原核生物と真核生物のDNA複製の主な違い
原核生物と真核生物のDNA複製は、細胞分裂が始まる前に行われます。
DNA複製は、1つのオリジナルのDNA分子から2つの遺伝的に同一のDNAの複製が合成される生物学的プロセスです。
DNA複製により、各娘細胞は親の遺伝物質の正確なコピーを受け取ることが保証されます。
DNAの複製は、DNAポリメラーゼと呼ばれる一群の酵素によって行われる。
原核生物と真核生物のDNA複製はどちらも半保存的DNA複製であり、娘細胞には古い鎖と新しい鎖が1本ずつ存在することになる。
原核生物も真核生物もDNA複製のプロセスはほぼ同様ですが、遺伝物質の大きさや複雑さにより、いくつかの違いが生じることがあります。
原核生物と真核生物のDNA複製の主な違いは、原核生物のDNA複製が単一の複製起点を介して行われるのに対し、真核生物のDNA複製は複数の複製起点を介して行われることである。
原核生物のDNA複製とは？
原核生物のDNA複製は、バクテリアや古細菌などの原核生物が自分のゲノムを2つ目のコピーに複製し、娘細胞に変化させるプロセスです。
原核生物は、細胞質内に二本鎖の円形DNA分子を有しています。
原核生物のDNAは、1つの複製起点から構成されている。
DNAヘリカーゼは、窒素塩基間の水素結合を切断することにより、複製起点でDNAを巻き戻す。
その結果できるY字型の構造が複製フォークと呼ばれる。
原核生物のDNAには複製起点が1つしかないので、複製の過程で形成される複製フォークは2つだけです。
この2つの複製フォークは双方向に処理される。
一本鎖DNA結合タンパク質（SSB）は、複製の鋳型鎖となる2本のほどけた鎖を安定化させる。
RNAプライマーゼという酵素は、鋳型鎖と相補的な5-10塩基長のRNAプライマーを合成する。
図1: 原核生物におけるDNA複製
原核生物のDNA複製には、3種類のDNAポリメラーゼ（DNAポリメラーゼI、II、III）が関与している。
原核生物のDNA複製の開始と伸長は、いずれもDNAポリメラーゼIIIによって行われる。
DNAポリメラーゼIIIは、5’から3’方向にヌクレオチドを付加する。
DNAの二重らせんは反平行であるため、一方の鎖は5’から3’方向へ伸びています（リーディングストランド）。
もう一方の鎖は、3’から5’に向かって伸びている（遅行鎖）。
遅れている方の鎖は、5’から3’方向にDNAを合成するために、絶えずRNAプライマーを必要とするので、岡崎フラグメントと呼ばれる新しいDNA断片が絶えず形成される。
ギャップフィリングとDNA修復は、DNAポリメラーゼIとIIによって行われる。
RNAプライマーはDNAポリメラーゼIによって除去される。
原核生物におけるDNA複製の過程を図1に示す。
真核生物のDNA複製とは？
真核生物のDNA複製は、細胞分裂の前に真核生物のゲノムが複製される過程です。
真核生物のDNA複製の基本的な仕組みは原核生物のDNA複製と似ているが、真核生物のDNAは大きさや構造が異なるため、いくつかの相違点があります。
真核生物のDNAは2本鎖の直鎖状分子です。
その量は原核生物DNAの約50倍です。
さらに、真核生物のDNAは、細胞の核の中でヒストンとともに密に詰まっている。
そのため、DNAの複製は、開始、伸長、終結の3段階で行われる。
イニシエーション
真核生物のDNA複製は、複数の複製起点を介して行われる。
複数の複製起点は染色体ごとに複数の複製バブルを形成する。
DNAヘリカーゼとSSBは、各複製起点における2つの鋳型の巻き戻しおよび安定化に関与している。
伸長率
伸長過程では、DNAポリメラーゼが既存の3’末端に新しいヌクレオチドを付加する。
真核生物のDNA複製には、DNAポリメラーゼα、δ、εの3種類があり、DNAポリメラーゼαがDNA複製を開始するのに対し、DNAポリメラーゼδとεは伸長に関与している。
また、DNAポリメラーゼαは新しいDNA鎖を合成するためにRNAプライマーを必要とし、DNAポリメラーゼβによってプライマーが除去される。
真核生物のDNA複製の伸長を図2に示す。
図2 伸長過程の模式図
終了
1つの複製バブルの先行鎖と2つ目の複製バブルの後行鎖が出会うと、複製プロセスは停止する。
その後、RNAプライマーが取り除かれ、自由に移動するDNAポリメラーゼによってギャップが埋められる。
ニックはDNAリガーゼによって結合される。
図3に多重複製バブルの様子を示す。
図3: 重複複製バブル
原核生物と真核生物のDNA複製の類似点
- 原核生物と真核生物のDNA複製は、ともに核分裂に入る前に行われる。
- 原核生物、真核生物ともに、DNA複製は二本鎖DNAに対して行われる。
