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半保存的複製は、既知のすべての細胞におけるDNA 複製のメカニズムを説明する。DNA 複製は、 DNA テンプレート鎖に沿った複数の複製起点で発生する。DNA 二重らせんがヘリカーゼによってほどかれると、各テンプレート鎖上で反平行方向に別々に複製が発生する。このプロセスは、元の DNA 分子のコピーが 2 つ生成され、各コピーが元の DNA 分子の半分の情報を保存 (複製) するため、半保存的複製と呼ばれる。[ 1] [2]各コピーには、元の鎖 1 本と新しく合成された鎖 1 本が含まれる (両方のコピーは同一であるはずだが、完全には保証されていない)。DNA の構造 (1953 年にJames D. WatsonとFrancis Crickによって解読) は、二重らせんの各鎖が新しい鎖の合成のテンプレートとして機能することを示唆していた。新しく合成された鎖がテンプレート鎖と結合して 2 つの二重らせん DNA 分子を形成する仕組みはわかっていなかった。[3] [4]
発見
DNAがどのように複製されるかを調べるために、複数の実験が行われた。半保存的モデルはニコライ・コルツォフによって予見され、後にメセルソン・スタール実験によって支持された。[4] [5]この実験では、2つの同位体、窒素15（15
いいえ
) と窒素14 (14
いいえ
）。 いつ14
いいえ
重い15
いいえ
-15
いいえ
DNA、ハイブリッド15
いいえ
-14
いいえ
第一世代では見られました。第二世代以降、ハイブリッドは残りましたが、軽いDNA（14
いいえ
-14
いいえ
）も見られました。これはDNAが半保存的に複製されたことを示しています。このDNA複製モードでは、各娘鎖がテンプレート鎖と関連したままになります。[6]
DNA複製の性質
半保存的複製は、この転写機構がDNA複製のために最初に提案された3つのモデル[3] [4]のうちの1つであったことからその名前が付けられました。
- 半保存的複製では、元のDNA鎖の1本と新しいDNA鎖の1本を含む2つのコピーが生成されます。[3]半保存的複製はDNA修復に有益です。複製中、新しいDNA鎖はテンプレート鎖に加えられた変更に適応します。[7]
- 保守的な複製では、元のテンプレートDNAの2つの鎖が二重らせん状に残り、新しいDNA塩基対をすべて含む2つの新しい鎖で構成されたコピーが生成されます。[3]
- 分散複製では、DNAのコピーが2つ生成され、どちらも元の鎖と新しい鎖の両方から構成されるDNAの異なる領域を含みます。[3] DNA鎖は、新しいDNAテンプレートを追加するために、10番目の塩基対ごとに切断されると考えられていました。最終的には、多くの世代の複製の後、すべての新しいDNAが二重らせんを形成します。[8]
二本鎖DNAの分離と組み換え
半保存的複製が起こるためには、DNA二重らせんが分離され、新しいテンプレート鎖が相補的塩基対に結合できる必要がある。トポイソメラーゼは、二重らせんの解離と組み換えを助ける酵素である。具体的には、トポイソメラーゼは二重らせんが超らせん状になる、つまりきつく巻きすぎるのを防ぐ。このプロセスには、IA型トポイソメラーゼ、IB型トポイソメラーゼ、II型トポイソメラーゼの3つのトポイソメラーゼ酵素が関与している。[9] I型トポイソメラーゼは二重鎖DNAをほどき、II型トポイソメラーゼはDNAの相補的塩基対を結ぶ水素結合を切断する。 [8]
速度と精度
生細胞における半保存的DNA複製の速度は、ファージ感染大腸菌におけるT4ファージDNA鎖伸長速度として初めて測定された。[10] 37℃での指数関数的DNA増加期間中、鎖伸長速度は1秒あたり749ヌクレオチドであった。ファージT4 DNA合成中の複製1ラウンドあたりの塩基対あたりの変異率は2.4 × 10 −8。[11] このように、半保存的DNA複製は迅速かつ正確である。
アプリケーション
半保存的複製はDNAに多くの利点をもたらします。高速で正確であり、DNAの修復が容易です。また、いくつかの原核生物種における表現型の多様性の原因でもあります。 [12]テンプレート鎖から新しく合成された鎖を作成するプロセスにより、古い鎖は新しい鎖とは別の時間にメチル化されます。これにより、修復酵素が新しい鎖を校正し、突然変異やエラーを修正することができます。[7]
