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生物学
第６回 転写と翻訳
和田 勝
1
DNAからタンパク質へ
セントラルドグマ
DNAは核から外
に出ないので、
DNAとタンパク合
成の間を取り持つ
のがメッセンジャ
ーRNA（mRNA）
です。
2
サイトゾール
DNA
リボソーム
核
mRNA
細胞膜
粗面小胞体
ゴルジ装置
3
原料のアミノ酸
DNAからタンパク質へ
１）DNAからmRNAへ
この過程は、図書室で必要な本（染
色体）を広げ、必要な箇所（遺伝子）
の塩基配列をmRNAへ書き写す（コ
ピーする）過程です。
この過程を転写（transcription）と呼
びます。
4
DNAからタンパク質へ
２）mRNAからタンパク質へ
この過程は、コピーしたテープ（
mRNA）を、プレーヤー（リボソーム）
にかける過程です。もとの塩基配列
に従ったタンパク質が生まれます。
この過程を翻訳（translation）と呼び
ます。
5
ここでDNAとRNAの違い
DNA
１）糖はデオキシ
リボース
RNA
１）糖はリボース
２）塩基はATCG
３）二本鎖
２）塩基はAUCG
３）一本鎖
細胞は３種類のRNAを使っています。１つ目は
すでに出てきたmRNA、２つ目はリボソームの建
築材料であるrRNA、３つ目がアミノ酸の運び屋
6
tRNA
転写の過程
それでは、転写の過程をお話しまし
ょう。
我々は、情報を書き写すためはコピ
ー機を使ったり、鉛筆で筆写したりし
ますが、核の中では、酵素タンパク
質がこの役目を果たします。
酵素の名前は、RNAポリメラーゼで
す。
7
ここでもう一度DNAの構造
DNAは、デオキシリボースという
糖（Sugar）とリン酸（Phosphate）の
骨格から、塩基（Base）が突き出た
構造でしたね。それが2本、向かい
あっています。
8
DNA分子を簡単に書くと
5’ PSPSPSPSPSPSPSPSPSPSPSPSPSPS 3’
A T C G A T C G A T C G A T
T A G C T A G C T A G C T A
3’ SPSPSPSPSPSPSPSPSPSPSPSPSPSP 5’
この間が水素結合
（この図では省略し
てある）
9
DNAの構造
ヌクレオシドを思い出してください。
＋
＝
5’
このようにデオキシ
リボースのC原子に
1’から5’までの番
号が割り当てられ
ます。
10
4’
3’
1’
2’
デオキシアデノシン
（ヌクレオシドの一
つ）
DNAの構造
3’と5’にOHが
あることに注目
してください。こ
の3’の水酸基
と次のヌクレオ
シドの5’の水酸
基をリン酸がつ
なぎます。
5’
4’
3’
1’
2’
11
DNAの構造
リン酸と
デオキシ
リボース
の水酸基
の間のエ
ステル結
合（脱水
縮合）
5’
4’
3’
1’
2’
5’
12
DNAの構造
ホスホジ
エステル
結合と呼
ぶ。
13
ポリメラーゼは
5’ PSPSPSPSPSPSPSPSPSPSPSPSPSPS 3’
A T C G A T C G A T C G A T
ポリメラーゼは空いている3’に次
のデオキシリボースの5’のOHを
つないでいく反応しか触媒できな
いのです。また合成するためには
参照する鋳型が必要です。したが
って、鋳型は3’→ 5’になります。
14
転写の過程
(5') ATGGAATTCTCGCTC(3')（コード鎖、sense strand）
(3') TACCTTAAGAGCGAG(5')（鋳型鎖、antisense strand）
(5‘) AUGGAAUUCUCGCUC(3’)（転写された一本鎖RNA）
RNAの鎖の伸長は必ず５’→３’の方
向（酵素の性質による）
15
RNAポリメラーゼ
転写は酵素であるRNAポリメラーゼ
によって触媒
16
RNAポリメラーゼ
RNAポリメラーゼは、DNAの二重ラ
センをほどきながら、二本鎖のうち鋳
型となる鎖の塩基の配列を読んで、こ
れと相補的な塩基をもったヌクレオチ
ドを取り込み結合していきます。
RNAの鎖の伸長は必ず５’→３’の方
向
17
転写（頭だし）の過程
DNAの塩基配列にはアミノ酸配列を
