主な違い – DNA複製と転写
DNA複製と転写は、どちらもDNAに相補的なヌクレオチドが結合し、それぞれ新しいDNA鎖とRNA鎖を生成することに関与しています。
DNA複製では、DNAは細胞分裂を行うために、ゲノム全体の正確な複製を2つ作る。
一方、転写は遺伝子発現の最初のステップであり、細胞が機能するために必要なタンパク質が作られるところである。
転写では、小さなDNA配列のみがRNAに転写される。
DNA複製と転写の大きな違いは、DNA複製がゲノムの正確な複製を作るプロセスであるのに対し、転写はDNAの特定セグメントの遺伝情報をRNAに移すプロセスであることです。
本稿では、この点について紹介します。
1. What is DNA Replication
– Definition, Function, Process, Features
2. What is Transcription
– Definition, Function, Process, Features
3. What is the difference between DNA Replication and Transcription
DNA複製とは
DNAの複製とは、1つのオリジナルのDNA分子から2つの正確な複製を作り出すことを指します。
DNAに格納された遺伝情報は、DNAの複製によって子孫に受け継がれる。
複製時には、両方のDNA鎖が鋳型の役割を果たす。
したがって、DNAの複製は半保存的に行われると考えられている。
DNAの複製は各染色体にある複製起点で開始される。
このプロセスは、DNAポリメラーゼと呼ばれる酵素群によって行われる。
DNAポリメラーゼは複製を開始するためにプライマーと呼ばれる短いRNAの鎖を必要とする。
ゲノムの二重らせんがほどけることで、複製フォークが作られる。
複製フォークでは、様々な酵素が複製に関与している。
DNAの複製は複製フォークで双方向に行われる。
連続的に合成される新しいDNA鎖は、リーディングストランドと呼ばれる。
もう一方の鎖は、岡崎フラグメントと呼ばれる断片として合成され、遅滞鎖と呼ばれる。
DNAポリメラーゼは、鋳型に相補的なヌクレオチドを付加して、新しい鎖を合成する。
ヌクレオチドの付加は、既存のヌクレオチド鎖の3´末端から始まり、3´から5´の方向で行われる。
糖-リン酸骨格は、近位リン酸基と入力ヌクレオチドのペントース環の3′OHとの間のホスホジエステル結合形成により形成される。
このほか、トポイソメラーゼ、ヘリカーゼ、DNAプライマーゼ、DNAリガーゼがDNA複製に関与している。
DNA複製は、染色体のテロメア領域で終結する。
通常、DNAポリメラーゼは、ミスマッチの取り込みが107個のヌクレオチドに対して1個以下であるため、高いフィデリティーを維持している。
また、DNAポリメラーゼは3′-5′校正活性を有し、組み込まれたミスマッチを末端から除去することができる。
一方、ミスマッチは複製後のミスマッチ修復機構によって修復される。
最終的なエラーの取り込み率は、取り込まれたヌクレオチド109個に対して1個以下です。
図1: DNAの複製
In vitroでのDNA複製は、バクテリアから分離した人工DNAプライマーとDNAポリメラーゼの助けを借りて行われる。
ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）は、DNAの試験管内複製に用いられる分子生物学的手法です。
PCRに使用される酵素はTaqポリメラーゼです。
一対のDNAプライマーを用いて、PCRは既知の配列からDNA断片を合成する。
トランスクリプションとは
転写とは、RNAポリメラーゼという酵素の働きにより、DNA配列をRNAにコピーすることである。
遺伝子の発現を開始させるために、遺伝子はmRNAに転写される。
RNAポリメラーゼは、アンチセンスDNA鎖を3′から5′方向へ読み取ることにより、mRNAの一次転写物を合成する。
