学習目標

主な目的

  • DNAコードを使用して細胞がタンパク質を構築するプロセ:
    • DNA内の遺伝コードが形成されたタンパク質を決定する方法を説明
    • 転写のプロセスを説明
    • 翻訳のプロセスを説明
    • リボソームの機能を議論

DNAは細胞構造と生理学のための”青写真”を提供することが先に述べられました。 これは、DNAには、細胞が1つの非常に重要なタイプの分子、すなわちタンパク質を構築するために必要な情報が含まれているという事実を指します。 細胞のほとんどの構造成分は、少なくとも部分的にはタンパク質によって構成され、細胞が行う事実上すべての機能はタンパク質の助けを借りて完 タンパク質の最も重要なクラスの一つは、細胞内で起こる必要な生化学反応をスピードアップするのに役立つ酵素である。 これらの重要な生化学反応の中には、より小さな成分からより大きな分子を構築すること(例えば、DNA複製または微小管の合成中に起こるもの)、およ 細胞プロセスがであるかもしれないものは何でも蛋白質を含むことはほとんど確実です。 細胞のゲノムがDNAの完全な相補体を記述するのと同じように、細胞のプロテオームはタンパク質の完全な相補体です。 タンパク質合成は遺伝子から始まります。 遺伝子は、タンパク質を構築するために必要な遺伝情報を提供するDNAの機能的なセグメントです。 それぞれの特定の遺伝子は、特定のタンパク質を構築するために必要なコードを提供する。 遺伝子にコードされた情報を最終的な遺伝子産物に変換する遺伝子発現は、最終的にどのタンパク質が作られているかを決定することによって細胞の構造と機能を決定する。

遺伝子の解釈は次のように機能します。 蛋白質が多くのアミノ酸のブロックのポリマー、か鎖、であることを思い出しなさい。 遺伝子内の塩基の配列(すなわち、A、T、C、Gヌクレオチドのその配列)は、アミノ酸配列に変換される。 トリプレットは、特定のアミノ酸をコードする行の三つのDNA塩基のセクションです。 例えば、DNAトリプレットCAC(シトシン、アデニン、およびシトシン)はアミノ酸バリンを指定する。 したがって、固有の配列で複数の三重項で構成される遺伝子は、適切な配列で複数のアミノ酸を含むタンパク質全体を構築するコードを提供する(図3.4.1)。 細胞がDNAコードをタンパク質産物に変換するメカニズムは、RNA分子を中間体とする2段階のプロセスです。この図は、RNAのタンパク質への翻訳を示しています。

この図は、RNAのタンパク質への翻訳を示しています。 DNA鋳型鎖は、転写を介してRNA鎖になることが示されている。 その後、RNA鎖は翻訳を受け、タンパク質になる。
図3.4.1–遺伝コード:DNAは、細胞のタンパク質を構築するために必要なすべての遺伝情報を保持しています。 遺伝子のヌクレオチド配列は、最終的には遺伝子の対応するタンパク質のアミノ酸配列に翻訳される。

DNAからRNAへ:転写

DNAは核内に収容され、タンパク質合成は細胞質で行われるため、核を離れてタンパク質合成を管理する中間メッセ この中間メッセンジャーはメッセンジャー RNA(mRNA)である(図3.29)、核から、タンパク質を産生するために使用される細胞質の中に単一の遺伝子の遺伝コードのコピーを運ぶ一本鎖核酸。RNAにはいくつかの異なるタイプがあり、それぞれが細胞内で異なる機能を有する。

RNAの構造は、いくつかの小さな例外を除いてDNAに似ています。 一つには、DNAとは異なり、mRNAを含むほとんどのタイプのRNAは一本鎖であり、相補鎖を含まない。 第二に、RNA中のリボース糖は、DNAと比較して追加の酸素原子を含む。 最後に、塩基チミンの代わりに、RNAは塩基ウラシルを含む。 これはアデニンが蛋白質の統合プロセスの間にuracilと常に対になることを意味します。遺伝子発現は、目的の遺伝子に相補的なmRNAの鎖の合成である転写と呼ばれるプロセスから始まります。

