遺伝学は、現在の生物分野において最もホットな学問である。
メンデルが１８６６年に遺伝の法則について言及したが、
遺伝学が本格的に研究され始めたのは１９００年以降である。
そして現在、
遺伝子の本体や形質発現について多くのことが明らかにされているが、
それでもなおその根本に未知の部分を残した
最も魅力的な学問的分野として存在している。
では以降、遺伝子の構造とそれぞれの機能について簡単な解説をしよう。
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目次:
１.１ 遺伝子の本体
遺伝子の本体がＤＮＡ（DeoxyriboNucleic Acid、デオキシリボ核酸）
であることは、以下の実験によって明らかにされている。
＜アベリーの実験＞
肺炎双球菌には、その細胞の周りに被膜をもち病原性のあるＳ型菌と、
被膜をもたず病原性のないＲ型菌とがある。Ｓ型菌を加熱し
（＝タンパク質は変性
し、ＤＮＡはそのまま残っている）たものではネズミは肺炎を起こさないが、
ここでこの加熱したＳ型菌とＲ型菌を混ぜて注射するとネズミは肺炎を起こす。
このネズミからＳ型菌が発見されることにより、
加熱したＳ型菌の何かがＲ型菌をＳ型菌に変える作用をもつことが確かめられる。
ここで、培養液中にＳ型菌のＤＮＡとＲ型菌を入れると、
Ｒ型菌の一部がＳ型菌に変わる。
このことによりＤＮＡが遺伝子の本体であることが明らかになった。
＜ファージの増殖＞
細菌類に入り込み、
その中で増えるバクテリオファージというウイルスがある。
このファージはタンパク質とＤＮＡによって形成されている。
このファージのなかで、
Ｔ2ファージ
は大腸菌に付着し、ＤＮＡ部分だけを大腸菌の中に侵入させる。
そして大腸菌の中で多数の子Ｔ2ファージがつくられるのである。
このことからも、遺伝子の本体がＤＮＡであることが明らかにされる。
１.２.０ ＤＮＡの構造
核酸は、一個のリン酸、一個のＤ−デオキシリボース、
及び一対のプリン塩基またはピリミジン塩基からなるヌクレオチドが
鎖状につながった高分子化合物で、
ＤＮＡとリボ核酸（＝ＲＮＡ）に分けられる。
ＤＮＡのプリン塩基はリボ核酸と同じくアデニン及びグアニンであり、
ピリミジン塩基はシトシン及びチミンである。
ＲＮＡのピリミジン塩基はＤＮＡと異なりチミンのかわりにウラシルである。
ＤＮＡはおもに細胞の核の中に存在して、
核タンパクとして染色体を形成し、遺伝子の本体である。
その構造は二重らせん構造としてワトソン、
クリック（Watson と Crick）らにより解明された（1953）。
１.２.１ ヌクレオチド
ＤＮＡのヌクレオチドはその塩基として
があり、ＲＮＡの塩基には、チミンの変わりにウラシルが存在する。
またＤＮＡのヌクレオチドに見られる糖はデオキシリボースであるが、
ＲＮＡのそれはリボースである。
１.２.２ 二重らせん構造
ＤＮＡの二重らせん構造は、
１９５３年に Watson と Crick によって提案された。
この三次元模型では２本のポリヌクレオチド鎖があって、
共通の軸の周りに右巻らせんを形成している。
この形状からＤＮＡの構造は二重らせん構造とよばれる。
２本のポリヌクレオチド鎖は反対方向を向いている。
糖−リン酸の背骨は二重らせんの外側を巻いているが、
塩基は内側にあってその面はらせんの軸に直角である。
塩基の間にはWatson-Crickの塩基対とよばれる特別な水素結合をした形がある。
アデニンは常にチミンと塩基対を形成し、
同様にグアニンは常にシトシンと塩基対をつくる。
このように塩基対をつくるので、
２本の鎖のデオキシリボースのC1炭素原子の間の距離は
Ａ−Ｔ塩基対でもＧ−Ｃ塩基対でも同じ長さである。
このような関係ゆえ、
Ａ−Ｔ対でもＧ−Ｃ対でも二重らせんに組み込むことができるのである。
１.２.３ ＤＮＡの複製
ＤＮＡが複製するときは、
まず末端のほうから二重らせん構造がほどけて２本の１本鎖に分かれる。
こうして露出された塩基のところへ、
それに補足的な塩基を含むヌクレオチド
（リン酸と２−デオキシリボースと核酸塩基の結合したもの）がやってきて、
塩基の間で水素結合を作る。
こうして１本鎖ＤＮＡの各塩基に対して、
補足的な塩基をもつヌクレオチドが並び、そこでＤＮＡ合成酵素が働いて、
隣あったヌクレオチドの間に共有結合をつくる。その結果、
下の図のように、２個の二重らせんＤＮＡができあがる。
このようなＤＮＡの複製には二つの大きな特徴がある。一つは、
こうしてできた二つの２重らせんＤＮＡは
いずれも元の二重らせんＤＮＡと同じ構造を持つことであり、
もう一つは、どちらの２重らせんも共に
１本の親ＤＮＡの鎖と１本の新しく合成されたＤＮＡ鎖からできていることである。
このような複製の仕方を半保存的複製という。
１.３ ＤＮＡとタンパク質の合成
生体内のあらゆる有機化合物は、酸素反応によって合成されるが、
酸素をはじめとするタンパク質は、ＤＮＡの遺伝情報が一度にＲＮＡに転写され、
さらにアミノ酸に翻訳されることにより合成される。
タンパク質の合成を大まかにみると、およそ次のような順で行われる。
- ＤＮＡの二重らせんの一部がほどけ、塩基配列
（三つ組記号）がｍ−ＲＮＡに転写される。
- ＤＮＡの遺伝子情報を持ったｍ−ＲＮＡは核孔をへて細胞質内に出ていき、
その一端にタンバク質合成の場であるリボゾームと結合する。
- ｔ−ＲＮＡが、リボゾーム上のｍ−ＲＮＡまでアミノ酸を運搬する。
- リボゾームは、ｍ−ＲＮＡ上を移動しながら塩基配列を解読し、
これに適合する塩基配列をもつｔ−ＲＮＡを次々に結合させる。
- こうして次々にペプチド結合していき、
遺伝情報に合うタンパク質が合成されていく。
アミノ酸を渡したｔ−ＲＮＡは再びアミノ酸の運搬にあたる。
このような流れによってタンパク質は合成される。
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□第２章：細胞 □第６章：肺 □第９章：耳
□第３章：脳
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3D-HuBEd No.1 -GENE-
１.１ 遺伝子の本体
１.２ ＤＮＡの構造
１.３ ＤＮＡとタンパク質の合成