DNA（デオキシリボ核酸） は、アフリカの平原で最も単純な単細胞細菌から最も壮大な5トンの象まで、すべての既知の生命の遺伝物質です。 「遺伝物質」とは、2つの重要な指示のセットを含む分子を指します。 タンパク質を作る セルの現在のニーズのために、そして他のために 自分自身のコピーを作成する、または複製。これにより、まったく同じ遺伝暗号を将来の世代の細胞で使用できるようになります。
細胞を再生するのに十分長く生き続けるには、これらのタンパク質製品の非常に多くが必要です。 mRNA （メッセンジャーリボ核酸）それは、タンパク質が実際に合成されるリボソームへの使節として作成されます。
DNAによる遺伝子情報のメッセンジャーRNAへのコード化は 転写、mRNAからの指示に基づいたタンパク質の作成は 翻訳。
翻訳には、 タンパク質 ペプチド結合を介しての長鎖を形成する アミノ酸 またはこのスキームのモノマー。 20種類のアミノ酸が存在し、人体は生き残るためにこれらのそれぞれのいくつかを必要とします。
翻訳におけるタンパク質合成には、他のプレーヤーの中でもとりわけ、mRNA、アミノアシル-tRNA複合体、およびリボソームサブユニットのペアの協調的な会合が含まれます。
核酸：概要
核酸は、サブユニットまたはモノマーの繰り返しで構成され、 ヌクレオチド. 各ヌクレオチドは、それ自体の3つの異なるコンポーネントで構成されています。 リボース （5炭素）砂糖、1〜3 リン酸基 と 核酸塩基.
各核酸には、 4つの可能なベース 各ヌクレオチドで、そのうちの2つはプリンで、2つはピリミジンです。 ヌクレオチド間の塩基の違いは、異なるヌクレオチドにそれらの本質的な特徴を与えるものです。
ヌクレオチドは核酸の外側に存在する可能性があり、実際、これらのヌクレオチドのいくつかはすべての代謝の中心です。 ヌクレオチドアデノシン二リン酸（ADP）および アデノシン三リン酸（ATP） 細胞使用のためのエネルギーが栄養素の化学結合から抽出される方程式の中心にあります。
のヌクレオチド 核酸ただし、リン酸鎖は1つしかなく、核酸鎖の次のヌクレオチドと共有されます。
DNAとRNAの基本的な違い
分子レベルでは、DNAは2つの点でRNAと異なります。 1つは、DNAの糖が デオキシリボース、一方、RNAではリボースです（したがって、それぞれの名前です）。 デオキシリボースは、2番目の炭素位置にヒドロキシル（-OH）基を持っている代わりに、水素原子（-H）を持っているという点でリボースとは異なります。 したがって、デオキシリボースはリボースよりも1つの酸素原子不足であるため、「デオキシ」です。
核酸間の2番目の構造上の違いはそれらの組成にあります 核酸塩基. DNAとRNAは両方とも、2つのプリン塩基アデニン（A）とグアニン（G）、およびピリミジン塩基シトシン（C）を含んでいます。 しかし、DNAの2番目のピリミジン塩基はRNAのチミン（T）ですが、この塩基はウラシル（U）です。
たまたま、核酸では、AはT（または分子がRNAの場合はU）にのみ結合し、CはGにのみ結合します。 この特定のユニークな 相補的な塩基対 DNA情報を転写でmRNA情報に、mRNA情報を翻訳中にtRNA情報に適切に伝達するには、配置が必要です。
DNAとRNAのその他の違い
よりマクロなレベルでは、DNAは二本鎖ですが、RNAは一本鎖です。 具体的には、DNAは二重らせんの形をとります。これは、両端で異なる方向にねじれたはしごのようなものです。
鎖は、それぞれの核酸塩基によって各ヌクレオチドで結合されています。 これは、「A」を含むヌクレオチドは、その「パートナー」ヌクレオチド上に「T」を含むヌクレオチドのみを持つことができることを意味します。 これは、要約すると、2つのDNA鎖が 補完的 お互いに。
DNA分子は数千塩基になる可能性があります（より正確には、 塩基対） 長いです。 実際、人間 染色体 は、大量のタンパク質と結合した1本の非常に長いDNA鎖にすぎません。 一方、すべてのタイプのRNA分子は比較的小さい傾向があります。