コードしている領域と、転写の調節に
関与する領域があります。
開始コドン（ATG）のすぐ上流には、プ
ロモーターという領域があります。
真核生物では、プロモーター領域に
TATAAAという配列が共通して存在し
ます（開始コドン上流30塩基を中心）。
18
転写（頭だし）の過程
この領域をTATA boxとか
ホグネス配列とか呼ぶ。
TATA boxに転写因子（タ
ンパク質）が結合。
これを目印にRNAポリメ
ラーゼ（やその他の転写
因子）が結合。
19
転写の方向
プロモーターはRNAポリメラーゼの着
地点であるとともに、この酵素がDNA
上を滑っていく方向も規定します。
したがって、二本鎖のうちのどちらが
鋳型鎖になるかは、プロモーターの配
置によって決まることになります。
20
転写の過程
転写の過程を示す動画を見てみましょ
う。
21
翻訳の過程
それでは、翻訳の過程をお話しまし
ょう。
すでにお話したように、翻訳とは
mRNAをリボソームという塩基語→
アミノ酸語変換機にかけて、タンパク
質をつくる過程です。
材料であるアミノ酸はどのように調
達するのでしょうか。
22
材料の調達
アミノ酸をリボソームに運ぶ、運び屋
が必要です。
それがRNAの一つであるtRNA（
transfer RNA、転移RNAとか運搬
RNA）です。
23
tRNAの構造
tRNAが塩基語とアミノ酸語のアダプタ
ーとして機能するためには、コドン認
識部位とアミノ酸連結部位が必要。
クローバ型モデル
24
tRNAの構造
特定のアミノ酸を３’に結合
一本鎖内に水素結合
アミノ酸に対応したアンチコドン
25
tRNAの構造
実際の形は、下の図のようなL字型
をしていて、右端にアミノ酸を結合、
下端にアンチコドンがあります。
26
tRNAの構造
3‘末端は
CCAで、A
にアミノ
酸が結合
アンチコド
ン部は規
則的な3
段構造。
27
tRNAにアミノ酸を付加
28
アミノアシ
ルｔRNA
合成酵素
が、特定
のアミノ
酸を対応
するｔRNA
に付加し
て、サイト
ゾール中
に用意し
ておく
リボソームの構造
29
翻訳の場であるリボソーム
リボソームはRNAの一つである
rRNA（ribosomal RNA、リボソーム
RNA)とタンパク質の複合体です。
細胞のなかで働いている、マイクロ
マシーンの一つといえるでしょう。
30
リボソームの構造
31
リボソーム形成には、、、
１）核小体
で転写さ
れた
ｒRNA
２）サイト
ゾールで
合成され
たタンパ
ク質が核
へ
３）タンパ
ク質とｒ
RNAが一
緒になっ
て
32
リボソームの模式図
33
翻訳の過程
翻訳の過程を示す動画を見てみましょ
う。
34
翻訳の開始
mRNA ＋ リボソーム小顆粒
メチオニンtRNA
（P部位に座る）
リボソーム大顆粒
隣席のA部位に対応するアミノアシル
ｔRNAが座り、翻訳開始
35
翻訳の開始
36
ペプチド鎖の伸長
37
翻訳の終了
38
翻訳の終了
mRNA・リボソーム複合体
リボソーム大顆粒
リボソーム小顆粒
大小顆粒はリサイクルされる
完成したタンパク質
39
サイトゾール
DNA
リボソーム
核
mRNA
細胞膜
粗面小胞体
ゴルジ装置
40
原料のアミノ酸
二つの合成経路
41
サイトゾールでは
リボソーム
がmRNAで
つながって
いる。左の
方のリボ
ソームから
はペプチド
鎖が延びて
いるのが見
える。
42
粗面小胞体では
バーは
50μm
43
分泌性タンパク質の合成
先頭にシグナルペプチドが付加している。
膜タンパク質の場合も同じ。
44
細胞内のソーティング
リボソーム →サイトゾール
→粗面小胞体 →顆粒
→細胞膜
核
ミトコンドリア
葉緑体
ペルオキシゾーム
次のスライドに模式図
45
46
細胞内のソーティング
リボソーム →サイトゾール
→粗面小胞体 →顆粒
→細胞膜
核
ミトコンドリア
葉緑体
ペルオキシゾーム
次のスライドに模式図
47
分泌タンパク質の一次構造
翻訳直後の、卵白リゾチームの一次
構造は次のとおり
1
16
31
46
61
76
91
106
121
136
1
Met
Ala
Lys
Trp
Thr
Ile
Arg
Ile
Asn
Thr
2
Arg
Leu
Arg
Val
Asn
