Essential 7章(転写、複製) まとめプリント

Essential
７章(転写、複製)
まとめプリント
セントラルドグマとは？
DNA からｍRNA へ転写され、ｔRNA を介してタンパク質へと翻訳される．
あらゆる細胞で、この DNA→RNA→タンパク質という流れで遺伝情報が働く、という根
本的な原理のこと．
～DNA から RNA へ～(転写)
１個遺伝子から多数の同一 RNA、その各 RNA 分子から多数の特定のタンパク質が合成さ
れる→DNA から直接タンパク質を合成するよりも、はるかに効率良くタンパク質生産可能
また、遺伝子ごとにタンパク質の必要量に応じて、効率の調節も可能
・DNA と RNA の構造の違い(塩基や糖など化学的な違いははじめの方の章参照)
DNA…細胞内では必ず二重らせん
→遺伝情報の保持のみが目的で、安定性を求める
RNA…折りたたまれて様々な形に
→複雑な形がとれ、構造的機能以外に触媒機能をもつものもある
・転写産物としての RNA
鋳型となる DNA 鎖と完全に相補的だが、はるかに短い
・RNA の合成
◎RNA ポリメラーゼにより転写される
◎１個の RNA の合成終了前に次の RNA 合成が始まる
◎RNA ポリメラーゼはプライマー無しで合成開始可能
◎RNA はすぐ分解されるので約１万塩基対に１回と RNA ポリメラーゼのミスの頻度は
高め
・RNA の種類
ｍ(メッセンジャー、伝令)RNA…元の遺伝子のコピーで、タンパク質合成を指令
ｔ(トランスファー、運搬)RNA…特定のアミノ酸をリボソームへと運び、タンパク質
合成のアダプター的役割
ｒ(リボソーム)RNA…リボソームを構成
・転写の開始、終結のシグナル
① RNA ポリメラーゼは DNA 上のプロモーター(開始点)と強く結合
② DNA 二重らせんをほどきながら進み、一方の DNA 鎖を鋳型として転写が行われる
③ ターミネーター(終結シグナル)に出会うと転写終了
cf.細菌では、RNA ポリメラーゼ内のシグマ(σ)因子がプロモーター配列を認識
・転写の特徴
◎複製同様、５’→３’方向のみ
◎プロモーターは遺伝子の前にしかないため、DNA の内、遺伝子を含む部分のみ転写
される
◎DNA の遺伝子間の、遺伝情報を持たない部分をスぺーサー領域と呼ぶ
・RNA プロセシング…①RNA キャップ形成②ポリアデニル化③スプライシング
※①②はｍRNA になる RNA のみ、③はその他の RNA も
細菌→DNA は細胞質中にあり、転写と同時に翻訳も進行
真核細胞→DNA は核内にあり、核膜孔から運び出される前に RNA プロセシングがなさ
れる必要があり、転写中から開始
① RNA キャップ形成…ｍRNA になる RNA の５'末端に、メチル基を持つグアニンが付
加される(転写中から)
② ポリアデニル化…転写終了直後のｍRNA３’末端において、特定の塩基配列が除去さ
れ、代わりにアデニン反復配列(ポリ A 尾部)が付加される
① 、②の役割→・ｍRNA 分子の安定性を高め、核外への輸送を補助する
・ｍRNA であることの目印
③ スプライシング…DNA の遺伝子部分では実際にタンパク質を指定するエキソン(＝
発現配列)がイントロン(＝介在配列)によって分断されており、このイントロンを除去
・スプライシングのしくみ
◎イントロン中に除去の目印となる短い塩基配列が存在
◎イントロンの除去は『投げ縄』構造の形(Essential ｐ239 図 7－16.A 参照)
◎スプライソソームによって行われる
◎スプライソソームとは…核内低分子(ｓｎRNA)とタンパク質の結合で出来る核内低分
子リボ核タンパク質(ｓｎRNAｓ、スナープスと読む)が中心となる、巨大複合体
・タンパク質合成の多様性の増大
◎DNA 内に多くのイントロンが存在することで、異なる遺伝子のエキソン間での組換え
促進→有用な新たな遺伝子の出現を加速させる
◎組換えの結果、タンパク質の多くは、ドメイン(4 章参照)のパッチワーク構造
