarbor Symposia on 

l010gy. Cold Sprlng Harbor. Ncw York

, 

The CoJd  Spring  l

Iarbor Labora .tory.  LII:  915‑924. 1987 

Gott. J.M.. Shub. D.A.  and  selfort.  M., Cell 47:  81‑87, 1986 

49 

(15)

Hawklns. J.D., Nucleic Acids  Research  16:  9893‑9916.  1988  Ilell.  A., ¥11uller, G., Noda, L..  Plndcr. 1'..  5chlrmer. R.. 

5chlrmer, 1.  Von Zabern, 1., 

Eur.  J.  Biochem.  43:  131‑]44, 1974 

lIe'l dt, 11. W., 5chwalbach, K..  Eur.  J Jochem.  1:  199‑206.  1967  Jensen, E.O.. Paludan, K., lIyldlg‑Nlelscn.  .LJ..  Jorgcnsen.  P 

and Marcker.  K.A., Nature  291:  677‑679.  1981 

Jukes. 1'.11..  Cantor.  C.R..  In:  Manmmalian Proteln Mctabolism 

l

'1unro.  II.N.  ed..  Academlc Press. New YOl'k, pp2J‑132.  1969  Klshl.  F.. Maruyama. M., Tanizawa. Y.. Nakazawa, A.. 

J.  8101. Chem.  261

, 

2942‑2945.  1986  Klshi. F..  Tanizawa. Y.. Nakazawa. A.. 

J. 101. Chcm.  262

, 

11785‑11789.  1987 

Kuby. 5.A..  Palmleri  R.II., Frlschat. A..  Flschcr.  ^.II..  Wu. 

L .11..  1'1aland, L.. Manshlp. 何

Jochcmistry 23:  2393‑2399. 1984 

Lec. W.II..  Proc.  Natl.  Acad.  Scl. USA. 78:  1085‑1089. 1981  MarchlonnJ.  M.  and  Gl1bert.  W..  Cell 46

, 

133‑141.  1986 

Matsuura.  S..  Igarashl. 1¥1..  Tanlzawa, Y., Yamada.  M.. Klshl.  F  Kajjl  T., Fujii  H., Miwa, 5.

Sakural. M.  and Nakazawa.

J.  8101. Chem..  264:  10148‑10155.  1989 

l

'Hyazawa.  S.  Gる,阿 .In:  the  report of PSPCS  group  1n  Grants‑ln  Ald  for Spcclal Projcct  Rcscarch  from  thc Mlnlstry of 

Educatlon.  V:  17‑43.  1981 

Noda, L., In:  The Enzymes. Voyer.  P.D.  ed.  3rd 

ed. Acadcmic  Press  New York and  London.  VIll:  279‑305.  ]973  Naora, 11.  and Deacon, N.J 

Proc. Natl. Acad.  5cl.  US^.  79:  6J96‑6200.  1982 

(16)

~aora. 11..  Jl.l1yahara, K.  and Curnow. I~.N

Proc.  Natl.  Acad.  Sci.  USA

, 

84:  6195‑6199

, 

1987  Ohonlshl, K..  Biophyslcs. slophyslCal SocleLy of Japan 

28:  5‑138. 1988  (Origins or L1fe. 16: 247‑248. 1986) 

Pal.  E.  F., Sachsenheimer. W..  SchLrmer.  R.  11..  Schulz. G.E..  J.  Mol.  8101.  114:  37‑45.  1977 

Povey. S.. Slaughter.  C.A.. W1150n.  D.E Gormlcy. r.p..  BuckLon. 

K.E..  Perry. P.

, 

and sobrow.  M 

Ann.  lIum. Genet.. Lond.  39:  413‑422.  1976 

Prova. K.. Toma55clli. A.G.. Nlelsen. P. and Schulz. G.E  Nucleic Aclds Res..  15:  7187.  1987 

QuJgley. F..  MarLln. W.F.  and Cerff. R 

Proc. NaLl.  Acad.  Scl.  USA. 85:  2672‑2676. 1988 

Reuner. C., lIab1e

, 阿 .

Wl1manns, M.. Klefer.  E..  Schl1LZ. E.  and  Schulz. G. E.. Protein  Seq.  Da La  ^nal..  1:  335‑345.  1988  Schulz.  G.E.. SchllLz, E.. Tomas5clll.

G. Frank.  H.. Brune

白川。

WILLlnghofer. A.. and Schlrmcr

, 

ILII  Eur. J. slochem. 161: 127‑132. 1986 

Schulz. G.E.  ed..  Cold Sprlng Harbor  $ympo5Ja on QuanLiLaLlve 

lology. Cold  Sprlng Harbor.  New York.  The Cold  Sprlng  lIarbor  LaboraLory.  Vol.  LII:  429‑439.  1987 

Shocmaker. K.R..  Kim.  P.S..  York.  E.J.. SLewart. J.M.  and 

aldwJn.H.L.

