DNAの情報は「設計図の原本」です。原本をそのまま持ち出すのはリスクが高い。
そこで細胞は、必要な部分だけを「コピー」して作業現場に運びます。
このコピー作業が「転写」──DNAの塩基配列をmRNAに写し取る過程です。
遺伝情報はDNA → RNA → タンパク質という一方向に流れます。 この基本原則をセントラルドグマ(中心教義)といい、クリックが提唱しました。
DNA →転写→ mRNA →翻訳→ タンパク質
遺伝子の上流(5'側)にはプロモーターと呼ばれる特定のDNA配列があり、ここにRNAポリメラーゼが結合して転写を開始します。 プロモーターはいわば「ここから読み始めよ」という標識であり、どの遺伝子が転写されるかを決める重要な領域です。
真核生物の遺伝子には、タンパク質をコードする部分(エキソン)と、コードしない部分(イントロン)が交互に存在します。
転写直後のRNA(mRNA前駆体)にはエキソンとイントロンの両方が含まれています。 mRNA前駆体は核内で以下の3つの加工を受けて成熟したmRNAになり、核外に運ばれます。
原核生物には核膜がないため、転写中のmRNAにリボソームがすぐに結合し、転写と翻訳が同時に進行します。 また、原核生物の遺伝子にはイントロンがないため、スプライシングも行われません。 一方、真核生物では核内で転写とRNA加工が行われ、完成したmRNAが核外に輸送されてから翻訳が行われるため、転写と翻訳は時間的・空間的に分離されています。
エキソンのつなぎ方を変えることで、1つの遺伝子から複数の異なるmRNA(=複数の異なるタンパク質)をつくることができます。これを選択的スプライシングといいます。ヒトの遺伝子数は約2万ですが、タンパク質の種類は10万以上──この差は選択的スプライシングで説明できます。つまり「遺伝子の数=タンパク質の種類」ではないのです。
この節で学んだ基本事項を確認しましょう。
セントラルドグマの流れを、矢印を使って示せ。
DNA →(転写)→ mRNA →(翻訳)→ タンパク質。遺伝情報はこの一方向に流れる。
DNA鋳型鎖の配列が 3'-TACGGATTC-5' のとき、転写されるmRNAの配列を5'→3'方向で示せ。
5'-AUGCCUAAG-3'。DNA鋳型鎖の各塩基に対し、A→U、T→A、G→C、C→Gで対応させる。
「スプライシング」とは何か。「イントロン」「エキソン」の語を用いて述べよ。
転写直後のRNAからイントロン(タンパク質をコードしない部分)を除去し、エキソン(コードする部分)を連結して成熟mRNAをつくる過程。
この節で学んだ内容を、入試形式の問題で確認しましょう。
次の文中の空欄( ア )〜( オ )に入る適切な語句を答えよ。
DNAの塩基配列をmRNAに写し取る過程を( ア )という。この反応を触媒する酵素は( イ )である。真核生物では、転写直後のRNAからタンパク質をコードしない( ウ )を除去し、コードする( エ )を連結する( オ )が行われる。
ア:転写 イ:RNAポリメラーゼ ウ:イントロン エ:エキソン オ:スプライシング
転写はRNAポリメラーゼが鋳型鎖を読み取ってmRNAを合成する過程です。真核生物ではスプライシングが転写後に核内で行われ、完成したmRNAが核外に運ばれて翻訳に使われます。
(1) 遺伝情報がDNAから直接タンパク質に変換されるのではなく、mRNAを経由する利点を40字以内で述べよ。
(2) 原核生物にはスプライシングが行われない。原核生物の遺伝子の構造がどのように異なるか、「イントロン」の語を用いて20字以内で述べよ。
(1) 必要な遺伝子だけをmRNAにコピーして使うため、遺伝子の発現量を柔軟に調節できるから。(40字)
(2) 原核生物の遺伝子にはイントロンがない。(19字)
(1) mRNAは使い捨てであり、多くつくれば多くのタンパク質が合成され、分解すれば合成が止まります。この「mRNAの量の調節」が遺伝子発現調節の基盤です。
(2) 原核生物の遺伝子は連続的にコードされており(イントロンがない)、転写されたmRNAがそのまま翻訳に使われます。