また、DNAは主に真核生物の核に見られますが、ミトコンドリアや葉緑体にも見られます。 一方、ほとんどのRNAは核と細胞質に見られます。 また、すぐにわかるように、RNAにはさまざまな種類があります。
RNAの種類
RNAには3つの主要なタイプがあります。 最初は mRNA、核内での転写中にDNAテンプレートから作成されます。 完了すると、mRNA鎖は核膜の細孔を介して核から出て行き、最終的にはリボソームの部位であるリボソームにショーを向けます。 タンパク質の翻訳。
2番目のタイプのRNAは RNAを転送します (tRNA). これはより小さな核酸分子であり、アミノ酸ごとに1つずつ、20のサブタイプがあります。 その目的は、「割り当てられた」アミノ酸をリボソームの翻訳部位にシャトルして、成長中のポリペプチド（小タンパク質、多くの場合進行中）鎖に追加できるようにすることです。
3番目のタイプのRNAは リボソームRNA (rRNA). このタイプのRNAは、リボソームの質量のかなりの部分を構成し、残りの質量はリボソームに特異的なタンパク質で構成されています。
翻訳前：mRNAテンプレートの作成
分子生物学のよく引用される「セントラルドグマ」は DNAからRNA、タンパク質. さらに簡潔に表現すると、入れられるかもしれません 翻訳への転写. 転写 はタンパク質合成に向けた最初の決定的なステップであり、あらゆる細胞の継続的な必需品の1つです。
このプロセスは、転写に関与する酵素とヌクレオチドがシーンに移動する余地があるように、DNA分子を一本鎖に巻き戻すことから始まります。
次に、DNA鎖の1つに沿って、酵素RNAポリメラーゼの助けを借りてmRNAの鎖が組み立てられます。 このmRNA鎖は、テンプレート鎖の塩基配列と相補的な塩基配列を持っていますが、TがDNAのどこにでもUが現れるという事実を除けば。
- たとえば、転写を受けるDNA配列がATTCGCGGTATGTCである場合、結果として得られるmRNAの鎖はUAAGCGCCAUACAG配列を特徴とします。
mRNA鎖が合成されているとき、イントロンと呼ばれる特定の長さのDNAは、タンパク質産物をコードしていないため、最終的にmRNA配列からスプライシングされます。 エクソンと呼ばれる何かを実際にコードするDNA鎖の部分だけが、最終的なmRNA分子に寄与します。
翻訳に関係するもの
翻訳を成功させるには、タンパク質合成の部位にさまざまな構造が必要です。
リボソーム： 各リボソームは、小さなリボソームサブユニットと大きなリボソームサブユニットで構成されています。 これらは、翻訳が開始されるとペアとしてのみ存在します。 それらはタンパク質と同様に大量のrRNAを含んでいます。 これらは、原核生物と真核生物の両方に存在する数少ない細胞成分の1つです。
mRNA： この分子は、特定のタンパク質を製造するために細胞のDNAから直接指示を運びます。 DNAが生物全体の青写真と考えることができる場合、mRNAの鎖には、その生物の1つの決定的な構成要素を作成するのに十分な情報が含まれています。
tRNA： この核酸はアミノ酸と1対1で結合を形成し、いわゆるアミノアシルtRNA複合体を形成します。 これは、タクシー（tRNA）が現在、近隣の20の「タイプ」の人々の中から、意図された唯一の種類の乗客（特定のアミノ酸）を運んでいることを意味します。
アミノ酸： これらはアミノ（-NH）を持つ小さな酸です2）基、カルボン酸（-COOH）基、および水素原子とともに中央の炭素原子に結合した側鎖。 重要なのは、20個のアミノ酸のそれぞれのコードが3つのmRNA塩基のグループで運ばれるということです。 トリプレットコドン。
翻訳はどのように機能しますか？