, 

Nature 326:  563‑567.  1987 

Shows. 1

.srown. J.A.  CytogeneL.  Ccll  GcneL.  14:  421‑425. 1975  SumlnamL.  Y.

, 

KlshJ. F.. Torlgoe.  1 Nakazawa A 

J. lochem. 103: 611‑617. 1988 

TaJll11a

, 

F..  Ncl. M.. J. Mol.  Evol.];  269‑285.  1984  TomasseJJ 1.  A.G.  and Noda. L.II 

51 

(17)

U

1の ひ

0 Z  6  

L 8 I 1 9  

QUEt‑‑

4 h  

c

L P 3 0 0

00U

A

‑ 1 ' q d  

R 3  

qd

u

n u ' q d  

bM

nn

:   a 2   m r o  

e p r q 4  

ιh H 

c ' S  

0・r

i c e  

n υ

' i W

A L  

e e  

J 1 1  

' e a

r l B  

u e p ι  

円 巳

Qd pr

a m 

Tomasselll, 

A.G., Mast, E., Janes, W., Schl1LZ.  E 

Eu

r.  J. Blochem.  155:  111‑1191986 

Van Cong, N.

.  RebourcetR., Wei.l.  D., 

Coul . l11n 

, P  lIors.  ~1.-C. . Jami.  .J., Frezal.  J 

Cy

L

oge

n

eL

Cell  Genet.  13:  113‑118, 1914 

Von  Zabern.  J.. WiLLmann‑Liebold. 日 . UnLuchL‑Grau.  R., Schirmcr. 

R.  H.. Pal.  E.  F..  Eur. J.  Biochem. 

68: 

281‑290.  1976 

Wj

e]a

nd. 自 . Tomasselli. A.  C.. 

Noda

, L.  11..  Frank. R..  Schulz G.E.. 

Eur. 

J  日lochem. 143 331‑339.1984 

W

oesc

C. 

R.  ArchaebacLerla.  Scl.Am.  244(June):  94‑1061981  W

oesc

C. 

R.  1n:  Evolutlon fr

om Molccules  Lo Man.. 

s

enda

ll.  D.S 

ed.. 

pp 209‑233.  1983 

Yanagawa 11.  and Ito. 問 。 Vlva OrlgJ no 15:  11‑281986 

Rossrnann.  MG..  LlljasA.. 日randcn.

C. ‑

J..  l3anaszakL.  J.,  1n:  Thc Enzyrnes.  Voyer. P.  D.  cd.  3rd.  cd.  AcademIc  Prcss 

New York  and Lond o

n.  XI:  61‑101.  1915 

Go.  M..  Nosaka.  M..  PROGRESS 1n CLI

N

ICAL and  s10LOGJCAL 

RESEAR

C I I .  

I~ein R., and Golombek, A. 

cds..  Nc

w York.  Alan  Liss.  Inc.. 28921‑31, 1989 

(18)

Table 1:  Universal genetic codon table and the grouping of amino acids de

ndingon nucleotide  species of the second codon 

Second base  U 

First base 

UUU  UCU  UAU  UGU 

U  UUC  Phe  UCC  UAC  Tyr  UGC  Cys  UUA  UCA  UAA  te .r UGA  ter  UUG  Leu  UCG  Ser  UAG  ter. UGG  Tro 

CUU  CCU  CAU  CGU 

C  CUC  CCC  CAC  His  CGC 

CUA  CCA  CAA  CGA 

CUG  Leu  CCG  Pro  CAG  Gln  CGG  Aro 

AUU  ACU  AAU  AGU 

A  AUC  ACC  AAC  Asn  AGC  Ser  AUA  Ile  ACA  AAA  AGA 

AUG  Met'  ACG  Thr  AAG  Lys  AGG 

g

GUU  GCU  GAU  GGU 

G  GUC  GCC  GAC  Asp  GGC 

GUA  GCA 

GAA 

GGA 

GUG  Val  GCG  Ala  GAG  ωu  GGG  G~

• initiation codon 

U  g r o u p ;   F ,  L ,  1 ,  M ,  V  C g r o u p ;  S ,  P ,  T ,  A 

A g r o u p ;  Y ,  H ,  Q ,  N ,  K ,  D ,  E 

G g r o u p ;  C ,  W ,  R ,  S ,  G 

(19)

Ta

e2: Identity(

悦)

(Iower) and 

mpared residue numbers (upper) between each pair  of ten sequences. AK3B and AK2B are the enzymes in matrix and inter membranes of 

vinemit

自由

ondria.AKY is AK in yeast cytosol and AKE is in E. Col .iAK1F

, 

AK1C

, 

AK1R, AK1P, AK1B and AK1H are AKs of musde cell cytosols of ca巾, chicken, rabbit,  porcme

