RNAとその合成(転写) ～遺伝子の発現②～
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１つ前の記事「遺伝子って何？ DNAとどう違うのか？」
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１：遺伝子発現に関わるＲＮＡ。
遺伝子の発現とは、
遺伝子(ＤＮＡの一部)の情報をもとに
タンパク質が合成されることです。
遺伝子発現の過程において
遺伝子とタンパク質を仲介する
物質があります。
それは、
ＲＮＡ(アールエヌエー)
といいます。
名前も特徴も
ＤＮＡと似ているためか混同されやすく
入試でもよく問われます。
ＲＮＡの理解は
遺伝子発現の理解に欠かせませんので、
ＲＮＡについて、ＤＮＡと
比較しながら見ていきましょう。
２：ＲＮＡとは？ DNAとＲＮＡの違い
ＤＮＡもＲＮＡも共に
４種類のヌクレオチドが
鎖状につながった物質
です。
※ヌクレオチドって何？という時は、
一旦こちらへ「DNAの二重らせん構造」
ＤＮＡとＲＮＡの構造には
いくつか異なる点あり、
以下の３つを押さえましょう。
①ＤＮＡは２本鎖、ＲＮＡは１本鎖
ＤＮＡは２本のヌクレオチド鎖で
できていて(２本鎖)、かつ、
らせん状にねじれた形をしています。
ＲＮＡは、１本のヌクレオチド鎖で
できています(１本鎖)。
※：DNAの図は、らせんを
ほどいた形で描いてある。
②ＤＮＡの糖は、デオキシリボース。
ＲＮＡの糖は、リボース(下図)。
どっちがどっちか、
忘れそう。。。
では、次のように
覚えておきましょう。
・ＤＮＡのＤの由来は、
デオキシリボースのデ(Ｄ)。
・ＲＮＡのＲの由来は、
リボースのリ(Ｒ)。
③ＲＮＡのヌクレオチドの塩基には
チミンが無く、
代わりにウラシルがある。
ＤＮＡの塩基は
グアニン:Ｇ、アデニン:Ａ、
シトシン:Ｃ、チミン:Ｔ。
の４種類です。
ＲＮＡの塩基は、
グアニン:Ｇ、アデニン:Ａ、
シトシン:Ｃ、ウラシル:Ｕ。
チミン(Ｔ)の代わりに
ウラシル(Ｕ)があるのです(下図)。
ＲＮＡは
転写(てんしゃ)という仕組みによって
ＤＮＡをもとに合成されます。
次章に入る前に
ここまでの知識を
確認問題でまとめましょう。
確認問題
以下の文の①～④について、
適切な語を選びなさい。
RNAは、多数のヌクレオチドが鎖状に
つながった(①１、２)本鎖の物質である。
RNAを構成する糖は
(②デオキシリボース、リボース)である。
RNAの塩基には、
(③アデニン、チミン)の代わりに
(④シトシン、ウラシル)がある。
ウラシルは
(⑤アデニン、チミン、シトシン)
と結合する。
答え
RNAは、多数のヌクレオチドが鎖状に
つながった(①１)本鎖の物質である。
RNAを構成する糖は
(②リボース)である。
RNAの塩基には、
(③チミン)の代わりに
(④ウラシル)がある。
ウラシルは
(⑤アデニン)
と結合する。
３：転写(てんしゃ：RNAの合成)
DNAの塩基配列をもとに
RNAを合成する過程
のことを、
転写(てんしゃ)
といいます。
言いかえれば、
ＤＮＡの塩基配列を
ＲＮＡの塩基配列として
写し取る過程
です。
これから転写の過程を説明しますが
上記のイメージをもっておくと
理解しやすいでしょう。
転写は
ＤＮＡの全体ではなく、
ＤＮＡの特定の部分
で行われます。
転写が行われている部分では
ＤＮＡの２本鎖が分かれて
１本ずつのヌクレオチド鎖
になっています(下図)。
１本ずつに分かれた
ヌクレオチド鎖のうち
“片方の”ヌクレオチド鎖だけ
に対して、
ＲＮＡのヌクレオチドが結合し、
すぐ隣まで合成されているＲＮＡの
ヌクレオチド鎖とつながります(下図)。
これが繰り返されて
ＲＮＡが合成されていきます(下図)。
転写が終わると
ＲＮＡ全体がＤＮＡから離れ、
１本のＲＮＡが出来るのです(下図)。
転写の全体像を見てきましたが
ＤＮＡを”写し取る”過程は
どこなのでしょうか？