Asn
Asn
Thr
Gly
Asp
3
Ser
Gly
His
Cys
Arg
Ser
Leu
Ala
Met
Val
4
Leu
Lys
Gly
Ala
Asn
Arg
Cys
Ser
Asn
Gln
5
Leu
Val
Leu
Ala
Thr
Trp
Asn
Val
Ala
Ala
6
Ile
Phe
Asp
Lys
Asp
Trp
Ile
Asn
Trp
Trp
7
Leu
Gly
Asn
Phe
Gly
Cys
Pro
Cys
Val
Ile
8
9 10 11 12 13 14 15
Val Leu Cys Phe Leu Pro Leu Ala 15
Arg Cys Glu Leu Ala Ala Ala Met 30
Tyr Arg Gly Tyr Ser Leu Gly Asn 45
Glu Ser Asn Phe Asn Thr Gln Ala 60
Ser Thr Asp Tyr Gly Ile Leu Gln 75
Asn Asp Gly Arg Thr Pro Gly Ser 90
Cys Ser Ala Leu Leu Ser Ser Asp 105
Ala Lys Lys Ile Val Ser Asp Gly 120
Ala Trp Arg Asn Arg Cys Lys Gly 135
Arg Gly Cys Arg Leu
マゼンダ色がシグナルペプチド
48
卵白リゾチーム
1
16
31
46
61
76
91
106
121
1
Lys
Gly
Ala
Asn
Arg
Cys
Ser
Asn
Gln
2
Val
Leu
Ala
Thr
Trp
Asn
Val
Ala
Ala
3
Phe
Asp
Lys
Asp
Trp
Ile
Asn
Trp
Trp
4
Gly
Asn
Phe
Gly
Cys
Pro
Cys
Val
Ile
5
Arg
Tyr
Glu
Ser
Asn
Cys
Ala
Ala
Arg
6
Cys
Arg
Ser
Thr
Asp
Ser
Lys
Trp
Gly
7
Glu
Gly
Asn
Asp
Gly
Ala
Lys
Arg
Cys
8
Leu
Tyr
Phe
Tyr
Arg
Leu
Ile
Asn
Arg
9
Ala
Ser
Asn
Gly
Thr
Leu
Val
Arg
Leu
10 11 12
Ala Ala Met
Leu Gly Asn
Thr Gln Ala
Ile Leu Gln
Pro Gly Ser
Ser Ser Asp
Ser Asp Gly
Cys Lys Gly
13
Lys
Trp
Thr
Ile
Arg
Ile
Asn
Thr
14 15
Arg His 15
Val Cys 30
Asn Arg 45
Asn Ser 60
Asn Leu 75
Thr Ala 90
Gly Met 105
Asp Val 120
リゾチーム（lysozyme）は、細菌の細胞
壁を構成するN-アセチルムラミン酸と
N-アセチルグルコサミン間の結合を切
断する。
49
リゾチームの比較
eggwhite
human
1
11
21
31
41
MRSLLILVLC FLPLAALGKV FGRCELAAAM KRHGLDNYRG YSLGNWVCAA
MKALIVLGLV LLSVTVQGKV FERCELARTL KRLGMDGYRG ISLANWMCLA
eggwhite
Human
51
61
71
81
91
KFESNFNTQA TNRN-TDGST DYGILQINSR WWCNDGRTPG SRNLCNIPCS
KWESGYNTRA TNYNAGDRST DYGIFQINSR YWCNDGKTPG AVNACHLSCS
eggwhite
human
101
111
121
131
141
ALLSSDITAS VNCAKKIVSD GNGMNAWVAW RNRCKGTDVQ AWIRGCRL
ALLQDNIADA VACAKRVVRD PQGIRAWVAW RNRCQNRDVR QYVQGCGV
□部分はシグナル、赤字のアミノ酸が異なる
活性部位：E:グルタミン酸、D:アスパラギン酸
SS結合：24-145(146), 48-133(134), 82(83)-98(99),
94(95)-112(113)
50
