主な違い – 転写と翻訳
転写と翻訳は、どちらも細胞が機能するために必要な遺伝子発現の過程に関与しています。
転写とは、ゲノムにある遺伝子をRNAの断片にコピーダウンすることである。
翻訳とは、mRNAをタンパク質に分解することである。
DNAをRNAに転写し、RNAをタンパク質に翻訳することは、分子生物学のセントラルドグマと考えられている。
転写と翻訳の主な違いは、転写がDNAからRNAを生成するのに対し、翻訳はmRNAを解読してタンパク質を合成することです。
本稿では
- 転写とは
– 定義、プロセス、特徴 - 翻訳とは
– 定義、プロセス、特徴 - 核と核の違いとは？
トランスクリプションとは
転写とは、遺伝子発現の最初のステップです。
遺伝子は、RNAポリメラーゼという酵素の働きにより、RNA断片にコピーされる。
このRNAの断片を一次転写産物と呼ぶ。
このRNAは、コピー元のDNA配列と相補的かつ反平行です。
メッセンジャーRNA（mRNA）、トランスファーRNA（tRNA）、リボソームRNA（rRNA）、マイクロRNA（miRNA）などのノンコーディングRNAなどです。
タンパク質をコードする遺伝子は、mRNAを産生する。
mRNAは5′UTRと3′UTRと呼ばれる非翻訳領域からなり、タンパク質合成を制御している。
その他のRNAは、タンパク質の合成、制御、プロセシングに役立つと考えられている。
ウイルスでは、そのRNAゲノムからmRNAが合成される。
そのゲノムは、ネガティブセンスの一本鎖RNAで構成されている。
RNAが複製される過程で、最近翻訳に利用されるようになったポジティブセンスの一本鎖RNAが生成される。
HIVのようなウイルスの中には、逆転写酵素の助けを借りて、RNAゲノムをDNAに転写するものがあります。
このように、RNAから相補的なDNAを合成することを逆転写と呼んでいる。
原核生物および真核生物の転写では、アンチセンス鎖が5′から3′の方向でmRNAに転写される。
このため、DNA複製のように岡崎フラグメントが形成されることはない。
また、RNAポリメラーゼは、転写の開始にRNAプライマーを必要としない。
転写の過程は、開始、プロモーターの脱出、伸長、終結の4つのステップで行われる。
転写は、RNAポリメラーゼが転写因子と呼ばれる関連タンパク質の助けを借りて、プロモーターに結合することで開始される。
真核生物では、RNAポリメラーゼIIに関連する6つの転写因子が同定されている。
TFIIA、TFIIB、TFIID、TFIIE、TFIIFおよびTFIIHです。
転写の開始は、活性化因子と抑制因子によって制御されている。
転写開始複合体が形成された後、数個のヌクレオチドが付加され、RNAポリメラーゼはプロモーターから脱出する。
その後、転写伸長複合体が形成される。
RNAポリメラーゼはアンチセンスDNA鎖を横切り、鋳型に相補的なヌクレオチドを付加して、新しいRNA鎖を生成する。
使用されるヌクレオチド前駆体は、アデニン、ウラシル、シトシンおよびグアニンです。
一次転写産物は、プロセスの終了時に鋳型から切断される。
真核生物では、この切断に続いて、ポリアデニル化、5′エンドキャッピング、イントロンのスプライシングなどの転写後修飾が行われる。
図1に転写とプロセシングの簡単な図を示す。
図1: RNAの転写とプロセッシング
抗生物質は、転写を阻害する働きがあります。
そのため、ヒトの細菌や真菌の感染症を治療するために使用されることがあります。
リファンピシンと8-ヒドロキシキノリンは、それぞれ細菌と真菌の転写を阻害する抗生物質です。
一方、転写は、RT-PCR、DNAマイクロアレイ、in situ-PCRなどで測定することができる。
翻訳とは
翻訳とは、遺伝子が発現する過程の第二段階です。
転写によって生成されたmRNAは、細胞質でリボソームによってタンパク質に翻訳される。
翻訳中、mRNAはリボソームによってアミノ酸鎖またはポリペプチド鎖を生成するために解読される。
mRNAには、特定のアミノ酸を持つ相補的なtRNAアンチコドン配列が結合している。
このタイプのtRNAは、アミノアシルtRNAと呼ばれる。
この結合はリボソームによって促進される。
tRNAによって運ばれたアミノ酸は、2つのアミノ酸の間でペプチド結合が形成され、ポリペプチド鎖となる。
このアミノ酸鎖は翻訳後修飾を受け、3次元構造に折りたたまれ、活性のあるタンパク質となる。
翻訳は、開始、伸長、終了の3つのステップで行われる。
翻訳を開始するためには、リボソームが目的のmRNAの周りに集合する。
最初に加えられるtRNAは、メチオニンを運ぶtRNAで、mRNAの5′末端にある開始コドン、AUGに一致する。
コドンとは、mRNA上の3つのヌクレオチドの配列で、特定のアミノ酸をコードするものです。
最初のtRNAが開始コドンに結合された後、2番目のコドンに対応するtRNAがmRNAに結合される。
そして、リボソームが2番目のtRNAに転位する。
tRNAが運ぶ1番目と2番目のアミノ酸は、その間にペプチド結合を形成する。
