転写と翻訳 ~転写編~

転写と翻訳とは？

転写と翻訳は、DNAからタンパク質が作られる仕組みです。

転写と翻訳の過程を経て、タンパク質が発現する（＝機能をもつ）過程をセントラルドグマと呼びます。

これは生体にとって極めて重要な働きです。
そもそもタンパク質は、生体にとって非常に重要な物質です。
詳しくはこちらにまとめてありますが、タンパク質には、酵素、受容体、ホルモンなど様々な姿があり、どれも重要です。
タンパク質の働きの一覧はこちら！

そんなタンパク質が作られていく過程をみていきます。

これを理解するには、DNAの構造について理解していることが必要ですので、自信はない方はこちらから！

またDNAの複製についてもまとめてありますので、こちらからぜひ確認してみてください！

転写とは？

転写の概要

転写はDNAの情報を使って、mRNAと呼ばれるRNA鎖を合成する働きです。

DNAもRNAも核酸ですから、同じレベルで情報を伝達することになります。
そのためこの過程は、核酸から核酸へただのコピーを意味する「転写」と呼ばれています。

そもそもDNAは核の中にありますが、タンパク質を合成するのは細胞小器官である粗面小胞体に付着しているリボソームです。

よってDNAの情報は核の外に持ち出される必要がありますが、DNAは核の外に出られません。したがってmRNAに情報を「転写」し、mRNAがリボソームに情報を届けるのです。

mRNAはメッセンジャーRNAという意味ですから、情報を届ける伝書バトの役割を果たすということが分かります。

転写の過程

転写はRNAポリメラーゼという酵素がDNAの二本鎖をほどき、そこに相補的な塩基が結合していくことでｍRNAができていきます。

1. 転写の開始
   転写は、DNA上の特定の領域で開始されます。この領域はプロモーターと呼ばれ、RNAポリメラーゼが結合する場所です。プロモーターは、TATA（チミンとアデニンの繰り返し）という特定の塩基配列パターンであるTATAボックスを含み、転写の開始位置を指定します。
2. 転写の開始複合体の形成
   RNAポリメラーゼがプロモーター領域に結合することで、転写開始複合体が形成されます。この複合体には、RNAポリメラーゼの他にも転写因子と呼ばれる複数の他のタンパク質も含まれます。
3. RNA鎖の合成
   RNAポリメラーゼは、DNA鎖の二重らせんをほどいて新しいRNA鎖を合成します。
   RNAポリメラーゼはDNA鎖のヌクレオチドの塩基と相補的なヌクレオチドを選択して結合させます。DNAのチミン（T）はRNAでウラシル（U）に置き換えられます。
   RNAのヌクレオチド同士は結合し、mRNAとなります。
4. 転写終結
   RNAポリメラーゼは、転写終結領域に到達すると、転写を終了します。転写終結領域は、特定の配列パターンを持ち、RNA合成鎖とDNA鎖の結合を解くためのシグナルを出します。これにより、転写されたRNA鎖が分離されます。
5. プロセシングとスプライシング
   転写されたRNA鎖は、プロセシングとスプライシングという修飾を経て成熟します。プロセシングとスプライシングという２種類の修飾を受けることで、成熟したRNAが形成され、機能的な分子となります。
   この過程はのちに詳しく解説します。

RNAポリメラーゼがDNAを伸ばす過程で、エルンスト・マイヤーのループと呼ばれる構造が形成されます。これは、RNA合成鎖が一部のDNA鎖から解離して再結合する現象です。このループ構造は、転写速度を制御する役割を果たします。

このようにしてDNA鎖はmRNAに情報を転写されます。つまり情報をコピーするということは、塩基配列をコピーするということです。

次はプロセシングとスプライシングについて、またこの塩基配列がどのように情報として機能するのかを見ていきます。

プロセシングとスプライシング

mRNAは合成された後、プロセシングとスプライシングという修飾を経て成熟します。プロセシングとスプライシングという２種類の修飾を受けることで、初めて機能をもつことになります。
したがって教科書などには、修飾を受けていないmRNAをmRNA前駆体と表現されていることもあります。

プロセシング

プロセシングとは、5´キャップとポリAテールという構造を付加する過程です。

まずグアニンのヌクレオチドである5´キャップが、mRNAの5´末端に結合します。
DNAの複製と同様、mRNAは5´→3´という方向に合成されますから、5´に結合する5´キャップは先頭に結合することになります。帽子をかぶるようなイメージです。

次に50～250個のアデニンのヌクレオチドからなるポリAテールが、mRNAの3´末端に結合します。これもmRNAは5´→3´という方向に合成されますから、3´に結合するポリAテールは終末に結合することになります。そのためポリA「テール」という名前なのですね。
（ポリAは、アデニンがたくさん集まっているという意味です。）

５´キャップとポリAテールには、

• mRNAの両端を保護し、加水分解などからｍRNAを守る
• 核からｍRNAが搬出されるのを促進する

などの役割があります。

スプライシング

スプライシングとは、mRNAのうち不要な部分を切り出して、必要な部分のみにする作業です。

転写によって作られたmRNA（前駆体）の塩基配列には、翻訳領域であるエキソンと、非翻訳領域であるイントロンがあります。

翻訳領域（エキソン）は転写の後に翻訳される領域、つまり必要な部分を意味しています。
そして非翻訳領域（イントロン）は転写の後に翻訳されない領域、つまり不要な部分を意味しています。

非翻訳領域であるイントロンは、スプライソームというタンパク質などの複合体によって除去されます。

このスプライシングという過程によって、エキソンのみがmRNAとして残ります。

選択的スプライシング

スプライシングには、選択的スプライシングという機構があります。

どの塩基配列がエキソンとされるのかはあらかじめ決まるものではなく、変えることができるというものです。
これによって一つのｍRNAでもどの領域をエキソンとして扱うかによって、複数の種類の翻訳ができるというシステムです。

これによって、より多くの種類のタンパク質を合成することができるようになっています。

このプロセシングとスプライシングの修飾を受けて、成熟し、核を出て翻訳という次の段階に移ります。

まとめ