あなたが生物学の初心者であろうと長年の愛好家であろうと、チャンスはそれによって素晴らしいです デフォルトでは、デオキシリボ核酸（DNA）は、おそらく人生で最も不可欠な概念の1つと見なされています。 理科。 少なくとも、あなたはDNAが、何十億もの人々の中であなたをユニークにしていることを知っているでしょう。 惑星、刑事司法の世界での役割だけでなく、分子生物学の中心的な段階を与えます 講義。 あなたはほぼ確実に、あなたが受け継いだどんな形質もDNAがあなたに与える責任があることを学びました あなたの両親から、そしてあなた自身のDNAがあなたが持っているべき将来の世代へのあなたの直接の遺産であること 子供達。
あなたがあまり知らないかもしれないのは、あなたの細胞内のDNAを、あなたが明らかにする、そして隠された両方の物理的特性に接続する経路と、その経路に沿った一連のステップです。 分子生物学者は、自分たちの分野で「セントラルドグマ」の概念を生み出しました。これは簡単に次のように要約できます。 「DNAからRNA、そしてタンパク質」 このプロセスの最初の部分– DNAからRNAまたはリボ核酸を生成する–は、 転写、そしてこのよく研究され調整された一連の生化学的体操は、科学的に深遠であると同時にエレガントです。
核酸の概要
DNAとRNAは核酸です。 どちらも人生の基本です。 これらの高分子は非常に密接に関連していますが、それらの機能は絶妙に絡み合っていますが、非常に多様で特殊化されています。
DNAはポリマーです。つまり、DNAは多数の繰り返しサブユニットで構成されています。 これらのサブユニットは正確に同一ではありませんが、形式は同一です。 4色でサイズがわずかに異なる立方体で構成される長いビーズのストリングを考えてみてください。そうすれば、DNAとRNAがどのように配置されているかについての基本的な感覚を得ることができます。
核酸のモノマー（サブユニット）は、 ヌクレオチド. ヌクレオチド自体は、3つの異なる分子のトライアドで構成されています：リン酸基（または複数の基）、 5炭素糖と窒素に富む塩基（「塩基」は「基礎」という意味ではなく、「水素イオン」を意味します アクセプター」）。 核酸を構成するヌクレオチドには1つのリン酸基がありますが、2つまたは3つのリン酸が連続して結合しているものもあります。 アデノシン二リン酸（ADP）とアデノシン三リン酸（ATP）の分子は、細胞のエネルギー代謝において非常に重要なヌクレオチドです。
DNAとRNAはいくつかの重要な点で異なります。 1つは、これらの分子のそれぞれに4つの異なる核酸塩基が含まれているのに対し、DNAにはアデニン（A）、シトシンが含まれている （C）、グアニン（G）およびチミン（T）、RNAはこれらの最初の3つを含みますが、ウラシル（U）を代わりに使用します T。 2つ目は、DNAの糖はデオキシリボースであり、RNAの糖はリボースです。 そして3つ目は、DNAは最もエネルギー的に安定した形で二本鎖であるのに対し、RNAは一本鎖です。 これらの違いは、特に転写とこれらのそれぞれの核酸の機能の両方において非常に重要です。
塩基AとGはプリンと呼ばれ、C、T、Uはピリミジンに分類されます。 重要なことに、AはT（DNAの場合）またはU（RNAの場合）にのみ化学的に結合します。 CはGにのみ結合します。 DNA分子の2つの鎖は相補的です。つまり、各鎖の塩基は、すべての点で反対側の鎖の固有の「パートナー」塩基と一致します。 したがって、AACTGCGTATGはTTGACGCATAC（またはUUGACGCAUAC）を補完します。
DNA転写対。 翻訳
DNA転写のメカニズムを掘り下げる前に、用語を確認する価値があります。 DNAとRNAに関連しているのは、似たような言葉がたくさん混ざっているため、混乱しやすいからです。 それら。
レプリケーション 何かの同一のコピーを作成する行為です。 書かれた文書のコピーを作成する場合（古い学校）、またはコンピューターでコピーアンドペースト機能を使用する場合（新しい学校）、どちらの場合もコンテンツを複製します。
DNAは複製されますが、RNAは、現代科学が確認できる限り、複製されません。 音声文字変換からのみ発生します_._「横書き」を意味するラテン語のルートから、音声文字変換は、元のソースのコピー内の特定のメッセージのエンコードです。 医療記録として作成された医療記録を書面で入力することを仕事とする医療記録転写士のことを聞いたことがあるかもしれません。 理想的には、言葉、したがってメッセージは、媒体の変更にもかかわらず、まったく同じになります。 細胞では、転写には、核酸塩基配列の言語で書かれた遺伝子DNAメッセージをRNA形式、特にメッセンジャーRNA（mRNA）にコピーすることが含まれます。 このRNA合成は真核細胞の核で起こり、その後mRNAは核を離れ、リボソームと呼ばれる構造に向かいます。 翻訳.
