DNA転写：真核生物と原核生物のプロセス - 生物学 - 2025

DNAの転写は、デオキシリボ核酸に含まれる情報が、タンパク質合成のステップとして、または関与するRNA分子の形成のために、類似分子RNAとしてコピーされるプロセスです。非常に重要な複数の細胞プロセス（遺伝子発現の調節、シグナル伝達など）。

生物のすべての遺伝子がタンパク質をコードしているとは限りませんが、真核生物であろうと原核生物であろうと、細胞のすべてのタンパク質が1つ以上の遺伝子によってコードされていることは事実です。 3つのDNA塩基（コドン）のセット。

真核生物の遺伝子の処理（出典：Leonid 2 / CC BY-SA（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0）ウィキメディアコモンズ経由）

任意の細胞タンパク質に属するポリペプチド鎖の合成は、2つの基本的なプロセスのおかげで発生します。どちらも、生物の機能にとって非常に重要な2つのプロセスであるため、高度に規制されています。

DNA転写とは？

転写には、転写される遺伝子に対応するDNAの領域にコード化された「標準」配列からの「メッセンジャーRNA」（mRNA）として知られるRNA分子の「テンプレート」の形成が含まれます。

このプロセスは、RNAポリメラーゼと呼ばれる酵素によって実行されます。これは、DNAシーケンスの特定の場所を認識し、それらに結合し、DNA鎖を開き、これらの相補的なDNA鎖の1つをテンプレートとして使用してRNA分子を合成します。別の特別な停止シーケンスに遭遇した場合でも、パターン。

一方、翻訳はタンパク質合成が行われるプロセスです。それは、遺伝子から転写されたmRNAに含まれる情報の「読み取り」、アミノ酸へのDNAコドンの「翻訳」、およびポリペプチド鎖の形成からなる。

mRNAのヌクレオチド配列の翻訳は、「トランスファーRNA」（tRNA）と呼ばれる他のRNA分子の関与により、アミノアシル-tRNAシンテターゼと呼ばれる酵素によって行われます。 MRNAは、遺伝子のDNA配列の忠実なコピーです。

真核生物の転写（プロセス）

真核生物での転写中、DNAはテンプレートとして使用され、酵素RNAポリメラーゼを利用してメッセンジャーRNAの鎖を作成します。

真核細胞では、DNAが染色体の形で含まれている主要な細胞内オルガネラである核内で転写プロセスが発生します。それは、メッセンジャーRNA（mRNA）として知られる単一バンド分子に転写される遺伝子のコード領域の「コピー」から始まります。

DNAはオルガネラに閉じ込められているため、mRNA分子は、核から細胞質への遺伝的メッセージの伝達における中間体またはトランスポーターとして機能します。リボソーム）。

-真核生物の遺伝子はどのようなものですか？

遺伝子は、その特性がその機能を決定するDNA配列で構成されます。これは、配列内のヌクレオチドの順序が、その転写とその後の翻訳を決定するものだからです（タンパク質をコードするものの場合）。

遺伝子が転写されると、つまりその情報がRNAの形でコピーされると、結果は非コードRNA（cRNA）になり、遺伝子発現の調節や細胞シグナル伝達などに直接的な機能を果たします。または、メッセンジャーRNA（mRNA）であり、ペプチドのアミノ酸配列に翻訳されます。

真核生物遺伝子の構造の表現（出典：Thomas Shafee / CC BY（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0）ウィキメディアコモンズ経由）

遺伝子がRNAまたはタンパク質の形で機能的な産物を持っているかどうかは、その配列に存在する特定の要素または領域に依存します。

真核生物または原核生物の遺伝子にはDNAの2つの鎖があり、一方は「センス」鎖、もう一方は「アンチセンス」として知られています。これらの配列の転写に関与する酵素は、「方向」5'-3 'を持つ2つのストランドの1つ、通常は「センス」または「コーディング」ストランドのみを「読み取り」ます。

すべての遺伝子はその末端に調節配列を持っています：

-配列がコード領域（転写される領域）の前にある場合、それらは「プロモーター」として知られています

-それらが多くのキロベースで分離されている場合、それらは「沈黙」または「強化」することができます

-遺伝子の3 '領域に最も近い配列は通常、ターミネーター配列であり、転写（または場合によっては複製）を停止および終了する必要があることをポリメラーゼに伝えます。

プロモーター領域は、コーディング領域への近さに応じて、遠位と近位に分かれています。それは遺伝子の5 '末端にあり、RNAポリメラーゼ酵素および他のタンパク質がDNAからRNAへの転写を開始するために認識する部位です。

