どーもShinShaです。
大人の科学シリーズ第3回目の記事です。
今回はRNA（リボ核酸）がテーマです。
RNAはDNAの使い走り。
DNA情報からRNAを通じてタンパク質が合成されるのです。
セントラルドグマの仕組みを知ると大きな感動があります。
ちなみにコロナウィルスはRNAウイルスです。
もはやこの辺の生物学は必須の知識となりましたね。
がんばって一緒に勉強をしましょう。
RNAとDNA
DNAの復習
前回は生物の設計図、DNAについて勉強しました。
今回はRNAに関する勉強をします。
最初に前回書いたDNAについて復習をします。
DNAはA(アデニン)、T(チミン)、G(グアニン)、C (シトシン)という4種のヌクレオチドの塩基が並んでできていました。
この4つの塩基の配列によって、生物の設計DNAの情報が書かれています。
DNAは２重らせん構造となっており、細胞分裂のたびにコピーされて、すべての細胞の中に配られます。
"File:Difference DNA RNA-EN.png" by Guku235 is licensed under CC BY-SA 4.0
RNAとは
ここからRNAについての勉強です。
上の図はDNA（左）とRNA（右）を比較したものです。
文字が英語になっていますが、著作権の関係で、お許しください。
DNAのらせんがほどかれ、情報を読み取られて最初に作られる物質がRNA（リボ核酸）です。
このため、RNAはDNAの2本の鎖のうちの1本とほとんど同じ塩基配列を持っています。
RNAは、塩基がA（アデニン）、G（グアニン）、C（シトシン）、チミンの代わりにU（ウラシル）という別の塩基が使われ、4種類の塩基でできています。
ウラシルとチミンはよく似た塩基なのです。
RNAはシングルのらせん構造で、DNAと塩基が一つことなっています。
また、DNAより不安定な構造となっています。
これについては次の節に説明をします。
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セントラルドグマ
なぜDNAとRNAがあるのか
それではなぜ、DNAに似たRNAという物質が必要になるのでしょうか？
生物の中に、２種類も遺伝情報をもつ物質があるのはなぜでしょう？
参考文献から引用します。
私たちのＤＮＡの大部分は、細胞の核の中にある。
一方、タンパク質を作るリボソームという構造は、核の外にある。
そのためＲＮＡが情報の運び屋をしているのだ。
核の中でＤＮＡの塩基配列を転写したＲＮＡは、核の外に出てきて、リボソームでタンパク質を合成するのである。
引用：更科 功. 「若い読者に贈る美しい生物学講義感動する生命のはなし」
タンパク質合成を行うための情報を、細胞核の外まで運ぶためにRNAはあるのです。
つづいて福岡伸一さんのweb記事を引用します。
DNAはデオキシリボ核酸、RNAはリボ核酸で、どちらも非常に似通った化学構造なのだが、ほんのひとつ、 デオキシ構造(水酸基-OHがない)の差異だけで、物質としての安定性が格段に違ってくる。DNAは化学的に安定的で、RNAは化学的に不安定な(分解を受けやすい)物質なのだ。
実はこれにはわけがある。
DNAは情報担体として安定的である必要があるが、RNAは情報の運び屋なので、 細胞にとってむしろ不安定なほうが都合がよいのである。
不安定なものは壊しやすい。細胞は環境の変化にすばやく適応するため、個々のタンパク質は必要なときには増産し、不要なときには減産する、という臨機応変態勢にある。
引用：mRNAからcDNAへ | sotokoto online https://sotokoto-online.jp/1853
ＤＮＡは遺伝情報を長期間保存するために安定性の高い構造できている。
また、RNA情報伝達が終われば壊れてもいい構造になっている。
大事な遺伝情報をもつDNAは外で仕事などさせられない。
だから使い走りのRNAを作った。
何とよくできた仕組みなのだろうか。
セントラルドグマ
下の図のように遺伝情報はDNAからRNA、RNAからタンパク質へと1方向に伝えられます。
これをセントラルドグマとよびます。
"File:Central Dogma of Molecular Biochemistry with Enzymes.jpg" by Dhorspool (talk) Daniel Horspool is licensed under CC BY-SA 3.0
著作権フリーの画像が日本にはないので申し訳ないです。
「ポリメラーゼ（Polymerase）」は、DNAやRNAを合成する酵素です。
また、「protein」はタンパク質、「replication」は複製です。
そういえば複製品をレプリカとよびますね。 ]]
生物ではDNAからRNAを経て、タンパク質へと情報が翻訳されるのです。
この流れは 一方通行なんですね。
(逆転写が見つかるまではそう考えられていました)
タンパク質の合成
今回の記事の最後です。
あと少しです。
セントラルドグマによって、タンパク質はどのように合成されるか調べてみました。
DNAにはA、D、G、Cで書き込まれた情報が入っています。
じつはDNAの文字列は、「どのアミノ酸を使ってタンパク質を作りなさい」という情報なのです。
生物がタンパク質の合成に使うのは、およそ20種類のアミノ酸です。
アミノ酸をいくつ、どのように並べるかで、できるタンパク質が変わります。
その情報がRNAにコピーされ、リボゾーム に伝えられます。
生物はRNAの4種の文字A、U、G、Cを3文字組み合わせて、アミノ酸を指定してします。
AAA、AAU、AAD、AAG・・・などの組み合わせは ４ x ４ x 4 = 64とおり あります。
RNAの文字列が変わると、タンパク質を作るために、つながるアミノ酸の種類が変わるのです。
この文字列をコドンといいます。
下の図はリボゾーム（rebosome）で、RNAの情報からアミノ酸が選択され、ペプチド結合でタンパク質が合成されるしくみを描いた図です。
下にコドンの表を掲載しました。
複数の文字列が同じアミノ酸をしていている部分もあります。
また、開始、終止などの命令情報も含まれています。
まるで、コンピュータ言語のようですね。
これがDNAに書かれた遺伝情報なのです。
4種の塩基で書かれた情報から、タンパク質（生物）が作られる！
ものすごく感動的ですね。
生物の進化だけで、こんな論理的な仕組みにたどりつけるでしょうか？
そして、もう一つ感動するのは、このコドン表はすべての生物で共通なんですね。
ヒトと植物、大腸菌などは、姿形は違うし生き方や生きる環境も大きく異なっています。
しかしタンパク質を作るための塩基配列とアミノ酸配列のルール（これが正に遺伝暗号）は、共通なのです。
このコードは、しばしば基準遺伝コード（canonical genetic code）、標準遺伝コード（standard genetic code）と呼ばれます。
参考図書
今回の記事は 下記の本、webの情報を参考にして書きました。
2冊とも分かりやすくて素晴らしい本です。
記事に興味をもたれた方はぜひ読んでみてください。
- 作者:福岡 伸一
- 発売日: 2007/05/18
- メディア: 新書
更科 功. 「若い読者に贈る美しい生物学講義感動する生命のはなし」
あとがき
今回はRNAの基礎に関するサイエンス記事でした。
記事は高校の生物学レベルです。
頑張って思い出して頂ければ幸いです。
ちなみに僕は歳なので、高校で習っていません。
昨年、新型コロナウィルスの流行がきっかけで、本を読んでこの仕組みを知ったときは本当に感動しました。
すべての生物が同じコードで書かれているなんて、なんて美しいのだろう。
ああ、すばらしい！
いかん、きっと理解してくれる人は少ない💦
今日も最後までブログを読んでいただき、ありがとうございました。
今後ともよろしくお願いします。
ShinSha
ブログ村、ライフスタイル部門にエントリーしました。
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