遺伝子発現は、目的の遺伝子に相補的なmRNAの鎖の合成である転写と呼ばれるプロセスから始まります。

このプロセスは、mRNAが遺伝子のDNAコードの転写産物またはコピーのようなものであるため、転写と呼ばれます。 転写は、DNAの領域が巻き戻され、二つの鎖が分離するという点で、DNA複製のような方法で開始されますが、DNAの小さな部分だけが分割されます。 DNA分子のこのセクション上の遺伝子内の三重項は、RNAの相補鎖を転写するための鋳型として使用される(図3.4.2)。 コドンはmRNAの三塩基配列であり、いわゆるアミノ酸を直接コードするためである。 DNA複製と同様に、転写には3つの段階があります:開始、伸長、および終了。この図では、RNAポリメラーゼがDNA鋳型鎖を対応するRNA転写物に転写することを示しています。

In this diagram, RNA polymerase is shown transcribing a DNA template strand into its corresponding RNA transcript.
図3.4.2–転写:DNAからmRNAへ:DNAからタンパク質を作る二段階の最初の段階では、DNA分子上の遺伝子が相補的なmRNA分子に転写されます。

DNAからタンパク質を作る二段階の最初の段階では、DNA分子上の遺伝子が相補的なmRNA分子に転写されます。

ステージ1:開始。 プロモーターと呼ばれる遺伝子の先頭の領域—ヌクレオチドの特定の配列—は、転写の開始をトリガします。

ステージ2:伸び。 転写は、RNAポリメラーゼがDNAセグメントを巻き戻すときに開始されます。 コード鎖と呼ばれる一方の鎖は、コードされる遺伝子を有する鋳型となる。 次いで、ポリメラーゼは、正しい核酸(A、C、G、またはU)を、DNAのコード鎖上のその相補的塩基と整列させる。 RNAポリメラーゼは、RNAの成長鎖に新しいヌクレオチドを追加する酵素です。 このプロセスは、mRNAの鎖を構築します。

ステージ3:終了。 ポリメラーゼが遺伝子の末端に到達すると、3つの特定の三重項(UAA、UAG、またはUGA)のうちの1つが「停止」シグナルをコードし、酵素が転写を終了させ、mRNA転写物を

転写プロセスは、遺伝子配列に結合し、その転写を促進または阻害する転写因子と呼ばれるタンパク質のクラスによって調節される。

転写 (ここで図3.35を移動します)。

mRNA分子が核を離れてタンパク質合成に進む前に、それはいくつかの方法で修飾される。

mRNA分子が核を離れてタンパク質合成に進む前に、それ このため、この段階ではプレmRNAと呼ばれることが多い。 例えば、あなたのDNA、したがって相補的なmRNAには、アミノ酸をコードしない非コード領域と呼ばれる長い領域が含まれています。 それらの機能はまだ謎ですが、スプライシングと呼ばれるプロセスは、プレmRNA転写産物からこれらの非コード領域を除去します(図3.4.3)。 スプライスオソームは、様々なタンパク質や他の分子からなる構造であり、mRNAに結合し、”スプライス”または非コード領域を切断する。 転写物の除去されたセグメントはイントロンと呼ばれる。 残りのエクソンは一緒に貼り付けられます。 エクソンは、スプライシング後に残るRNAのセグメントです。 興味深いことに、mRNAから除去されるいくつかのイントロンは、常に非コードではない。 MRNAの異なるコード領域がスプライスアウトされると、タンパク質の異なるバリエーションは、最終的には構造と機能の違いで、結果的になります。 このプロセスは可能な蛋白質および蛋白質機能の大いにより大きい変化で起因する。 MRNA転写物が準備が整うと、それは核から細胞質へと移動する。

外部ウェブサイト

このビデオでは、転写のプロセス、DNAからmRNA分子を作るプロセスに関与する重要な酵素と生体分子を紹介します。

この図では、プレmRNA転写産物がフローチャートの上部に示されています。 このプレmRNA転写物はイントロンとエクソンを含む。 次のステップでは、イントロンはスプライスオソームと呼ばれる構造にあります。 最後のステップでは、イントロンはスプライシングされたRNAから分離されていることが示されている。
図3.4.3–スプライシングDNA: 核内では、スプライソソームと呼ばれる構造は、プレmRNA転写物内のイントロン(非コード領域)を切り取り、エクソンを再接続する。