同様に、リボソームがmRNAの5′から3′の方向に移動しながら、解読が進みます。
そして、ポリペプチド鎖のC-teminusにアミノ酸が付加される。
従って、翻訳はアミノ-カルボキシル結合指向と考えられている。
リボソームは停止コドン（UAG, UAA, UGA）に到達すると、ポリペプチド鎖を遊離させる。
図2に簡単な翻訳図を示す。
図2: リボソームによるmRNAの翻訳
原核生物には70Sリボソームと呼ばれる小さなリボソームが存在するが、真核生物のリボソームは80Sリボソームと呼ばれる比較的大きなリボソームです。
リボソームは大サブユニットと小サブユニットと呼ばれる2つのサブユニットで構成されている。
真核生物では、80Sリボソームの小サブユニットがmRNAの5′末端に結合しています。
しかし、原核生物では、70Sリボソームの小サブユニットが、mRNAのシャイン・ダルガルノ配列に結合する。
原核生物のオペロンでは、シャイン・ダルガルノ配列が各コード配列の開始点を示している。
翻訳を阻害することのできる抗生物質は、クロラムフェニコール、テトラサイクリン、アニソマイシン、シクロヘキシミド、ストレプトマイシンなど多数存在する。
翻訳は、スペクトロメトリー法、生化学的アッセイ、ELISAやウェスタンブロットなどの抗体を用いた方法によって測定することができる。
トランスクリプションと翻訳の違い
目的
転写。
ゲノムに書かれた遺伝子の指示のRNAコピーを合成することが主な目的です。
翻訳。
遺伝子からコピーされたRNAからタンパク質を合成することが主な目的。
テンプレート
転写される。
ゲノムにある遺伝子をテンプレートとする。
翻訳。
mRNAを鋳型とする。
所在地
転写される。
核内で行われる。
翻訳される。
細胞質で行われる。
酵素
転写。
RNAポリメラーゼが酵素となる。
翻訳。
リボソームが酵素となる。
イニシエーション
転写 RNAポリメラーゼが遺伝子のプロモーターに結合することで、転写開始複合体の形成が開始される。
RNAポリメラーゼはプロモーターによって転写開始部位に誘導される。
翻訳。
AUG開始コドンにメチオニン運搬tRNAが結合し、翻訳が開始される。
前駆体
転写 4つの窒素塩基。
アデニン、グアニン、シトシン、ウラシルの4つの窒素塩基が前駆体です。
翻訳 tRNAが運ぶ20種類のアミノ酸が前駆体です。
伸長率
転写。
RNAポリメラーゼが5′から3′方向へ伸長する。
翻訳 入力されたアミノアシルtRNAがAサイトのコドンに結合する。
新しいアミノ酸が伸長している鎖と結合する。
リボソームが5′から3′方向へ次のコドンの位置へ移動する。
ボンドフォームの種類
転写 2つのヌクレオチド間のホスホジエステル結合が観察される。
翻訳 2つのアミノ酸の間にペプチド結合が見られる。
終了
転写される。
転写が解除され、酵素が剥離し、DNAが巻き戻される。
翻訳 リボソームが3つの停止コドンのいずれかに遭遇して分解され、ポリペプチド鎖が切り離される。
製品
転写。
転写では、mRNA、tRNA、rRNA、non-coding RNAなど、いくつかの機能的な形態のRNAが生成される。
翻訳。
タンパク質が生成される。
製品加工
転写される。
5′キャップ、3′ポリAテールの付加、イントロンのスプライシングなど、転写後の修飾が行われる。
翻訳。
翻訳：ジスルフィド結合の形成、ホスホリル化、ファルネシル化など、多くの翻訳後修飾が起こる。
抗生物質による阻害
転写。
リファンピシンや8-Hydroxyquinolineによって阻害される。
翻訳 テトラサイクリン、クロラムフェニコール、ストレプトマイシン、エリスロマイシン、アニソマイシン、シクロヘキサミドなどによって阻害される。
ローカライゼーション
転写される。
原核生物の細胞質、真核生物の核に局在する。
翻訳：原核生物の細胞質と真核生物に局在する。
原核生物の細胞質、真核生物の小胞体上のリボソームに局在する。
結論
転写と翻訳を総称して遺伝子発現と呼ぶ。
転写では、ヌクレオチドがRNAポリメラーゼや他の関連タンパク質によって新しいRNA鎖を生成するために利用される。
一方、翻訳では、アミノ酸を利用してポリペプチド鎖が作られる。
真核生物では、転写と翻訳の両方が最終生成物に修飾を加えており、それぞれ転写後修飾、翻訳後修飾と呼ばれる。
転写後の修飾には、5′キャップ、3′ポリAテールの付加、イントロンのスプライシングが含まれる。
翻訳後修飾では、リン酸化、ジスルフィド橋の形成、カルボキシル化のような反応によりタンパク質の成熟が行われる。
したがって、転写と翻訳の重要な違いは、遺伝子発現の過程での役割にある。
2017年2月26日アクセス
2. “翻訳 (生物学)”. フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』、2017年。
2017年2月26日にアクセス
3. クランシー，S.，ブラウン，W. “翻訳。
DNA から mRNA、タンパク質へ」。