翻訳 比較的単純なトリプレットコードに基づいています。 3乗された4は64であるため、3つの連続する塩基のグループには64の可能な組み合わせ（たとえば、AAG、CGUなど）の1つを含めることができると考えてください。
これは、20個のアミノ酸を生成するのに十分な組み合わせがあることを意味します。 実際、複数のコドンが同じアミノ酸をコードする可能性があります。
実際、これは事実です。 一部のアミノ酸は、複数のコドンから合成されます。 たとえば、ロイシンは6つの異なるコドン配列に関連付けられています。 トリプレットコードはこの「縮退」です。
重要なのは、しかし、そうではありません 冗長。 つまり、 同じ mRNAコドン できません のコード 複数の アミノ酸。
翻訳の力学
すべての生物の翻訳の物理的な場所は リボソーム. リボソームのいくつかの部分も酵素特性を持っています。
原核生物の翻訳は 印心 STARTコドンと適切に呼ばれるコドンからの開始因子シグナルを介して。 これは真核生物には存在せず、代わりに、選択された最初のアミノ酸はメチオニンであり、AUGによってコードされ、一種の開始コドンとして機能します。
mRNAの各追加の3セグメントストリップがリボソームの表面に露出すると、必要なアミノ酸を保持するtRNAがシーンにさまよって、その乗客を降ろします。 この結合部位は、リボソームの「A」部位と呼ばれます。
これらのtRNA分子は入ってくるmRNAに相補的な塩基配列を持っており、したがってmRNAに容易に結合するため、この相互作用は分子レベルで起こります。
ポリペプチド鎖の構築
の中に 伸長 翻訳の段階では、リボソームは3塩基移動します。これは、翻訳と呼ばれるプロセスです。 これにより、「A」部位が新たに露出し、この思考実験での長さに関係なく、ポリペプチドが「P」部位に移動します。
新しいアミノアシルtRNA複合体が「A」部位に到達すると、ポリペプチド鎖全体が 「P」部位であり、ペプチドを介して「A」部位に沈着したばかりのアミノ酸に結合している つなぐ。 したがって、mRNA分子の「トラック」を下るリボソームの転座が再び起こると、サイクルが完了し、成長するポリペプチド鎖が1アミノ酸長くなります。
の中に 終了 フェーズでは、リボソームは、mRNA（UAG、UGA、UAA）に組み込まれている3つの終止コドンまたはSTOPコドンの1つに遭遇します。 これにより、tRNAではなく、放出因子と呼ばれる物質がその部位に群がり、ポリペプチド鎖が放出されます。 リボソームはそれらの構成サブユニットに分離し、翻訳が完了します。
翻訳後に何が起こるか
翻訳のプロセスにより、新しいタンパク質として適切に機能する前に修飾する必要のあるポリペプチド鎖が作成されます。 の主要な構造 タンパク質、そのアミノ酸配列は、その最終的な機能のごく一部にすぎません。
タンパク質は、翻訳後に特定の形状に折りたたむことによって修飾されます。これは、よく発生するプロセスです。 に沿った非隣接スポットのアミノ酸間の静電相互作用のために自発的に ポリペプチド鎖。
遺伝子変異が翻訳にどのように影響するか
リボソームは優れた労働者ですが、品質管理エンジニアではありません。 彼らは与えられたmRNAテンプレートからのみタンパク質を作成することができます。 そのテンプレートのエラーを検出することはできません。 したがって、完全に機能するリボソームの世界でも、翻訳のエラーは避けられません。
突然変異 単一のアミノを変化させると、鎌状赤血球貧血を引き起こす突然変異などのタンパク質機能が破壊される可能性があります。 塩基対を追加または削除する変異は、トリプレットコード全体を破棄する可能性があるため、後続のほとんどまたはすべてのアミノ酸も間違っています。
突然変異は初期のSTOPコドンを作成する可能性があります。これは、タンパク質の一部のみが合成されることを意味します。 これらの状態はすべて、さまざまな程度で衰弱させる可能性があり、これらのような先天性エラーを克服しようとすることは、医学研究者にとって継続的で複雑な課題を表しています。