概要:DNA 複製とは
DNA 複製とは何かという疑問がある場合、その答えは、DNA が実行できる最も驚くべきことの 1 つであるということです。各細胞は、他の細胞を作成するために必要なすべての DNA を持っています。それは単一の細胞から始まり、数十億の細胞で終わります。また、細胞分裂プロセス全体を通じて、細胞内のすべてのデータが適切に複製されなければなりません。その結果、DNA はほぼ完全な複製を生成するためにコピーできる分子です。
DNA複製の定義
ゲノムの DNA が細胞内で複製される方法は、DNA 複製として知られています。分裂する前に、細胞はその全ゲノムをコピーして、後続の各娘細胞が完全なゲノムを持つようにする必要があります.
なぜ DNA は複製するのですか?
DNA は、各細胞に独自性を与える遺伝物質です。細胞が複製し、有糸分裂または減数分裂を介して新しい娘細胞に分裂する前に、生体分子と細胞小器官が複製され、細胞全体に分配されなければなりません。各娘細胞が適切な量の染色体を取得することを保証するために、DNA は核内でコピーされなければなりません。 DNA複製は、DNAを複製するプロセスです。
複製は、複製酵素および RNA として知られる多数のタンパク質を含む一連の DNA 複製プロセスで発生します。動物細胞や植物細胞などの真核細胞では、間期の S 期に細胞周期中に DNA 複製ステップが発生します。 DNA の複製は、生物の細胞の発生、維持、受精に不可欠です。
DNA の構造
デオキシリボ核酸 (DNA) は核酸分子です。これは、リン酸塩、炭素数 5 のデオキシリボース糖、および窒素含有塩基で構成されています。二本鎖 DNA は、互いにねじれて二重らせん構造を形成する 2 つのらせん状の核酸鎖を含みます。このねじれにより、DNA はよりコンパクトになります。 DNA は、クロマチンと呼ばれる密集した構造に折り畳まれ、核内に組み込まれます。細胞分裂の間、クロマチンは凝縮して染色体を生成します。クロマチンは DNA 複製ステップの前に緩み、細胞複製機構が DNA 鎖にアクセスできるようになります。
上記の DNA 複製図は、DNA の構造を説明しています。
DNA 複製とは何かがわかったので、DNA 複製の手順を詳しく見てみましょう。
DNA複製のステップ
ステップ 1:レプリケーション フォークの形成
DNA を複製する前に、まず 2 本の一本鎖に「解凍」する必要があります。アデニン (A)、シトシン (C)、チミン (T)、およびグアニン (G) は、DNA の 2 つの鎖の間で対合を形成する 4 つのヌクレオチドです。アデニンはチミンにのみ結合し、シトシンはグアニンにのみ結合します。塩基対間のこれらの接続は、DNA がほどけるために破壊されなければなりません。これは DNA ヘリカーゼと呼ばれる酵素によって行われます。 DNA ヘリカーゼは、塩基対間の水素結合を溶解して、鎖を Y 字型の複製フォークに分離します。この場所は、複製の開始点として機能します。
両方の DNA 鎖は、5' および 3' 末端で示されるように方向付けられています。この表記は、DNA バックボーンに接続されているサイド グループを示します。リン酸 (P) 基は 5' 末端に結合し、ヒドロキシル (OH) 基は 3' 末端に結合します。この方向性は、5' から 3' にしか移動しないため、複製にとって重要です。レプリケーション フォークは双方向です。
- リーディング ストランドは 3' から 5' に向けられています
- ラギング ストランドは 5 フィートから 3 フィートの方向に向いています
2 つの側面は、方向の違いを説明するために 2 つの異なる方法を使用して再現されます。
理解を深めるために、上記の DNA 複製図を参照してください。
DNA複製プロセスの始まり
ステップ 2:プライマー結合
最初のストランドは、最も模倣しやすいものです。 DNA 鎖が分割された後、RNA の短い断片であるプライマーが鎖の 3' 末端に結合します。複製の開始点として、プライマーは常に結合します。酵素 DNA プライマーゼはプライマーを作成します。
DNA 複製:伸長
ステップ 3:伸長
新しい鎖は、伸長として知られるプロセスを通じて、DNA ポリメラーゼと呼ばれる酵素によって作成されます。細菌とヒトの細胞には、主に 5 種類の DNA ポリメラーゼがあります。ポリメラーゼ III は大腸菌などの細菌の主要な複製酵素であり、ポリメラーゼ I、II、IV、および V はエラーのチェックと修復を担当しています。 DNA ポリメラーゼ III は、複製中にプライマーの位置で鎖に結合し、鎖に対応する余分な塩基対を追加することから始めます。
真核細胞の DNA 複製に関与する主要なポリメラーゼは、デルタ、アルファ、およびイプシロンです。リーディング鎖の複製は 5' から 3' 方向に起こるため、新しく生成された鎖は連続しています。
ラギング鎖は、あまりにも多くのプライマーを結合することによって複製を開始します。各プライマーは、わずか数塩基離れています。その後、岡崎フラグメントは、DNA ポリメラーゼによってプライマー間の鎖に付加されます。新たに生成されたピースが切り離されているため、複製プロセスは不連続です。