DNAは、新しく合成された鎖の特定の領域を活性化または不活性化する能力を持ち、細胞の表現型を変えることができます。これは、DNAがより好ましい表現型を活性化して生存を助けることができるため、細胞にとって有利です。自然選択により、より好ましい表現型が種全体にわたって存続します。これが遺伝、つまり特定の表現型が他の表現型よりも継承される理由という概念を生み出します。[7]
参照
- 核酸の分子構造：デオキシリボース核酸の構造
- DNA複製
参考文献
- ^ Ekundayo B、Bleichert F ( 2019年9月) 。「DNA複製の起源」。PLOS Genetics。15 ( 9):e1008320。doi : 10.1371 / journal.pgen.1008320。PMC 6742236。PMID 31513569。
- ^ Pray, Leslie A.「半保存的DNA複製：MeselsonとStahl」。Nature Education。1 (1):98。
- ^ abcde Griffiths AJ、Miller JH、Suzuki DT、Lewontin RC、Gelbart WM (1999)。「第8章: DNAの構造と複製」。遺伝子解析入門。サンフランシスコ: WH Freeman。ISBN 978-0-7167-3520-5。
- ^ abc Meselson M, Stahl FW (1958年7月). 「大腸菌におけるDNAの複製」.米国科学アカデミー紀要. 44 (7): 671–82. Bibcode :1958PNAS...44..671M. doi : 10.1073/pnas.44.7.671 . PMC 528642. PMID 16590258 .
- ^ Meselson M、Stahl FW (2007)。「DNA 複製の半保存的モードの実証」。Cairns J、Stent GS、Watson JD (編)。ファージと分子生物学の起源。Cold Spring Harbor: Cold Spring Harbor Laboratory Press。ISBN 978-0-87969-800-3。
- ^ Hanawalt PC (2004 年 12 月). 「密度が重要: DNA の半保存的複製」.米国科学アカデミー紀要. 101 (52): 17889–94. doi : 10.1073/pnas.0407539101 . PMC 539797. PMID 15608066 .
- ^ abc Norris V (2019年6月). 「DNA複製の半保存的性質は一貫した表現型の多様性を促進するか?」Journal of Bacteriology . 201 (12). doi :10.1128/jb.00119-19. PMC 6531617. PMID 30936370 .
- ^ ab Watson JD、Gann A、Baker TA、Levine M、Bell SP、Losick R (2014)。遺伝子の分子生物学（第7版）。ボストン。ISBN 978-0-321-76243-6. OCLC 824087979.
{{cite book}}: CS1 メンテナンス: 場所が見つかりません 発行者 (リンク) - ^ Brown TA (2002). 「ゲノム複製」.ゲノム(第 2 版). Wiley-Liss.
- ^ McCarthy D、Minner C、Bernstein H、Bernstein C (1976 年 10 月)。「野生型ファージ T4 と DNA 遅延アンバー変異体の DNA 伸長速度と成長点分布」。Journal of Molecular Biology。106 ( 4): 963–81。doi :10.1016/0022-2836(76)90346-6。PMID 789903 。
- ^ Drake JW、Charlesworth B、Charlesworth D 、 Crow JF (1998年4月)。「自然突然変異の率」。遺伝学。148 ( 4 ): 1667–86。doi : 10.1093 / genetics /148.4.1667。PMC 1460098。PMID 9560386。
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