ｽﾗｲﾄﾞﾀｲﾄﾙなし

生物学
第８回細胞の数を増やす
和田勝
皆さんが知りたいと
思っていることは、どうしてヒトはこん
な形をしているのか、自然界の花鳥
風月はどうして様々な形をしているの
か、ということだと推測します。
繰り返し述べているように、生物の
形（表現型）はタンパク質で決まりま
す。そのタンパク質の設計図がDNA
です。
繰り返しになりますが
タンパク質とDNAは、まったく異なる
分子です。
タンパク質
DNA
本当はもっと長いが、、
こっちが設計図
こっちが実働部隊
DNAからタンパク質へ
設計図(遺伝情報、DNA)
転写（transcription）
遺伝情報とタンパク質の仲立ちとなるRNA
翻訳（translation）
タンパク質が構造と機能を実現
このような情報の流れをセントラル・ドグマと言います。
染色体-染色質-DNAの関係
染色体
細胞分裂
のとき
染色質
（chromatin）
核の中に
収められ
ている状
態
DNAが裸に
遺伝情報を読
み出すとき
設計図としてのDNA
細胞が数を増や
すとき、当然まっ
たく同じ設計図を
持った細胞を作ら
なければなりませ
ん。これがDNAの
複製の過程です。
核（nucleus）
核膜
●核小体
●染色質
●
ふだんは
染色体は
見えない。
体細胞分裂と染色体
間期
●
後期
前期
●
終期
●
●
中期
●
前期にDNA-染色質-染色体
染色体
凝縮した染色質
染色質
ヌクレオソーム
DNA
糸巻きみたいなタンパ
ク質に巻き取られる
ここでもう一度、
体細胞分裂の過程を位相差顕微鏡
で見てみましょう。mpgのファイルなの
で、別画面で。
位相差顕微鏡：
位相を変えることのできる特別な集光装置と対物レン
ズを使って、小さな屈折率の差をコントラストの差に変
換して目に見えるようにした顕微鏡。
体細胞分裂
体細胞分裂の過程を模式図の動画
で見てみましょう。 mpgのファイルな
ので、別画面で。
間期から分裂期へ
染色質
（chromatin）
この時期を間期と呼
びます
染色体
この時期を分裂期と
呼びます
染色体（中期）の構造
セントロメアにはタンパク質が付着して動
原体（キネトコア）という構造をつくります。
植物細胞の体細胞分裂
分裂期は４つに分けられる
前期
中期
後期
終期
体細胞分裂の過程
前期(prophase）
体細胞分裂の過程
中期(metaphase）
体細胞分裂の過程
後期(metaphase）
体細胞分裂の過程
終期(anaphase）
体細胞分裂の過程
細胞質分裂(cytokinesis）
染色体が縦に割れる
前期に染色体として観察できるように
なるときには、2本の染色分体が寄り
そった状態。
寄りそった2本の染色分体は、多数の
タンパク質（コヒーシン）のクリップで
止められた状態。
染色分体を繋ぎ止めている
コヒーシン
ヒトの染色体（中期）
22対の定染色体と２本の性染色体
体細胞分裂
体細胞分裂の過程では、次の3つのこ
とがおこる必要がある。
●DNAを正確にコピーして２倍にし、
それから染色体を複製する。
●ミトコンドリアのような細胞小器官も
均等に分配する。
●細胞質を２つの娘細胞に分離する。
前期にDNA-染色質-染色体
染色体
凝縮した染色質
染色質
ヌクレオソーム
DNA
糸巻きみたいなタンパ
ク質に巻き取られる
DNAの複製
つまり分裂期に入る前に、DNAは複
製されていることになります。
間期の間に、DNAは複製されている
のです。
さてそのDNAの複製ですが、、。
DNAの複製
ワトソンとクリックは、染色体が複製す
るときには、一方の鎖それぞれを鋳型
にして新しい鎖が複製される予想しま
した（半保存的複製、semiconservative replication）。
メセルセンとスタールは実験によって
証明することが必要だと思い、実験法
を考案しました。
メセルセンとスタールの実験
CsClの濃い溶液を沈降セルに入れて
大きなＧ（10,000g）をかけて遠心する
と、セルの上から下に密度勾配ができ
ます。
溶液に重さ（密度）の異なる高分子を
入れておくと、高分子はCsClの同じ密