ステップ 4:終了
連続鎖と不連続鎖の両方を形成した後、エキソヌクレアーゼ酵素が元の鎖からすべての RNA プライマーを除去します。その後、プライマーは適切な塩基に置き換えられます。別のエキソヌクレアーゼ チェックでは、新たに生成された DNA の欠陥を除去して置換します。 DNAリガーゼとして知られる別の酵素は、岡崎フラグメントを結合して一本鎖を生成します。 DNA ポリメラーゼは 5 ' から 3' 方向にしかヌクレオチドを付加できないため、線状 DNA の末端が問題になります。
父鎖の末端は、テロメアとして知られる反復 DNA 配列で構成されています。テロメアは、染色体の末端で保護キャップとして機能し、隣接する染色体との融合を防ぎます。テロメラーゼは、DNA 末端のテロメア配列の合成を触媒する DNA ポリメラーゼ酵素の一種です。完了すると、親と相補的な DNA 鎖は特徴的な二重らせん構造に巻き付きます。最後に、複製により、親分子からの 1 つの鎖と 1 つの新しい鎖を含む 2 つの DNA 分子が生成されます。
複製を担う酵素
DNA複製プロセスは、複製プロセスのいくつかの段階を触媒する酵素なしでは不可能です。次の酵素は、真核生物の DNA 複製プロセスに関与しています:
DNAヘリカーゼ
DNA の処理が進むにつれて、二本鎖 DNA が巻き戻されて分割されます。 DNA のヌクレオチド ペア間の水素結合を溶解すると、複製フォークが生成されます。
DNAプライマーゼ
RNA プライマーを生成する RNA ポリメラーゼです。プライマーは、DNA 複製のテンプレートとして機能する小さな RNA 分子です。
DNAポリメラーゼ
これらの酵素は、リーディング DNA 鎖とラギング DNA 鎖にヌクレオチドを付加して、新しい DNA 分子を作成します。
トポイソメラーゼ
DNA ジャイレースとも呼ばれます。これは、DNA 鎖を巻き戻したりほどいたりして、結び目ができないようにするタンパク質です。
エキソヌクレアーゼ
これらは、DNA 鎖の末端からヌクレオチドの塩基を除去する一連の酵素です。
DNAリガーゼ
ヌクレオチド間にホスホジエステル結合を形成し、DNA 断片を結合します。
原核生物と真核生物における DNA 複製プロセス
原核生物
DNA 複製は、原核生物の次の場所で行われます:
- 複製開始点で、DNA の 2 本の鎖がほどけます。
- ヘリカーゼは DNA を開き、複製フォークを発達させます。
- 一本鎖結合タンパク質が複製フォークを DNA で包み、DNA の巻き戻しを阻害します。
- トポイソメラーゼは DNA のスーパーコイルを阻害します。
- プライマーゼは、RNA プライマーの生成を担っています。これらのプライマーは、DNA 鎖と連携して機能します。
- プライマーの後、DNA ポリメラーゼ III がヌクレオチドの付加を開始します。
- 先頭と末尾のストランドの長さが伸び続けます。
- プライマーを除去した後、スペースは DNA ポリメラーゼ I で再充填され、リガーゼで包まれます。
真核生物
真核生物の DNA 複製は、原核生物の DNA 複製に似ています。ただし、真核生物の開始メカニズムは、原核生物よりも複雑です。真核生物にはいくつかの複製源があります。追加の開始タンパク質の助けを借りて、複製前の化合物が形成されます。手順は同じですが、使用する酵素は異なります。たとえば、真核生物では、酵素 Pol が重合プロセスを実行しますが、原核生物では DNA Pol III によって実行されます。
明確にするために、上記の DNA 複製図を参照してください。
まとめ
DNA (デオキシリボ核酸) 複製は、単一の二本鎖 DNA 分子から同一の DNA ヘリックスが生成されるプロセスです。各分子は、元の分子のストランドと新しいストランドで構成されます。 DNA がほどけ、複製前に鎖が分離します。複製テンプレートとして機能する複製フォークが生成されます。プライマーは DNA に結合し、続いて DNA ポリメラーゼによって 5' から 3' への新しいヌクレオチド配列が付加されます。
このインクルージョンはリーディング ストランドでは一定ですが、トレーリング ストランドでは不連続です。 DNA 鎖が伸ばされた後、誤りがないか調べて修復し、テロメア配列を DNA の末端に挿入します。
よくある質問
<強い>1.複製プロセスとは何ですか?
A:二本鎖 DNA 分子が複製されて 2 つの同一の DNA 分子が形成される方法は、複製として知られています。 DNA 複製は、細胞内で最も基本的なプロセスの 1 つです。
<強い>2. DNA複製はどこで行われますか?
A:原子核
DNA複製は、真核細胞の核および原核細胞の核様体領域で発生します。動物細胞および植物細胞は、核および膜結合オルガネラを含む真核細胞の例です。真核細胞は核内に DNA を含むため、そこで DNA の複製が行われます。
<強い>3.複製の重要性とは正確には何ですか?
A:実証科学では、再現は調査結果を検証するための最も重要な戦略の 1 つです。どの研究も、その結論が比較的十分に確立される前に、他の研究者によって複製されなければなりません。再現性は、科学研究の結果に信憑性を与えます。