転写は異なる媒体でのメッセージの単純な物理的エンコーディングですが、生物学的用語での翻訳は、そのメッセージを意図的なアクションに変換することです。 DNAまたは単一のDNAメッセージの長さ。 遺伝子、最終的には細胞が独自のタンパク質製品を製造することになります。 DNAはこのメッセージをmRNAの形で送り、リボソームはメッセージをリボソームに運び、タンパク質の作成に変換します。 この見方では、mRNAは家具を組み立てるための青写真または一連の指示のようなものです。
それはうまくいけば、核酸が何をするかについてあなたが持っている謎を解き明かします。 しかし、特に転写についてはどうでしょうか？
転写のステップ
DNAは、かなり有名なことに、二本鎖のらせんに織り込まれています。 しかし、この形式では、それから何かを構築することは物理的に困難です。 したがって、 印心 転写の段階（またはステップ）では、DNA分子はヘリカーゼと呼ばれる酵素によって巻き戻されます。 得られた2本のDNA鎖のうち1本だけが一度にRNA合成に使用されます。 このストランドは、 ノンコーディング なぜなら、DNAとRNAの塩基対形成の規則のおかげで、もう一方のDNA鎖は、合成されるmRNAと同じ核酸塩基の配列を持っているため、この鎖は コーディング ストランド。 以前に述べた点に基づいて、DNAの鎖とそれが製造に関与するmRNAは相補的であると結論付けることができます。
鎖が作用する準備ができたので、プロモーター配列と呼ばれるDNAのセクションは、転写が鎖に沿ってどこから始まるかを示します。 酵素RNAポリメラーゼはこの場所に到達し、プロモーター複合体の一部になります。 これはすべて、mRNA合成がDNA分子上で想定されている場所から正確に開始されるようにすることであり、これにより、目的のコード化されたメッセージを保持するRNA鎖が生成されます。
次に、 伸長 フェーズでは、RNAポリメラーゼは、プロモーター配列から始まり、DNA鎖に沿って移動して、DNA鎖を「読み取り」ます。 教師は生徒の列を歩き、テストを配布し、新しく形成されたRNAの成長する端にヌクレオチドを追加します 分子。
あるヌクレオチドのリン酸基と次のヌクレオチドのリボースまたはデオキシリボース基との間に形成される結合は、 ホスホジエステル結合. DNA分子は、一方の端に3 '（「スリープライム」）末端と呼ばれるものがあり、もう一方の端に5'（「ファイブプライム」）末端があることに注意してください。 それぞれの末端リボース「リング」の末端炭素原子位置。 RNA分子自体が3 '方向に成長すると、5'方向にDNA鎖に沿って移動します。 方向。 ダイアグラムを調べて、mRNA合成のメカニズムを完全に理解していることを確認する必要があります。
ヌクレオチドの追加–具体的にはヌクレオシド三リン酸（ATP、CTP、GTP、UTP; ATPはアデノシン三リン酸、CTPはシチジン三リン酸など）–伸長するmRNA鎖にはエネルギーが必要です。 これは、多くの生物学的プロセスと同様に、ヌクレオシド三リン酸自体のリン酸結合によって提供されます。 高エネルギーリン酸結合が切断されると、結果として生じるヌクレオチド（AMP、CMP、GMP、およびUMP; これらのヌクレオチドでは、「MP」は「一リン酸」を表します）がmRNAに追加され、無機リン酸分子のペア（通常はPPと表記）が追加されます。私、落ちます。