プロモーター領域の近位部分には、転写される配列への酵素の親和性を変更する能力を有する転写因子が結合することができ、したがって、それらは遺伝子の転写を正または負に調節する役割を果たします。

エンハンサーとサイレンシング領域は、遺伝子のコード配列の「上流」にあるアクチベーターまたはリプレッサー要素との結合によってプロモーター領域の「活性」を変更することにより、遺伝子転写を調節する役割も果たします。

真核生物の遺伝子はデフォルトで常に「オフ」または「抑制」されていると言われているため、発現（転写）するには、プロモーター要素による活性化が必要です。

-転写は誰が担当しますか？

生物が何であれ、転写はRNAポリメラーゼと呼ばれる酵素のグループによって行われます。これは、細胞が分裂しようとするときにDNA複製に関与する酵素と同様に、RNA鎖の合成に特化しています転写される遺伝子のDNA鎖の1つから。

RNAポリメラーゼは、多くのサブユニットで構成される大きな酵素複合体です。さまざまなタイプがあります。

-RNAポリメラーゼI（Pol I）：「大きな」リボソームサブユニットをコードする遺伝子を転写します。

-RNAポリメラーゼII（Pol II）：タンパク質をコードする遺伝子を転写し、マイクロRNAを生成します。

-RNAポリメラーゼIII（Pol III）：翻訳中に使用されるトランスファーRNAおよびリボソームの小サブユニットに対応するRNAを生成します。

-RNAポリメラーゼIVおよびV（Pol IVおよびPol V）：これらは植物の典型であり、低分子干渉RNAの転写に関与します。

-プロセスは何ですか？

真核生物の遺伝子転写（出典：Erinp.5000 / CC BY-SA（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0）via Wikimedia Commons）

遺伝的転写は、開始、伸長、終了の3つのフェーズに分けて研究できるプロセスです。

開始

開始の間、プロモーター領域は、遺伝子のプロモーター領域がRNAポリメラーゼの認識部位として機能します。これはほとんどの遺伝子発現が制御されている場所です

RNAポリメラーゼ（RNAポリメラーゼIIとしましょう）は、プロモーター領域の配列に結合します。これは、遺伝子の5 '末端にある6〜10塩基対のストレッチで構成され、通常は約35塩基対離れています。転写開始部位の

RNAポリメラーゼの結合は、DNA二重らせんの「開放」をもたらし、相補鎖を分離します。RNA合成は、「開始部位」として知られる部位で始まり、5'-3 '方向、つまり「下流」または左から右へ（慣例により）発生します。

RNAポリメラーゼによって媒介される転写の開始は、プロモーター領域における酵素の「位置」に寄与する、一般的な転写因子として知られているタンパク質転写因子の付随する存在に依存します。

酵素が重合し始めた後、それはプロモーター配列と一般的な転写因子の両方から「脱落」します。

伸長

伸長中、RNAポリメラーゼはテンプレートとして機能する鎖を滑り落ちます

これは、RNAポリメラーゼがDNAシーケンスに沿って「移動」し、「テンプレート」として機能するDNA鎖に相補的なリボヌクレオチドを、成長するRNAに追加するときに発生します。RNAポリメラーゼがDNA鎖を「通過」すると、アンチセンス鎖に再結合します。

RNAポリメラーゼによって実行される重合は、追加される次のヌクレオチド前駆体のリン酸「アルファ」への成長中のRNA鎖の3 '位置にある酸素の求核攻撃からなり、結果としてホスホジエステル結合が形成され、ピロリン酸塩分子（PPi）。

DNA鎖、RNAポリメラーゼ、発生期のRNA鎖で構成されるセットは、転写バブルまたは複合体として知られています。

終了

RNAポリメラーゼが遺伝子の末端領域に到達すると、転写メッセンジャーRNAが完成します。次に、RNAポリメラーゼ、DNA鎖、転写メッセンジャーRNAが解離します。

終結は、ポリメラーゼが転写開始部位から「下流」に論理的に位置する終結配列に到達したときに起こる。これが発生すると、酵素と合成されたRNAの両方が、転写されるDNA配列から「切り離され」ます。

