核DNA

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核DNA(かくディーエヌエイ、: Nuclear DNAnDNA)は、真核生物細胞核に含まれるDNAである[1]。核DNAは、真核生物のゲノムの大部分をコードし、残りはミトコンドリア色素体が持つDNA(オルガネラDNA)がコードしている。ミトコンドリアのDNAが母系制であるのに対し、核DNAは、両親から遺伝情報を受け継ぐメンデルの法則を担っている[2]

構造[編集]

核DNAは、核酸で構成されている。その構造は二重らせんであり、2本の鎖が互いに巻きついている。この二重らせん構造は、1953年にフランシス・クリックジェームズ・ワトソンロザリンド・フランクリンの集めたデータを基に解明した。各鎖は、ヌクレオチドの繰り返しからなる長いポリマーである[3]。各ヌクレオチドは、5炭素リン酸基と有機塩基からなる。ヌクレオチドは、その塩基によって区別される。塩基には、アデニングアニンが含まれる大きな塩基のプリンと、チミンシトシンが含まれる小さな塩基のピリミジンがある。シャルガフの法則は、アデニンは常にチミン、グアニンは常にシトシンと対になると述べる。リン酸基同士はホスホジエステル結合、塩基同士は水素結合でそれぞれ結合している[4]

ミトコンドリアDNA[編集]

核DNAとミトコンドリアDNAは、その位置や構造等、多くの面で異なる。核DNAは、真核生物の細胞核内に存在し、細胞当たり2つずつの複製を持つ。一方、ミトコンドリアDNAはミトコンドリア内に存在し、細胞当たり100から1000の複製を持つ。核DNA染色体の構造は、端が開いた線状で、46本の染色体が約30億個のヌクレオチドを含む。ミトコンドリアDNA染色体は、閉じた円形構造で、16,569個のヌクレオチドを含む。核DNAは二倍体で、父親と母親の両方からのDNAを遺伝されるが、ミトコンドリアDNAは一倍体で、母親由来のDNAのみが遺伝される。核DNAの変異率は0.3%以下であるが、ミトコンドリアDNAの変異率はより高い[5]

科学捜査[編集]

核DNAは、ほぼ全ての生物の遺伝情報を担う分子として知られている。赤血球等の例外を除く人体のほぼ全ての細胞で見られる。一卵性双生児を含め、全ての人は、固有の遺伝子の青写真を持っている[6]連邦捜査局等の科学捜査機関は、核DNAを事件の証拠資料と比較する技術を用いることができる。用いられる技術には、少量のDNAの特定領域の複製を作って増やすことのできるポリメラーゼ連鎖反応等がある[7][8]

細胞分裂[編集]

体細胞分裂と同様に、減数分裂は、真核生物の細胞分裂の形態である。減数分裂では、各々が親細胞の半分の数の染色体を持つ4つの娘細胞が産み出される。減数分裂は、将来的に配偶子となる細胞を作るため、この染色体数の減少は重要であり、これがなければ、受精の際の2つの配偶子の結合によって、通常の2倍の数の染色体を持つ子孫ができてしまう。

減数分裂により、4つの娘細胞から新しい遺伝物質の組合せができる。これらの新しい組合せは、対の染色体間でDNAの交換が起こるために生じる。この交換は、減数分裂で生じる配偶子が幅広い遺伝的多様性を有することを意味する。

減数分裂では、1度ではなく2度の核分裂が起こる。減数分裂に先立って、細胞は、成長し、染色体を複製し、全てのシステムをチェックする段階を経る。

体細胞分裂と同様に、減数分裂でも前期中期後期終期の区別された段階がある。しかし、主な違いは、減数分裂では、各段階が2度ずつ起こることである[9]

複製[編集]

分裂後の新しい細胞が完全な量のDNAを持つために、分裂の前に元の細胞のDNAを倍化させる必要がある。この過程は、DNA複製と呼ばれる。各々の新しい細胞は、元のDNAの一方の鎖と新しく合成されるもう1本の鎖を含むため、これは半保存的複製と呼ばれる。DNAの元のポリヌクレオチド鎖は、新しい相補的ポリヌクレオチド合成の鋳型となる。DNAの1本鎖の鋳型は、相補鎖の合成に用いられる[10]

DNA複製は、複製起点と呼ばれるDNA分子上の特定の位置から開始する。ヘリカーゼと呼ばれる酵素がDNA分子の一部をほどいて分離し、その後、一本鎖DNA結合タンパク質が結合して、DNA分子の1本鎖領域を安定化させる。DNAポリメラーゼと呼ばれる酵素複合体が1本鎖部分に結合し、複製を開始する。DNAポリメラーゼは、元から存在するヌクレオチド鎖の、新しいDNAヌクレオチド部分にしか結合できない。そのため、複製は、DNAプライマーゼが複製起点でRNAプライマーと結合することによって開始する。RNAプライマーは、DNA鎖の開始部分の小さな領域に相補的な短いRNAヌクレオチド配列から合成される。後に、RNAプライマーは酵素的に除かれ、DNAヌクレオチドの適切な配列に置き換えられる。DNA分子の2つの相補的な配列は反対方向を向いており、またDNAポリメラーゼは一方向にしか複製できないため、DNA鎖の複製には、異なった2種類の方法が取られる。一方の鎖は、DNA鎖分離部分に巻き戻る方向に連続的に複製される。もう一方の鎖は、岡崎フラグメントと呼ばれる一連のDNAの小断片を形成しながら、反対方向に不連続に合成される。各々の岡崎フラグメントは、分離したRNAプライマーを必要とする。岡崎フラグメントが合成されると、RNAプライマーはDNAヌクレオチドに置き換わり、断片同士は結合して連続する相補鎖となる[11]

関連項目[編集]

出典[編集]