タンパク質の合成とDNAの複製

タンパク質とDNAは、地球上の生命を維持するための最も基本的なレイアウトを提供しています。実際、タンパク質は生物の形や機能を決定し、DNAは必要な情報を保持する。したがって、タンパク質合成とDNA複製は、生きた細胞の中で行われる非常に重要なプロセスであると理解することができる。どちらも核酸鎖の塩基配列から始まるが、その経路は別物である。この記事では、両プロセスの重要なステップを説明し、両者の違いについて説明します。

タンパク質の合成

タンパク質合成は、生物の細胞内で、転写、RNA処理、翻訳という大きく3つのステップを経て行われる生物学的プロセスである。転写のステップでは、DNA鎖中の遺伝子の塩基配列がRNAに転写される。最初のステップは、結果がタンパク質合成のRNA鎖であることを除けば、DNA複製と非常に似ている。DNA鎖はDNA分解酵素によって分解され、RNAポリメラーゼが遺伝子の先頭にある特定の場所、プロモーターに付着して、RNA鎖が遺伝子に沿って合成される。この新しくできたRNA鎖がメッセンジャーRNA（mRNA）と呼ばれるものです。

mRNA鎖はヌクレオチド配列をリボソームへ運び、RNA処理を行う。特定のtRNA（転移RNA）分子は、細胞質内の該当するアミノ酸を認識する。その後、tRNA分子は特定のアミノ酸と結合する。各tRNA分子には、3つのヌクレオチド配列がある。細胞質内のリボソームがmRNAの鎖に付着し、開始コドン（プロモーター）を決定する。mRNAの塩基配列に対応するtRNA分子は、リボソームの大サブユニットに転送される。tRNA分子がリボソームに到達すると、対応するアミノ酸がペプチド結合を介して配列中の次のアミノ酸と結合する。この最後の段階が翻訳と呼ばれるもので、実はここで真のタンパク質合成が行われるのです。

タンパク質の形は、tRNA分子に結合している鎖状のアミノ酸の種類によって決まるが、tRNAはmRNAの配列に特異的である。したがって、タンパク質分子は、DNA分子に格納された情報を記述していることがわかる。しかし、タンパク質の合成はRNA鎖から始まることもある。

DNA複製

DNA複製とは、1本のDNAから2本の同じDNAを作り出すことであり、一連のプロセスを経て行われるものである。これらのプロセスはすべて、細胞周期の間期または細胞分裂のS期に発生する。これはエネルギーを消費するプロセスであり、その制御には主に3つの酵素、すなわちDNAのねじを外す酵素、DNAポリメラーゼ、DNAリガーゼが関与している。まず、DNA巻き戻し酵素は、反対側の鎖の窒素塩基間の水素結合を切断することで、DNA鎖の二重らせん構造を解体する。この分解は、DNA鎖の真ん中ではなく、片方の端から始まる。このように、DNA巻き戻し酵素は制限核酸エキソヌクレアーゼの一種とみなすことができる。

一本鎖DNAの窒素塩基が露出した後、塩基配列に従って対応するデオキシリボ核酸が配列され、DNAポリメラーゼ酵素が対応する水素結合を形成する。この特殊なプロセスは、両方のDNA鎖で行われる。最後に、連続するヌクレオチドの間でホスホジエステル結合が形成され、DNAリガーゼが使われてDNA鎖が完成する。これらのステップを経て、1本の親DNA鎖から2本の同一のDNA鎖が形成される。