DNAの構造

ヌクレオチド

「ヌクレオチド」という用語を答えさせる問題は多い。

この言葉の響きが持つ専門性に拒否反応を起こす高校生も多いが、なんてことはない。

「リン酸と糖と塩基が結合したもの」に固有名詞として「ヌクレオチド」とつけただけだ。

「小麦粉を練って成形し、酵母の力を借りて膨らませて焼いたもの」を「パン」と名付けるのと同じ。

もしこの固有名詞がないと、「リン酸と糖と塩基が結合したもの」という長ったらしい名称をいちいち使わないといけなくなる。

Aがアデニン、Tがチミン、Gがグアニン、Cがシトシンという名称だということは必ず覚えること。

またここで使われる糖が「デオキシリボース」であることから、DNAは「デオキシリボ核酸」という名称になる。

構成単位という言葉もなかなかイメージしづらいが、要は「構成する部品」である。

DNAはヌクレオチドという部品で出来ている。では、実際にヌクレオチドからDNAを組み立ててみよう。

DNAの構造

ヌクレオチドの塩基にはA、T、G、Cの４種類がある。そのため、ヌクレオチドも４種類存在する。

これはカレーのルーが４種類あれば、その結果出来るカレーも４種類になるのと同じ。（あれ、ルーって混ぜるものなのか？今回はルーを混ぜずに・・）

この４種類を縦に並べ、糖とリン酸を繋いでいく。

このようにして、DNAは鎖のように繋がっていく。

なお、通常はここでDNAの「二重らせん」に触れていくことになるが、当サイトの新たな試みの１つとして、「二重らせん」はここでは登場させない。

（「シャルガフの規則」を「二重らせん」としっかりとリンクさせようと考えている。「シャルガフの規則」を議論するために、歴史的には前後するが、先に「トリプレット」の概念をDNAの構造から導きたいと思う。）

遺伝情報

４文字

いま確認したように、DNAはヌクレオチドで構成され、ヌクレオチドは４種類存在している。

グリフィス、エイブリー、ハーシー、チェイスによって、

遺伝子の本体はDNAだということが明らかになった。

すなわち、DNAは遺伝情報を担う。そう、たった４文字で。A、T、G、Cの４文字で。

遺伝子の本体論争の相手であった「タンパク質」は２０種類のアミノ酸で構成される。

つまり、タンパク質は２０文字扱える。

４文字と２０文字。遺伝子の本体を、タンパク質だと考えたのも無理はない。

しかし、遺伝子の本体はDNAだ。で、あるならば、遺伝情報は４文字で記されている。

この秘密を探るために、まずは「遺伝情報とはそもそも何なのか？」を探ることとなる。

ビードルとテータムの実験

本来は生物基礎の範囲ではないが、センター試験生物基礎にこれを下地とした出題がある。

野生株（通常）のアカパンカビにX線を放射し、遺伝子を破壊する。

遺伝子を破壊されたアカパンカビは突然変異株となる。

野生株のアカパンカビは最小培地で生育することが出来るが、突然変異株は生育できず、その生育にはアルギニンを必要とした。この変異株をアルギニン要求性突然変異株という。

実験結果として示した表には３つのタイプの突然変異株を用意した。

それぞれが「反応経路A～Cのどこに異常があるか」わかるだろうか？

突然変異Ⅰ型は、最小培地では生育できないが、オルニチンがあれば生育できる。

つまり、オルニチン→シトルリン→アルギニンの経路が生きている。

ここから異常は反応経路Aであることがわかる。

同様に、Ⅱ型はシトルリンがあれば生育できる。

ここからシトルリン→アルギニンの経路が生きていることがわかる。

しかし、オルニチンがあっても生育できないことから、

オルニチン→シトルリンの経路に異常がある。つまりBである。

Ⅲ型はシトルリン→アルギニンの経路が生きていないことがわかる。よって異常はCにある。

なお、突然変異が同時に２か所以上起こることは稀であるという前提があるため、

異常な経路は各１つずつで考える。

この実験から、遺伝子を破壊すると反応経路に異常が起こることがわかる。

各反応経路には、その反応を触媒する酵素が存在する。

反応に異常が起こるということは酵素に異常が起こっている。

したがって、遺伝子を破壊すると酵素が破壊されるといえる。

ここから、遺伝子は酵素の設計図となっていると考えられ、

これを「一遺伝子一酵素説（いちいでんしいちこうそせつ）」と呼ぶ。

これ自体は間違いではないが、酵素の主成分はタンパク質であり、

実際は「遺伝子はタンパク質の設計図となっている」ということがいえる。

そう、遺伝子はタンパク質の設計図であり、遺伝情報とはタンパク質の在り方を示している。

では、話を戻そう。

DNAが有するたった４文字で、タンパク質を設計できるのかどうか？

２０種のアミノ酸で出来ているタンパク質を設計するためには、

４文字で２０種類の部品を指定する必要がある。

それは可能なのか？これが次回の主題である。

今回はここまで。勉強頑張ってくださいね。いつでも応援しています。