RNAからタンパク質へ:翻訳

ある言語から別の言語に本を翻訳するのと同様に、mRNAの鎖上のコドンは、タンパク質のアミノ酸アル 翻訳は、ポリペプチドと呼ばれるアミノ酸の鎖を合成するプロセスです。 翻訳には二つの主要な援助が必要です: まず、翻訳を行う分子である”翻訳者”と、翻訳者の”机”のように、mRNA鎖が新しいタンパク質に翻訳される基質です。「これらの要件の両方は、他のタイプのRNAによって満たされています。 翻訳が起こる基質はリボソームである。

細胞のリボソームの多くは、大まかなERに関連して発見され、ゴルジ装置に宛てられたタンパク質の合成を行うことを覚えておいてください。 リボソームRNA(rRNA)は、タンパク質と一緒にリボソームの構造を構成するRNAの一種です。 リボソームは、小さなサブユニットと大きなサブユニットの二つの異なる成分として細胞質に存在する。 MRNA分子が翻訳される準備ができたら、2つのサブユニットが一緒になってmRNAに結合します。 リボソームは翻訳のための基質を提供し、mRNA分子をそのコードを解読しなければならない分子”翻訳者”と一緒にして整列させる。

タンパク質合成のための他の主要な要件は、mRNAコドンを物理的に”読み取る”翻訳者分子である。

タンパク質合成のための他の主要な要件は、mRNAコドン トランスファー RNA(tRNA)は、リボソームに適切な対応するアミノ酸をフェリーし、最後にそれぞれの新しいアミノ酸を結合し、ポリペプチド鎖を一つずつ構築するRNAの一種である。 従って、tRNAは、細胞質から成長するポリペプチドに特定のアミノ酸を移動させる。 TRNA分子は、mRNA上のコドンを認識し、正しいアミノ酸とそれらを一致させることができなければならない。 この機能のためにtRNAを修飾する。 その構造の一端には、特定のアミノ酸の結合部位がある。 もう一方の端には、その特定のアミノ酸を指定するコドンと一致する塩基配列がある。 このtRNA分子上の3つの塩基の配列は、アンチコドンと呼ばれています。 例えば、アミノ酸グリシンの往復を担うtRNAは、一方の末端にグリシンの結合部位を含む。 もう一方の端でそれはグリシンのコドンを補足するanticodonを含んでいます(GGAはグリシンのためのコドンであり、従ってtrnaのanticodonはCCUを読みます)。 その特定の貨物と一致するアンチコドンを備えたtRNA分子は、認識されたmRNAコドンを読み取り、対応するアミノ酸を成長鎖にもたらすことができる(図3.4.4)。

この図の上部は、すでに小さなリボソームサブユニットが接続されているmRNAと接触する大きなリボソームサブユニット TRNAとanticodonは近接しています。 第二のパネルでは、tRNAはリボソームサブユニットと同じ部位にも結合する。 下のパネルでは、複合体から出現するポリペプチド鎖が示されている。
図3.4.4–RNAからタンパク質への翻訳:翻訳中、mRNA転写産物は、リボソームとtRNA分子からなる機能的複合体によって”読み取られる”。 trnaはmRNAの繊維のコドンと反コドンを一致させることによって成長するポリペプチドの鎖に適切なアミノ酸を順序で持って来ます。

DNA複製と転写のプロセスと同様に、翻訳は三つの主要な段階で構成されています:開始、伸長、および終了。 開始は、リボソームのmRNA転写物への結合によって起こる。 伸長段階は、配列中の次のmRNAコドンとのtRNAアンチコドンの認識を含む。 Anticodonおよびコドン配列が結合されると(覚えておいて、それらは相補的な塩基対である)、tRNAはそのアミノ酸貨物を提示し、成長するポリペプチド鎖はこの次 この付着は、様々な酵素の助けを借りて起こり、エネルギーを必要とする。 その後、tRNA分子はmRNA鎖を放出し、mRNA鎖はリボソーム内の一つのコドンをシフトさせ、次の適切なtRNAはその一致するアンチコドンで到着する。 このプロセスは翻訳の終了に信号を送り、完全な、新たに総合された蛋白質の解放を誘発する”停止”メッセージを提供するmRNAの最終的なコドンが達される したがって、DNA分子内の遺伝子はmRNAに転写され、その後タンパク質産物に翻訳される(図3.4.5)。