４：相補的な結合 ポイントはウラシル(U)
ＲＮＡのヌクレオチドが
ＤＮＡのヌクレオチド鎖と結合する
過程を詳しく見ていきます。
この過程では、
ＲＮＡのヌクレオチドの塩基と
ＤＮＡのヌクレオチド鎖の塩基が
相補的に結合
します。
“塩基の相補的な結合”という言葉は、
ＤＮＡの複製を解説した記事でも
取り上げました。
ＤＮＡの複製の時には、
塩基の相補的な結合とは
・グアニン(G)とシトシン(C) 同士
・アデニン(A)とチミン(T) 同士
が結合することであると
解説しました。
でも実は、
結合の組み合わせは
もう１つあるのです。
それは、
アデニン(Ａ)とウラシル(Ｕ) 同士
です。
まとめると、
塩基の相補的な結合とは、
・グアニン(G)とシトシン(C) 同士
・アデニン(A)とチミン(T) 同士
・アデニン(A)とウラシル(U) 同士
が結合すること
なのです。
これを踏まえて
先ほどの転写の図を
見てみましょう。
仮にＤＮＡの塩基配列が
左からＧＴＣＡＣＡ
であるとします。
この塩基配列をもとに
作られるＲＮＡの塩基配列は
左からＣＡＧＵＧＵとなります(下図)。
ＲＮＡの塩基には、
チミンが無く、ウラシルがある
という事を思い出してください。
ＤＮＡ側の塩基アデニン(Ａ)と
結合するのは、
ＲＮＡ側の塩基ウラシル(Ｕ)
なのです(下図)。
こうして、
ＤＮＡの塩基配列が
ＲＮＡの塩基配列として
写し取られます。
転写における
写し取るというのは
“コピーでは無い”のです。
なお、
新しいヌクレオチド鎖を
合成するもととなる
ヌクレオチド鎖のことを、
“鋳型(いがた)”の鎖
と言います。
ＤＮＡの片方のヌクレオチド鎖が
鋳型となってＲＮＡが合成される
といった使い方をしますので
頭の片隅に入れておきましょう(下図)。
さて、これで
遺伝子の発現を解説する
準備が整いました。
この記事の最後に、
遺伝子の発現とは直接は関係しませんが
共通テスト対策として
転写と複製の違いをまとめておきます。
確認問題
転写では、ＤＮＡの(①：全体、一部)で
２本鎖が開き、１本ずつの
ヌクレオチド鎖となる。
これらのヌクレオチド鎖のうち
(②：両方、片方)のヌクレオチド鎖が
鋳型となって転写に使われる。
ＲＮＡのヌクレオチドと
ＤＮＡのヌクレオチド鎖とは、
(③：糖、塩基、リン酸)を介して
相補的に結合する。
ＲＮＡを合成するための
鋳型となるＤＮＡの塩基配列が
ＡＴＣＧならば、
合成されるＲＮＡの塩基配列は、
(④：ＵＧＡＣ、ＴＡＧＣ、ＵＡＧＣ)となる。
ＲＮＡのウラシルと結合するのは、ＤＮＡの
(⑤：アデニン、チミン、シトシン、グアニン)
である。
解答
転写では、ＤＮＡの(①：一部)で
２本鎖が開き、１本ずつの
ヌクレオチド鎖となる。
これらのヌクレオチド鎖のうち
(②：片方)のヌクレオチド鎖が
鋳型となって転写に使われる。
ＲＮＡのヌクレオチドと
ＤＮＡのヌクレオチド鎖とは、
(③：塩基)を介して
相補的に結合する。
ＲＮＡを合成するための
鋳型となるＤＮＡの塩基配列が
ＡＴＣＧならば、
合成されるＲＮＡの塩基配列は、
(④：ＵＧＡＣ、ＴＡＧＣ、ＵＡＧＣ)となる。
ＲＮＡのウラシルと結合するのは、ＤＮＡの
(⑤：アデニン)
である。
５：ＤＮＡの複製と転写の違い
まずは、意味を
確認しておきましょう。
・ＤＮＡの複製は、
ＤＮＡの塩基配列に基づいて
ＤＮＡをコピー(複製)する過程
・ＲＮＡの転写は、
ＤＮＡの塩基配列に基づいて
ＲＮＡを合成する過程
です。
では、３つの違い。
・複製では、ＤＮＡの全体が複製される。
・転写では、ＤＮＡの一部分が転写される。
・複製では、
ＤＮＡの２本のヌクレオチド鎖の
両方が鋳型となる。
・転写では、
ＤＮＡの２本のヌクレオチド鎖の
片方だけが鋳型となる。
・複製では、ＤＮＡのアデニンに対して、
“ＤＮＡ”のヌクレオチドのチミンが結合する。
・転写では、ＤＮＡのアデニンに対して、
“ＲＮＡ”のヌクレオチドのウラシルが結合する。