ヒトリゾチーム
1
1 Lys
16 Gly
31 Leu
46 Asn
61 Ser
76 Ala
91 Asp
106 Ile
121 Val
2
Val
Met
Ala
Ala
Arg
Cys
Ala
Arg
Arg
3
Phe
Asp
Lys
Gly
Tyr
His
Val
Ala
Gln
4
Glu
Gly
Trp
Asp
Trp
Leu
Ala
Trp
Tyr
5
Arg
Tyr
Glu
Arg
Cys
Ser
Cys
Val
Val
6
Cys
Arg
Ser
Ser
Asn
Cys
Ala
Ala
Gln
7
Glu
Gly
Gly
Thr
Asp
Ser
Lys
Trp
Gly
8
Leu
Ile
Tyr
Asp
Gly
Ala
Arg
Arg
Cys
9
Ala
Ser
Asn
Tyr
Lys
Leu
Val
Asn
Gly
10 11 12
Arg Thr Leu
Leu Ala Asn
Thr Arg Ala
Gly Ile Phe
Thr Pro Gly
Leu Gln Asp
Val Arg Asp
Arg Cys Gln
Val
13
Lys
Trp
Thr
Gln
Ala
Asn
Pro
Asn
14 15
Arg Leu 15
Met Cys 30
Asn Tyr 45
Ile Asn 60
Val Asn 75
Ile Ala 90
Gln Gly 105
Arg Asp 120
ヒトでは、涙のなかに含まれていて殺
菌に寄与する。他に免疫にも関与する
51
ヒトリゾチーム
黄色い棒
がSS結合
52
ヒトリゾチーム
活性部位：
E:グルタミ
ン酸とD:ア
スパラギン
酸が向かい
合う位置関
係になりま
す。鋏の上
の刃と下の
刃になるの
です。
53
ヒトリゾチーム
1
1 Lys
16 Gly
31 Leu
46 Asn
61 Ser
76 Ala
91 Asp
106 Ile
121 Val
2
Val
Met
Ala
Ala
Arg
Cys
Ala
Arg
Arg
3
Phe
Asp
Lys
Gly
Tyr
His
Val
Ala
Gln
4
Glu
Gly
Trp
Asp
Trp
Leu
Ala
Trp
Tyr
5
Arg
Tyr
Glu
Arg
Cys
Ser
Cys
Val
Val
6
Cys
Arg
Ser
Ser
Asn
Cys
Ala
Ala
Gln
7
Glu
Gly
Gly
Thr
Asp
Ser
Lys
Trp
Gly
8
Leu
Ile
Tyr
Asp
Gly
Ala
Arg
Arg
Cys
9
Ala
Ser
Asn
Tyr
Lys
Leu
Val
Asn
Gly
10 11 12
Arg Thr Leu
Leu Ala Asn
Thr Arg Ala
Gly Ile Phe
Thr Pro Gly
Leu Gln Asp
Val Arg Asp
Arg Cys Gln
Val
13
Lys
Trp
Thr
Gln
Ala
Asn
Pro
Asn
14 15
Arg Leu
Met Cys
Asn Tyr
Ile Asn
Val Asn
Ile Ala
Gln Gly
Arg Asp
15
30
45
60
75
90
105
120
SS結合が4本あって、三次構造に寄与
している。SS結合というのは、２つのシ
ステインの側鎖－CH2SHのSHが、
ーS-S－という形になること。
54
膜タンパク質
糖鎖
タンパク質
脂質の二重膜（lipid bilayer）である。
55
細胞内のソーティング
リボソーム →サイトゾール
→粗面小胞体 →顆粒
→細胞膜
核
ミトコンドリア
葉緑体
ペルオキシゾーム
次のスライドに模式図
56
膜タンパク質の場合
57
膜タンパク質の場合
58
タンパク質の形が重要
タンパク質の立体構造がいかに大切か
ということが、よくわかりますよね。
熱を加えたり、pHが偏ったりすると、こ
の形が崩れて、酵素としての働きが失
われてしまいます。
酵素に活性を表すための、最適温度や
最適pHが存在するのはこのためです。
59
きょうはちょっと難しかった？
かもしれませんが、これは生物学の基
礎の基礎なので、避けて通れないとこ
ろです。正確に覚えてください。
次回は、エネルギー代謝について話し
ましょう。お楽しみに。
60