◎細胞の種類、発生段階に応じてスプライシングのやり方が異なり、異なるｍRNA が合
成される→同じ遺伝子から異なるタンパク質が合成可能(＝選択的スプライシング)
～RNA からタンパク質へ～(翻訳)
・コドン(ｍRNA の連続した３個のヌクレオチド)１つが、１つのアミノ酸を指定
※逆に、１つのアミノ酸を指定するコドンは複数存在．コドンは４×４×４＝６４種類(終
始コドンを除けば６１種類)、アミノ酸は２０種類
・コドンに対応するアミノ酸は、ｔRNA に結合して運ばれてくる
・アミノ酸：コドン＝１：複数の対応となる理由
→アミノ酸とコドンの対応は、コドンのはじめの２個の塩基配列では正確だが、３個目
は正確でなくても良い(揺らぎを許す)
・ｔRNA とアミノ酸の結合
→アミノアシルｔRNA 合成酵素による
各アミノ酸ごとに合成酵素が異なるため、ｔRNA は対応するアミノ酸のみと結合
・ｍRNA によるタンパク質合成指令の解読
→リボソーム(リボソームタンパク質とｒRNA から成る大型の複合体)で行われる
・リボソームの構成：大サブユニット、小サブユニットが１個ずつ組み合わさっている
大サブユニット…アミノ酸間のペプチド結合形成
小サブユニット…ｔRNA をｍRNA のコドンに結合させる
cf.ｔRNA の役割は、ポリペプチド鎖末端に正しくアミノ酸を付加すること
・翻訳の際のリボソーム上での動き(Essential ｐ252 図 7‐31 参照)
① リボソームには A、P、E３つの結合部位が存在
② ポリペプチド末端にくっついたｔRNA が P 部位と結合している時、新たなｔRNA は隣
の A 部位に結合
③ アミノ酸どうしが結合すると、２個のｔRNA の結合部位が P、A から E、P にスライ
ド
④ E 部位と結合している RNA が遊離し、また新たなｔRNA が A 部位に結合
→以上が反復され、ポリペプチド鎖が伸長していく
P‐A 間でのアミノ酸の結合はぺプチジル基転移酵素が触媒
・リボソームはリボザイムの一種
リボザイム…触媒活性をもつ RNA 分子
・タンパク質合成の開始
①細菌、真核細胞に共通な特徴
◎ｍRNA の翻訳は AUG コドンから開始
◎AUG コドンに対応するｔRNA(即ち、UAC アンチコドン)は必ずメチオニンと結合
②真核細胞に固有の特徴
◎メチオニンと結合したｔRNA は翻訳開始因子とともにリボソームの小サブユニッ
トと結合した状態で、ｍRNA に結合…(＊)
◎ｍRNA 上を移動し、AUG に出会うと開始因子の一部が遊離し、代わり大サブユ
ニットが結合してリボソーム完成
◎(＊)はｍRNA５'末端キャップ構造(RNA プロセシング参照)が目印なので、ｍRNA
がもつタンパク質情報は１種類のみ
③細菌に固有の特徴
◎細菌のｍRNA には５'キャップ構造無し
◎代わりの目印は AUG の数塩基上流のリボソーム結合配列
→ｍRNA の５'末端以外からも翻訳可能
→ｍRNA 上に複数のタンパク質情報がある場合が多い(＝ポリシストロニック)
・タンパク質合成の終結
◎終始コドン(UAA、UAG、UGA)が目印
◎終結因子なるタンパク質の働きにより、タンパク質はリボソームから遊離
・タンパク質の立体構造形成
シャペロン(正確かつ効率的な折りたたみの補助を行う、４章参照)との結合もリボソー
ムでのタンパク質合成中に行われる
・ポリリボソーム(ポリソーム)：１本のｍRNA 分子に、約 80 ヌクレオチド間隔で複数のリ
ボソームが結合した状態
→ポリリボソームの存在により、タンパク質合成効率 UP
細菌では RNA プロセシングが無く転写中から翻訳が始まるため、さらに効率が良い
・真核、原核細胞のタンパク質合成の違いの利用
→抗生物質…多くが、元は菌類が細菌に生存競争で勝つために用いた毒素
・タンパク質分解…プロテアーゼが担う
真核細胞では①リソソームでの分解
②細胞質でのプロテアソーム(複数のプロテアーゼから成る)による分解
→ユビキチンが目印

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