その結果、RNA鎖は鋳型と相補的で逆平行となる。
5′から3′の方向から合成される。
遺伝子は、コード配列と制御配列から構成される。
コーディング配列はタンパク質のアミノ酸配列をコードし、制御配列は遺伝子の発現を制御する。
転写は、RNAポリメラーゼが転写因子の助けを借りてプロモーターに結合することにより開始される。
この結合により、約14塩基の巻き戻された2本鎖のプロモーターからなる転写バブルが形成される。
転写開始部位の選択後、RNAポリメラーゼによってヌクレオチドが付加される。
転写終了時には、一次転写産物の3′末端にポリアデニレートテールが付加される。
真核生物では、ポリアデニレーション、5′末端キャッピング、エキソンのスプライシングを総称して転写後修飾と呼んでいる。
遺伝子はまた、非コードRNA、rRNA、tRNAをコードすることもあり、これらは結果的にタンパク質の合成、制御、プロセシングを助けることになる。
DNA複製と転写の違い
定義
DNA複製。
DNAの複製は、元の二本鎖DNA分子の正確な複製を2つ作る。
新しい鎖はそれぞれ1本の元のDNA鎖から構成される。
転写。
二本鎖のDNAから一本鎖のRNA分子が作られる。
機能
DNAの複製。
子孫に全ゲノムを伝達する。
転写 特定の遺伝子のRNAコピーを生成する。
必要な酵素
DNAの複製。
トポイソメラーゼ、ヘリカーゼ、DNAプライマーゼ、DNAリガーゼ。
転写 転写酵素（DNAヘリカーゼの一種）、RNAポリメラーゼ。
細胞周期における発生
DNAの複製。
細胞が分裂の準備をするS期で起こる。
転写 G1期とG2期でタンパク質合成のために行われる。
ヌクレオチド前駆体
DNAの複製。
dATP、dGTP、dTTP、dCTPを前駆体として利用する。
転写 ATP、UTP、GTP、CTPを前駆体として利用する。
フィデリティ
DNAの複製。
DNAポリメラーゼは、3′から5′へのエキソヌクレアーゼ活性により、高い忠実度を維持する。
転写。
RNAポリメラーゼは、DNAポリメラーゼに比べ、忠実度は低い。
新しい方の鎖の長さ
DNAの複製。
長いDNA鎖を合成する。
転写 比較的短いRNA鎖を合成する。
ボンド
DNAの複製。
新しく合成されたDNA鎖は、水素結合によって鋳型に結合する。
転写 転写されたRNAは鋳型から分離する。
プライマー
DNAの複製。
DNAポリメラーゼが複製を開始するためには、RNAプライマーが必要である。
転写。
RNAポリメラーゼはプライマーを必要としない。
岡崎フラグメント
DNAの複製。
遅れてきた鎖が岡崎フラグメントを生成する。
転写される。
岡崎フラグメントを除いた5′-3′方向のみに転写が起こる。
製品情報
DNAの複製。
2本の娘鎖が生成される。
転写 mRNA、tRNA、rRNA、microRNAなどのnon-coding RNAが生成される。
製品の運命
DNAの複製。
複製されたDNAは核の中に残る。
転写される。
生成物の大部分は細胞質へ移行する。
製品の寿命
DNAの複製。
複製されたDNAは子孫まで保存される。
転写 RNAのほとんどは機能する前に分解される。
処理
DNAの複製。
新しく合成されたDNAは、何も処理されない。
転写。
転写されたRNAは、転写後に修飾される。
結論
DNAの複製は、細胞が細胞分裂の準備をしているときに行われる。
そのため、生物の全ゲノムが一度に複製される。
そのため、両鎖とも複製の鋳型となる。
複製フォークでは、リード鎖は連続的に合成され、ラギング鎖は岡崎フラグメントを経て合成される。
複製は子孫のゲノムとなるため、DNAポリメラーゼは高い忠実度を維持しなければならない。
転写では、細胞機能に必要なタンパク質を合成するために、遺伝子がRNAにコピーされる。
RNAは一本鎖であるため、アンチセンス鎖のみが転写される。
RNAは寿命が短いため、RNAポリメラーゼはDNAポリメラーゼに比べて忠実度が低い。
したがって、DNA複製と転写の重要な違いは、その最終生成物にある。
