【22】原核生物のDNA複製

2020年6月26日 2022年1月16日

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真核生物の直鎖状DNAが複製されるときには、“末端”があるために困った“問題”がおこる。

DNAポリメラーゼは、“すでにある”ヌクレオチド鎖（プライマー）の３‘末端にしか、新たなヌクレオチドを付加できない。そのため、ラギング鎖の5’末端ではプライマー（RNA）と入れ替わるヌクレオチド鎖（DNA）を合成できない。すると、真核生物の直鎖状DNAは、複製のたび（細胞分裂のたび）、プライマー1つ分ずつ短くなっていくことになる。DNAが徐々に短くなり、やがて重要な遺伝子の塩基配列まで失われてしまうと…。

一方、原核生物の環状DNAには“末端”が無い。真核生物のように“テロメア”を付け加えたり、相同染色体を対でもつ必要も無い？　ほとんどの原核生物は、ゲノムを1セットしか持たない。

原核生物では、いつも決まった1ヵ所の複製起点からDNA複製が始まる。原核生物のDNAは、真核生物のように“ヒストン”に巻き取られていないこともあり、真核生物（毎秒80塩基対ほど）の10倍ほど速くDNA複製が進む。

さらに、原核生物のゲノムサイズは小さいため、複数の複製開始点をもつ真核生物よりも、DNA複製の期間も短い。ヒト（真核生物）のS期（DNA合成期）は約8時間もかかるのに、大腸菌（原核生物）のS期は40分ほどしかかからない。

【補足】

テロメア（真核生物の直鎖状DNAには、末端部に特徴的な繰り返し配列がある。DNA複製のたびにテロメアは短くなっていく。）
環状DNA（原核生物のDNAには“末端”がない。）
プラスミド（染色体DNAとは別に、細胞内に存在する短い環状DNA。原核生物や、酵母菌などがもつ。）
複製開始点（DNAの塩基配列の中で、複製が開始される部分。）
DNAヘリカーゼ（DNAの二重螺旋を“ほどく”酵素。）
DNAポリメラーゼ（ヌクレオチド鎖の“3‘末端”に、新たなヌクレオチドを付加する“DNA合成酵素”。プライマーを“５‘末端”側から分解する“ RNA分解酵素”でもある。）
DNAリガーゼ（DNAのヌクレオチド鎖の3’末端と5‘末端を連結する酵素。）
プライマー（DNAポリメラーゼは、“すでにある”ヌクレオチド鎖しか伸長できない。先に短い RNAが鋳型ヌクレオチドに結合し、DNAポリメラーゼが結合するためのプライマー“釣針”となる。）
デオキシリボヌクレオチド3リン酸（ヌクレオチド鎖の材料となる。A（アデニン）、T（チミン）、G（グアニン）、C（シトシン）をそれぞれ構成要素とするdATP、dTTP、dGTP、dCTPの四種類がある。いずれも2個のリン酸が外れてヌクレオチド鎖の3’末端に結合する。）
複製フォーク（DNA複製の際、二重螺旋がほどけて“二又のフォーク”の様な姿となる。）
リーディング鎖（DNA複製の際、“複製フォーク”の根元に“3‘末端”を向けて伸長していく“新たなヌクレオチド鎖”。）
ラギング鎖（DNA複製の際、“複製フォーク”の先端に“3‘末端”を向けて伸長していく“新たなヌクレオチド鎖”。）
岡崎フラグメント（ラグング鎖が伸長する際に、断続的に作られる短いヌクレオチド鎖。DNAリガーゼによって連結され、長いヌクレオチド鎖になる。）

【参考資料】