外部サイト

このビデオでは、mRNAを使用してタンパク質をコードする翻訳プロセスに関与する重要な酵素と生体分子を紹介します。

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このビデオでは、mRNAを使用してタンパク質をコードする翻訳プロセスに関与する重要な酵素と生体分子を紹介この図は、DNAからmRNAへの転写が核内で起こり、mRNAからタンパク質への翻訳が細胞質内で起こる細胞の模式図を示しています。

図3.4.5–DNAからタンパク質へ:翻訳による転写: 細胞核内の転写は、mRNA分子を産生し、これは修飾され、次いで翻訳のために細胞質に送られる。 転写産物は、リボソームおよびtRNA分子の助けを借りてタンパク質に解読される。

一般的に、mRNA転写は、いくつかの隣接するリボソームによって同時に翻訳されます。 これは、タンパク質合成の効率を増加させる。 単一のリボソームは、約一分でmRNA分子を翻訳する可能性があります; だから、単一の転写産物に乗って複数のリボソームは、同じ分に同じタンパク質の数の複数倍を生成することができます。 ポリリボソームは、単一のmRNA鎖を翻訳するリボソームの文字列です。

外部サイト

URLを表すQRコード

リボソームについて学ぶために、このビデオを見てください。 リボソームはmRNA分子に結合し、そのコードのタンパク質への翻訳を開始する。 翻訳の終わりに小さなリボソームサブユニットと大きなリボソームサブユニットはどうなりますか?

章のレビュー

DNAは、そのすべての機能を実行するように細胞に指示するために必要な情報を格納します。 細胞は、最終的に細胞の構造と機能を決定するタンパク質を構築するためにDNA内に格納された遺伝コードを使用します。 この遺伝コードは、DNA分子に沿って各遺伝子を構成するヌクレオチドの特定の配列にある。 このコードを「読み取る」には、セルは2つの連続したステップを実行する必要があります。 最初のステップである転写において、DNAコードはRNAコードに変換される。 特定の遺伝子に相補的であるメッセンジャー RNAの分子は、DNA複製と同様のプロセスで合成される。 MRNAの分子は、タンパク質を合成するためのコードを提供する。 翻訳の過程で、mRNAはリボソームに結合する。 次に、tRNA分子は、タンパク質が完全に合成されるまで、mRNA上の逐次三重項コドンによってコードされたリボソームに適切なアミノ酸をシャトルする。 完了すると、mRNAはリボソームから分離し、タンパク質は放出される。 典型的には、複数のリボソームが単一のmRNA分子に一度に結合して、複数のタンパク質がmRNAから同時に製造され得るようにする。

レビューの質問

クリティカルシンキングの質問

転写とDNA複製の類似点を簡単に説明します。

転写とDNA複製の両方が核酸の合成に関与しています。

これらのプロセスは、多くの共通の特徴を共有しています—特に、開始、伸長、および終了の同様のプロセス。 いずれの場合も、DNA分子は解撚され、分離されなければならず、コード(すなわち、センス)鎖が鋳型として使用される。 また、ポリメラーゼは、成長するDNAまたはmRNA鎖にヌクレオチドを添加するのに役立つ。 両方のプロセスは、完了すると終了するように通知されます。

コントラスト転写と翻訳。 二つのプロセスの間に少なくとも三つの違いに名前を付けます。

転写は実際には”コピー”プロセスであり、翻訳は実際には”解釈”プロセスであり、転写はDNAメッセージを非常に類似したRNAメッセージにコピーするのに対し、翻訳はRNAメッセージを非常に異なるアミノ酸メッセージに変換することを含むためである。 転写は核で起こり、細胞質では翻訳されます。 二つのプロセスが実行されるメカニズムも完全に異なっています: 転写はmRNAを構築するためにポリメラーゼ酵素を利用するのに対し、翻訳はタンパク質を構築するために異なる種類のRNAを利用する。

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