DNAはどのように解き放たれ、解き放たれたままなのか？

ヘリカーゼは、二本鎖DNAをほぐして一本鎖DNAを生成する役割を担っている。

DNA複製、組換え、修復の際に、DNAを巻き戻す役割を担っている。

二本鎖DNAの巻き戻しは、複製起点から始まり、複製フォークと呼ばれる構造を形成しながら続く。

2本のDNA鎖の間の水素結合を切断するためには、ATPの形でエネルギーを必要とする。

また、ヘリカーゼは巻き戻された塩基を捕捉して、DNAの再アニーリングを防いでいる。

DNAヘリカーゼとは

DNAヘリカーゼは、DNA複製の基本的な構成要素です。

DNAヘリカーゼの主な機能は、二本鎖DNAをほぐして一本鎖DNAにすることである。

DNAヘリカーゼは、DNA複製の他にも、転写、翻訳、組換え、DNA修復にも関与している。

原核生物のDNAヘリカーゼを図1に示します。

図1: 原核生物DNAヘリカーゼ

DNAは二本鎖の分子で、ほとんどの生物で遺伝子の材料として機能しています。

DNAの2本の鎖は、水素結合によって結合されている。

新しいDNAは、DNA複製と呼ばれるプロセスによって合成される。

DNAの複製は半保存的プロセスであり、2本の鎖が鋳型となる。

したがって、DNAの複製を開始するためには、2本の鎖をほどく必要がある。

DNAヘリカーゼは、DNAの巻き戻しを触媒する酵素です。

DNAが巻き戻されることで、DNA複製が開始される。

DNA複製の開始には、オリジンの認識、最初のDNAの融解、そして最終的な複製フォークの形成という3つの段階があります。

1. 起点の認識 – DNAの複製は、複製起点で開始される。染色体にはいくつかの複製起点が存在する。円形の2本鎖DNAは、1つの複製起点から構成されている。原点認識複合体（ORC）と呼ばれるマルチサブユニットのDNA結合複合体が、複製起点を認識する役割を担っている。
1. DNAの初期溶融 – 真核生物では、MCM（ミニ染色体維持）ヘリカーゼが複製起点の初期溶融を担っている。原核生物では、原点認識タンパク質であるDnaAによって行われ、その後DnaBと呼ばれる6量体のヘリカーゼが溶けたDNAに搭載される。
3.複製フォークの形成 – ヘリカーゼは巻き戻しの作業を続け、複製フォークと呼ばれる構造を形成する。ヘリカーゼは、相補的な2本の鎖を結びつけている水素結合を切断する。このプロセスには、ATPの形で細胞のエネルギーが使われる。

図2に、真核生物におけるDNA複製の開始を示す。

図2：真核生物におけるDNA複製の始まり

DNAポリメラーゼは、二本鎖DNAの最初の融解の後、複製起点に結合し、複製プロセスを開始する。

複製が進むにつれて、巻き戻されたDNA鎖の中を複製フォークが進行していく。

このDNAヘリカーゼは2本の鎖の間に挟まっているので、相補的な塩基の再アニーリングは回避される。

DNAヘリカーゼは、DNAの複製、組換え、修復に必要な一本鎖DNAを形成するために、DNAを巻き戻す役割を担う酵素である。

DNAヘリカーゼは、2本の鎖をつなぎ合わせている相補的な塩基間の水素結合を分解する。

巻き戻されたDNAの間にあるDNAヘリカーゼが再アニーリングするのを防ぐ。