転写が起こると、前述のように、DNAの一本鎖に沿って転写が起こります。 ただし、DNA分子全体がほどけて相補鎖に分離するわけではないことに注意してください。 これは、文字起こしのすぐ近くでのみ発生します。 その結果、DNA分子に沿って移動する「転写バブル」を視覚化することができます。 これは、あるメカニズムによってオブジェクトの直前で解凍されているジッパーに沿って移動するオブジェクトのようなものですが、別のメカニズムはオブジェクトの航跡でジッパーを再圧縮します。
最後に、mRNAが必要な長さと形に達すると、 終了 フェーズが始まります。 開始と同様に、このフェーズは、RNAポリメラーゼの一時停止の標識として機能する特定のDNA配列によって可能になります。
バクテリアでは、これは2つの一般的な方法で発生する可能性があります。 これらの1つでは、終結配列が転写され、それ自体に折り返される長さのmRNAを生成し、それによってRNAポリメラーゼがその仕事を続けているときに「束ねる」。 mRNAのこれらの折りたたまれたセクションは、ヘアピン鎖と呼ばれることが多く、一本鎖であるがねじれたmRNA分子内の相補的な塩基対形成を伴います。 このヘアピンセクションの下流には、U塩基または残基が長く伸びています。 これらのイベントにより、RNAポリメラーゼはヌクレオチドの追加を停止し、DNAから分離して、転写を終了します。 これは、rho因子として知られるタンパク質に依存しないため、rho非依存性終結と呼ばれます。
rho依存性の終結では、状況はより単純であり、ヘアピンmRNAセグメントまたはU残基は必要ありません。 代わりに、rho因子はmRNAの必要なスポットに結合し、RNAポリメラーゼからmRNAを物理的に引き離します。 rho非依存性またはrho依存性の終結が起こるかどうかは、作用しているRNAポリメラーゼの正確なバージョンに依存します DNAとmRNA（さまざまなサブタイプが存在します）、およびタンパク質やその他の直接細胞内の因子 環境。
イベントの両方のカスケードは、最終的に、転写バブルでDNAからmRNAが切断されることにつながります。
原核生物対。 真核生物
原核生物（ほとんどすべてが細菌）と真核生物（動物、植物、真菌などの多細胞生物）の転写には多くの違いがあります。 たとえば、原核生物での開始には通常、プリブノーボックスと呼ばれるDNA塩基配列が含まれます。 転写開始自体が発生する場所から約10塩基対離れた位置にある塩基配列TATAAT。 しかし、真核生物は、開始部位からかなりの距離に配置されたエンハンサー配列を持っています。 また、DNA分子をRNAにアクセスしやすくする方法で変形させるのに役立つアクチベータータンパク質も含まれます。 ポリメラーゼ。
さらに、伸長は真核生物（毎分約22から25塩基対）の約2倍の速さで細菌（毎分約42から54塩基対、毎秒1に隣接）で起こります。 最後に、細菌による終結のメカニズムは上記のとおりですが、真核生物では、この段階には特定の終結因子と、ポリAと呼ばれるRNA鎖が含まれます（ 連続したアデニン塩基）「テール」。 伸長の停止がバブルからのmRNAの切断を引き起こすのか、それとも切断自体が伸長を突然終了させるのかはまだ明らかではありません。 処理する。