度のところに集まってきます。
メセルセンとスタールの実験
DNAに重さの差を出すために、
14NH OH のかわりに15NH OHを培
4
4
地に入れて何代も大腸菌を飼育した。
メセルセンとスタールの実験
重たい培地で飼育した大腸菌を、ふ
つうの14NH4OHで飼育し、最初の世代
、次の世代、さらに次の世代と時間を
追って大腸菌を集め、DNAを抽出し
密度勾配遠心を行う。
実験の解釈
この実験は、明ら
かに新しく複製され
た二本鎖DNAの半
分が軽いNの鎖で
、もう一本が元の重
いNのDNAである
ことを示している。
DNAの複製
DNAの複
製は、2本
鎖がほど
けて、それ
ぞれを鋳
型に合成さ
れるので
す。
DNAの複製
DNAの複製は半保存的に起こってい
ることが確かめられました。
しかし実際に、どのような過程でDNA
が複製されるかが分かったわけでは
ありませんでした。さらにDNAポリメラ
ーゼの発見など、多くの実験が必要だ
ったのです。
DNA複製の過程
転写にはRNAポリゼラーゼが必要だ
ったように、DNAの複製にはDNAポリ
メラーゼが必要だとわかりました。
RNAポリメラーゼのお話をしたときに、
かならず５’→３’の方向に合成が進む
と言いました。
DNA複製の過程
つまり、鎖の長さが伸びるときは、必
ず次のヌクレオチドの５’のリン酸が、
糖（デオキシリボース）の３’のOHと
結合するということです。
リン酸
4’
C C
5’
3’ C
塩基（A, T, C, G)
O
C 1’
C 2’
OH
DNA複製の過程
DNA複製の過程
ところがやっかい
なのは、DNAは
二本鎖だというこ
とです。前のスラ
イドの図は左図の
右側で起こってい
ることで、左側で
は逆向きに合成
が進む必要があ
ります。
DNA複製の過程
右側は、二本鎖
をほどきながら
そのまま合成を
進めることがで
きます。こちら側
をリーディング
鎖と呼びます。
DNA複製の過程
いっぽう、左側
ではほどいた場
所から遠ざかる
ように合成を進
めなければなり
ません。こちら
側をラギング鎖
と呼びます。
DNA複製
すなわち、リー
ディング鎖とラ
ギング鎖では
合成の方式が
異なることにな
ります。これを
いっぺんにや
る必要がある
のです。
プライマーゼ
複製は複製開始点から
DNA複製の全体像
細胞周期
間期にDNAの合成が起こっているこ
とがわかったので、間期はさらに３つ
のステージに分けられました。
まず、DNAの合成が起こっているの
でS期（synthesis)です。分裂期をM期
（mitosis）と呼び、その間をG期（gap）
といいます。
細胞周期
細胞周期
細胞分裂をくり返している細胞では、
この周期をくり返しています。
多くの細胞では、Ｇ1期で細胞周期の
外へ出る。この状態をＧ0といいます。
Ｇ0期の細胞でも、必要があると細胞
周期の戻ることができます（成長因子
、ホルモンなどの作用で）。
細胞周期の調節
周期の重要なポイントに検問所（チ
ェックポイント）があり、検査に合格
しなければ次のステップへ進むこと
はできません。
それぞれの検問所では、必要な部
品がすべてそろったか、DNA複製
は完了しているかなどが検査され
ます。
細胞周期の調節
DNAに損
傷はない
か、DNA合
成の原料
は十分か
紡錘体は
正常につく
られている
か
DNAに損
傷はない
か、DNA複
製は完了し
たか
細胞周期の調節
実際には酵素の活性が検問所の
働きをしています。
リン酸化酵素とそれに結合するタン
パク質です。がん抑制遺伝子の一
つであるp53がコードするタンパク
質は、G1/Sチェックポイントで重要
な役割をはたしています。
ガン化した細胞は、検問所を無視し
て暴走している状態なのです。
生命と情報
DNAの情報を誤りなく受け渡すこと
により、生命は継続していきます。
一方で、DNAの塩基の変化（突然
変異）と自然選択により生命は進
化してきました。
生命＝情報の受け渡しと言えるか
もしれなませんね。

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