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転写と翻訳

さかなとムシの研究所

生物の解説を始めた時に、生物の最小単位は細胞であり、タンパク質を作ることが主な役割であることをお話ししました。今回は、そのタンパク質を作ることについての、もっと詳しい解説となります。生物では大きな流れをおさえることが重要です。ここでは、「転写→スプライシング→翻訳」の順番で進んでいくと知っておいて下さい。

転写

「これからタンパク質を作るぞ！」となった時、DNAのそのタンパク質の設計図になっているところがコピーされます。このコピーされる過程を“転写”と呼んでいます。転写では複製の時と同じように、DNAの水素結合がなくなり、解かれたところにRNAポリメラーゼが結合し、相補的な塩基を持つRNAのヌクレオチドを結合させます。タンパク質の設計図の配列をRNAをコピーし終わると、RNAが外れて、DNAは元の状態に戻ります。
この時できるRNAはmRNA(伝令ＲＮＡ）と呼ばれています。RNAのヌクレオチドは、DNAのものと異なり、糖の種類とT(チミン)がU(ウラシル)になっています。また、2本鎖のDNAとは異なり、1本鎖です。転写は核の中で行われ、核の外にDNAの情報を伝えるのですが、その前に“スプライシング”が行われます。

スプライシングのイメージです。取り除かれるイントロンと残るエキソンという部分があります。

スプライシング

スプライシングとは、mRNAの一部を取り除く過程のことを言います。ちなみに、一部が取り除かれたmRNAもmRNAなので、DNAを転写してできるmRNAをmRNA前駆体、スプライシングの後にできたものをmRNAと呼んで区別します。
このスプライシングという過程にどのような意味があるのでしょうか？意義の１つにDNAの情報量を増やす事があります。細胞の中に保存できるDNAの量は限られているので、体の中で働くタンパク質の設計図を別々にDNAに保管すると、体の中で作ることができるタンパク質の種類が少なくなってしまいます。そこで、mRNAをスプライシングで組み替えることで、DNA を1か所転写することで複数種のタンパク質を作ることが可能になります。(スプライシングがされない時もあるよ！)

スプライシングにより、1箇所から複数種類のmRNAができるイメージ。

翻訳

核から出てきたmRNAは、サイトゾル中にあるリボソームに移動します(運ばれると言った方が正しいかも)。そこで、mRNAの塩基配列をもとにアミノ酸が指定され、タンパク質ができます。
これが翻訳の流れなのですが、そもそもアミノ酸とタンパク質の関係が分からない方もいると思います。タンパク質はアミノ酸がいくつも連なってできた物質です。アミノ酸の種類と並び方によって、酵素の時にお話ししたような立体構造が作られます。mRNAにはA,U,C,Gの4種類の塩基のいずれかを持ったヌクレオチドが並んでできており、リボソームではこの塩基を3つずつ読み取ります。例えば、AUCというRNAの配列があったとします。すると、AUCと相補的な関係のUAGという塩基の組み合わせをもったtRNA（運搬RNA）がリボソームに集められます。tRNAには塩基の組み合わせによって特定のアミノ酸が結合しており、リボソームに集められると、アミノ酸を外してどこかにいきます。残されたアミノ酸はつながってタンパク質になります。

翻訳のイメージです。雑ですいません。

エヴァで知った

DNA→（転写）→mRNA前駆体→（スプライシング）→mRNA→（翻訳）→タンパク質
このDNAからタンパク質に変わる一連の流れを”セントラルドグマ”といいます。授業では、「セントラルドグマって細胞のどの部分ですか？」と聞かれることがあるのですが、工程の名前なのでものはありません。また、この流れは一部例外を除いて不可逆的です。どういうことかというと、タンパク質からmRNAが作られるということはありません。また、このセントラルドグマによって、遺伝子（DNAの情報）がタンパク質という形となって現れることを”発現”といいます。分子生物学系の本を読む時には是非とも知っておいてほしい言葉です。
では、例外とは何かというと、これまた新型コロナウイルスだったりします。私たちヒトの遺伝子の本体はDNAで、DNAという物質に遺伝情報を書き込んでいますが、HIVや新型コロナウイルスの遺伝子の本体はRNAです。「RNAであれば、そのままタンパク質に翻訳したらよいのでは？」と思うかもしれませんが、翻訳に使うのはDNAの一部でよいです。そのため、細胞内に侵入したウイルスのRNAは逆転写酵素によって、DNAに置き換えられます。この部分が、セントラルドグマの例外となっています。

セントラルドグマの簡単なイメージです。


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