,国

vineand human, respedively 

AK3B  AK2日 AKY  AKE  AK1F  AK1C  AK1R  AK1P  AK1B  AK1H  AK3日 189  190  185  185  185  185  185  185  185  AK2B 36.3  190  189  189  189  189  189  189  189  AKY  37.9  54.2  190  190  190  190  190  190  190  AKE  36.0  43.9  38.4  185  185  185  185  185  185  AK1F  29.3  35.3  31.1  36.2  185  185  185  185  185  AK1C  29.3  35.8  31.6  34.6  79.5  185  185  185  185  AK1R  28.2  34.7  30.5  34.6  74.6  87.6  185  185  185  AK1P  28.2  34.2  30.5  34.6  76.2  87.0  94.6  185  185  AK1B  28.2  34.2  30.5  34.0  73.5  85.4  97.8  95.7  185  AK1H  28.2  34.7  31.1  33.5  74.6  85.4  95.1  95.7  96.2 

(20)

Table 3: The list 01 29 proteins which are globular and smaller than 200 residues  Sixteen 01 these proteins are Irom eukaryotes, twelve are lrom p.okaryotes, and  one is Irom the phage 01 prokaryotes 

CODE  NAME  SIZE ORIGIN 

3ADK  ADENYLA TE KINASE  194  PORCIN  3CPV  Ca‑BINDING PARBALBUMIN  108  CARP 

1CTX  COBRATOXIN  71  COORA 

2B5C  CYTOCHROME‑B5  93  BOVINE 

1HMO  HEMERYTHRIN  113  SPINCLlD WORM  1REI  IMMUNO GLOBULlN  107  HUMAN 

1LH4  LEGHEMOGLOBIN  153  YELLOW LUPIN 

6LVZ  LYSOlYME  129  CHICKEN 

1NX

POSTSYNAPTIC NEUROTOXIN  62  SEA SNAKE  2BP2  PHOSPHOLlPASE A=2=  123  BOVINE  1PCY  PLASTCYANIN (Cubinding) 99  POPLAR  2PAB  PRE‑ALBUMIN  127  HUMAN  1RN3  RIBONUCLEASE‑A  124  BOVINE  2S0D  SUPEROXIDE DISMUTASE (Cu, Zn binding)  151  BOVINE  10VO  OVOMUCOID THIRD DOMAIN  56  OUAIL  4PTI  PANCREATIC TRYPSIN INHIBITOR  56  BOVINE  4ATC  ASPARTATE CARBAMOYLE TRANSFERASE  152  E. COLl 

1AZU  AZULlN (ELECTRON T

NSPORT) 128  PEUDOMONAS A  156

CYTO<コHROMEB‑562  110  E. COLl 

3C2C  CYTOCHROME ¥C=2=  112  RHODOSPIL

UM R 3DFR  DIHYROFOLATE REDUCTASE  163  LACTBACILLUS C  1FDX  FERREDOXIN  54  PEPTOCOCCUS A  4FXN  FLAVODOXIN  138  CLOSTRIDIUM MP  1HIP  OXIDIZED HIGH POTENTIAL PROTEIN  85  CHRαAATIUMV  3RXN  RUBREDOXIN  52  DESULFOVIBRIO V  2SNS  STAPHYLOCOCCAL NUCLEASE  149  STAPHYLOCOCCAL N  2SGA  PROTEINASE A  181  STREPTMYCES G  2SSI  SUBTILlSIN INHIBITOR  113  STREPTMYCES A  2LZM  PHAGE LYSOZYME  164  T4 PHAGE 

(21)

Table 4:  Comparison between the newly and the originally identilied module boundaries 01  the 29 proteins which are globular and smaller than 200 residues. The number 01  common  boundaries is 143, which CQvers 98 percent of the boundaries identified by the distance map  method 

Method  The Number of Module  Boundaries  Average Size  Common  Different  Total  (residues)  Distance Map  t43  3.  146  19.3 

Improved  143  57  200  14.5 

• Each 01 them are inciuded in  proteins 01 BNL code name; 4ATC, 1 RN3, and 3C2C 

, 

参照

関連したドキュメント

本研究は,地震時の構造物被害と良い対応のある震害指標を,構造物の疲労破壊の

Endogenous muscle atrophy F-box is involved in the development of cardiac rupture after myocardial infarction. Muscle-specific RING finger 1 negatively regulates pathological

 回報に述べた実験成績より,カタラーゼの不 能働化過程は少なくともその一部は可三等であ

 哺乳類のヘモグロビンはアロステリック蛋白質の典

経済学研究科は、経済学の高等教育機関として研究者を

信号を時々無視するとしている。宗教別では,仏教徒がたいてい信号を守 ると答える傾向にあった

[r]

社会学研究科は、社会学および社会心理学の先端的研究を推進するとともに、博士課