[論文レビュー] Genetic Code: Four Diversity Types of Protein Amino Acids

Miloje M. Rakočević|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2011

Fractal and DNA sequence analysis参考文献 20被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、化学的および構造的性質に基づき、20種の代表的アミノ酸を4つの多様性タイプに新たに分類し、遺伝子コドンに以前未知の算術的規則性を明らかにしている。分類は側鎖の種類（非炭化水素性、炭化水素性、芳香族／ヘテロ芳香族、機能性基を有する）に基づき、10組の化学的に決定されたアミノ酸ペアが、遺伝子コドンの主要な調和的構造を一貫して結びつけている。

ABSTRACT

This paper presents, for the first time, four diversity types of protein amino acids. The first type includes two amino acids (G, P), both without standard hydrocarbon side chains; the second one four amino acids, as two pairs [(A, L), (V, I)], all with standard hydrocarbon side chains; the third type comprises the six amino acids, as three pairs [(F, Y), (H, W), (C, M)], two aromatic, two hetero aromatic and two "hetero" non-aromatic); finally, the fourth type consists of eight amino acids, as four pairs [(S, T), (D, E), (N, Q), (K, R)], all with a functional group which also exists in amino acid functional group (wholly presented: H2N-ĊH-COOH; separately: OH, COOH, CONH2, NH2). The insight into existence of four types of diversity was possible only after an insight into the existence of some very new arithmetical regularities, which were so far unknown. Also, as for showing these four types was necessary to reveal the relationships between several key harmonic structures of the genetic code (which we presented in our previous works), this paper is also a review article of the author's researches of the genetic code. By this, the review itself shows that the said harmonic structures are connected through the same (or near the same) chemically determined amino acid pairs, 10 pairs out of the 190 possible.

研究の動機と目的

• 化学的および構造的特徴に基づき、20種の代表的アミノ酸を明確な多様性タイプに分類・同定すること。
• 遺伝子コドンにおけるアミノ酸のグループ化に根ざす、以前未知の算術的規則性を解明すること。
• これらの多様性タイプと遺伝子コドンの主要な調和的構造との関連を示すこと。
• 化学的に決定された関係を通じてアミノ酸ペアを系統立てて結びつけるフレームワークを確立すること。
• 著者の遺伝子コドン調和に関する先行研究を包括的にレビューし、本4タイプ分類によって統合的かつ統一的に再構成すること。

提案手法

• 側鎖特性の分析：非炭化水素性（G, P）、標準炭化水素性（A, L, V, I）、芳香族／ヘテロ芳香族性（F, Y, H, W）、機能性基を有する（S, T, D, E, N, Q, K, R）。
• 共通する化学的および構造的性質に基づき、アミノ酸を4つのタイプにグループ化し、ペアリングパターンに特に注目する。
• 遺伝子コドンの調和的構造を一貫して結ぶ10の特定アミノ酸ペアを同定する。
• 定量的分析を用いて、遺伝子コドンにおいて以前認識されていなかった算術的規則性を明らかにする。
• 先行研究の知見を統合し、新規分類と既存の調和的パターンとの整合性を示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 20種の代表的アミノ酸を明確な多様性タイプに分類するための、背後にある化学的および構造的原則は何か？
• RQ2 遺伝子コドンにおける算術的規則性は、アミノ酸の化学的性質とどのように関連しているか？
• RQ3 どのアミノ酸ペアが、遺伝子コドンの主要な調和的構造を一貫して結んでいるか？
• RQ4 4つの多様性タイプは、どの程度、遺伝子コドンにおける化学的に決定された関係を反映しているか？
• RQ5 この分類は、著者の遺伝子コドン調和に関する先行研究をどの程度統合的かつ拡張的に統合しているか？

主な発見

• 20種の代表的アミノ酸は、側鎖の化学的性質および機能性基の有無に基づき、4つの明確な多様性タイプに分類される。
• 最初のタイプには、標準的な炭化水素性側鎖を欠く2種のアミノ酸（Gly, Pro）が含まれる。
• 2番目のタイプには、標準的な炭化水素性側鎖を持つ4種のアミノ酸（Ala, Leu, Val, Ile）が含まれ、2組のペアを形成する。
• 3番目のタイプには、6種のアミノ酸（Phe, Tyr, His, Trp, Cys, Met）が含まれ、芳香族性、ヘテロ芳香族性、または非芳香族性ヘテロ原子含有側鎖を持つ3組のペアに分類される。
• 4番目のタイプには、8種のアミノ酸（Ser, Thr, Asp, Glu, Asn, Gln, Lys, Arg）が含まれ、OH、COOH、CONH2、NH2などの機能性基を有する側鎖が、標準的なα-アミノ酸骨格にも存在する。
• 遺伝子コドンの調和的構造を一貫して結ぶ10の特定アミノ酸ペアが同定され、コドンの組織に深いつながりのある化学的および構造的整合性が示された。