- 原核生物、真核生物ともに、DNAの巻き戻しはDNAヘリカーゼによって行われます。
- 巻き戻されたDNA鎖は、一本鎖DNA結合タンパク質（SSB）により安定化されます。
- 原核生物、真核生物ともにDNA複製は多段階のプロセスであり、DNAポリメラーゼと呼ばれる酵素複合体によって行われる。
- DNAポリメラーゼは、それぞれ5’から3’の方向に働く。
- RNAプライマーは、どちらのタイプのDNA複製の開始にも必要です。
- RNAプライマーの合成は、プライマーゼと呼ばれる酵素によって行われる。
- 原核生物、真核生物ともに、DNAの複製は半保存的に行われ、娘細胞には古いDNAと新しいDNAの鎖が1本ずつ存在することが可能です。
- 原核生物と真核生物のDNA複製は、両方向に進行するため、双方向性です。
- 原核生物、真核生物ともに、DNA複製は双方向に進行します。
- 遅れている鎖は、岡崎フラグメントと呼ばれる小さなDNA断片を生成し、最終的に結合されます。
- どちらの複製も所要時間は1時間程度です。
原核生物と真核生物のDNA複製の違い
定義
原核生物のDNA複製。
原核生物のDNA複製は、原核生物がその全ゲノムを複製し、娘細胞に2つ目のコピーを渡すプロセスです。
真核生物のDNA複製。
真核生物のDNA複製は、細胞分裂の前に真核生物のゲノムが複製されるプロセスです。
発生状況
原核生物のDNA複製。
原核生物のDNA複製は連続的なプロセスです。
真核生物のDNA複製。
真核生物のDNA複製は、細胞周期のS期で行われる。
所在地
原核生物のDNA複製。
原核生物のDNA複製は、細胞質で行われる。
真核生物のDNA複製。
真核生物のDNA複製は核で行われる。
DNAの種類
原核生物のDNAの複製。
原核生物のDNAは、円形の二本鎖です。
真核生物のDNA複製。
真核生物のDNAは、線状で末端が2本鎖になっています。
DNAの量
原核生物のDNAが複製される。
原核生物のDNAは少量です。
真核生物のDNA複製。
真核生物のDNA量は、原核生物のDNA量の50倍以上です。
パッケージング
原核生物のDNA複製。
原核生物のDNAは、ヒストン様タンパク質分子に巻きついて、ループ状の構造を形成する。
真核生物のDNA複製。
真核生物のDNAはヌクレオソームを形成し、より高次のパッケージングを示す。
レプリケーションの起源
原核生物のDNA複製。
原核生物のDNAは、1つの複製起点から構成されている。
真核生物のDNA複製。
真核生物のDNAは、複数の複製起点（1000以上）から構成されている。
DNAポリメラーゼ
原核生物のDNA複製。
原核生物のDNA複製は、DNAポリメラーゼIとIIIによって行われる。
真核生物のDNA複製。
真核生物のDNA複製は、DNAポリメラーゼα、δ、εによって行われる。
岡崎フラグメントの大きさ
原核生物のDNA複製。
岡崎フラグメントは1000-2000ヌクレオチドと比較的大きなサイズです。
真核生物のDNA複製。
岡崎フラグメントは100-200ヌクレオチド程度の小さなものです。
DNAジャイレース
原核生物のDNA複製。
原核生物のDNA複製には、DNAジャイレースが関与している。
真核生物のDNA複製。
DNAジャイレースは真核生物のDNA複製には必要ない。
DNA複製率
原核生物のDNA複製。
原核生物のDNA複製は高速で、1秒間に約2000個のヌクレオチドが付加される。
真核生物のDNA複製。
真核生物のDNA複製は遅く、1秒間に約100個のヌクレオチドが付加される。
End Synthesis
原核生物のDNA複製。
原核生物のDNAには末端がない。
真核生物のDNA複製。
真核生物のDNA複製では、テロメラーゼが末端合成に関与している。
レプリケーションの最終成果物
原核生物のDNA複製。
原核生物のDNA複製の最終生成物は、2本の円形の染色体です。
真核生物のDNA複製。
真核生物の複製では、2本の姉妹染色分体が最終生成物となる。
結論
原核生物と真核生物のDNA複製は、細胞分裂の前にゲノムの複製に関与する2つのプロセスです。
原核生物と真核生物のDNA複製の仕組みは似ている。
しかし、真核生物のゲノムの大きさと複雑さにより、真核生物のDNA複製はより複雑なプロセスになっています。
したがって、真核生物のDNA複製は、複数の複製起点を形成することによって行われます。
しかし、原核生物のDNA複製は、単一の複製起点を通じて行われる。
しかし、原核生物のDNA複製は高速で行われるため、どちらのDNA複製プロセスも同じ時間を要します。
したがって、原核生物と真核生物のDNA複製の主な違いは、それぞれのゲノムの大きさと複雑さに依存することになります。