終結領域は通常、それ自体を「折り畳む」ことができ、「ヘアピンループ」型の構造を形成することができるDNA配列からなる。

終了後、合成されたRNA鎖は一次転写産物として知られ、転写複合体から放出され、その後転写後（該当する場合はタンパク質への翻訳前）に処理されたりされなかったりします。 「切断と接合」と呼ばれるプロセス。

原核生物での転写（プロセス）

原核細胞には膜で囲まれた核がないため、転写はサイトゾル、特に染色体DNAが濃縮されている「核」領域で発生します（細菌は環状染色体を持っています）。

このように、所与のタンパク質の細胞質ゾル濃度の増加は、転写および翻訳プロセスが同じ区画で起こるため、真核生物よりも原核生物の方がかなり速い。

-原核生物の遺伝子はどのようなものですか？

原核生物は真核生物と非常によく似た遺伝子を持っています。前者も転写にプロモーター領域と調節領域を利用していますが、重要な違いは、プロモーター領域が遺伝子。

この意味で、一般的に、原核生物の遺伝子はデフォルトで常に「オン」になっていることに言及することが重要です。

プロモーター領域は、リプレッサー分子によって調節され、「オペレーター領域」として知られている、通常「上流」にある別の領域と関連しています。

原核生物遺伝子の構造の表現（出典：Thomas Shafee / CC BY（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0）ウィキメディアコモンズ経由）

原核生物と真核生物の転写の違いは、通常、真核生物のメッセンジャーRNAはモノシストロニック、つまり、それぞれに単一のタンパク質を合成する情報が含まれているのに対し、原核生物では、モノシストロニックまたはポリシストロニックであり、 MRNAには、2つ以上のタンパク質の情報を含めることができます。

したがって、例えば、類似の代謝機能を有するタンパク質をコードする原核生物遺伝子が、メッセンジャーRNAの単一分子形態に同時に転写されるオペロンとして知られるグループに見られることはよく知られています。

原核生物の遺伝子は密集しており、それらの間に多くの非コード領域がないため、線形メッセンジャーRNA分子に転写されると、すぐにタンパク質に翻訳できます（真核生物のmRNAは、さらに処理が必要になることが多い）。

-原核生物のRNAポリメラーゼはどうですか？

たとえば、細菌などの原核生物は、同じRNAポリメラーゼ酵素を使用して、すべての遺伝子、つまりリボソームサブユニットをコードするものと、異なる細胞タンパク質をコードするものを転写します。

大腸菌細菌では、RNAポリメラーゼは5つのポリペプチドサブユニットで構成され、そのうち2つは同一です。α、α、β、β 'サブユニットは酵素の中心部分を構成し、各転写事象の間に組み立てられ、分解されます。

αサブユニットは、DNAと酵素の結合を可能にするものです。βサブユニットは、新生mRNA分子中のDNAテンプレートに従って重合される三リン酸リボヌクレオチドに結合し、β 'サブユニットは前記テンプレートDNA鎖に結合する。

σとして知られる5番目のサブユニットは、転写の開始に関与し、ポリメラーゼに特異性を与えるものです。

-プロセスは何ですか？

原核生物の転写は真核生物の転写と非常によく似ており（開始、伸長、終了にも分類されます）、プロモーター領域の同一性とRNAポリメラーゼに必要な転写因子の同一性にはいくつかの違いがありますそれらの機能を行使します。

プロモーター領域は異なる原核生物種間で異なる可能性がありますが、コード配列の上流の-10領域（TATAAT）と-35領域（TTGACA）で簡単に識別できる2つの保存された「コンセンサス」配列があります。

開始

DNAと酵素間の相互作用を仲介し、プロモーター配列を認識できるようにするため、RNAポリメラーゼのσサブユニットに依存します。開始は、放出される約10ヌクレオチドの流産のある転写産物が生成されると終了する。

伸長

σサブユニットが酵素から切り離されると、5'-3 '方向のmRNA分子の合成（1秒あたり約40ヌクレオチド）からなる伸長段階が始まります。

終了

原核生物の終了は、2つの異なるタイプの信号に依存し、Rho依存性とRho依存性がありません。

Rho依存性タンパク質は、RNA合成が進むにつれて、後者がグアニン（G）が豊富なシーケンスを達成し、減速してRhoタンパク質と接触するまで、ポリメラーゼに「追随する」このタンパク質によって制御されます。 DNAおよびmRNAから解離。

Rhoに依存しない終了は、遺伝子の特定のシーケンスによって制御され、通常はグアニン-シトシン（GC）リピートが豊富です。

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