DNA複製の仕組みと形質が子孫に伝わる方法

人間の細胞が分裂するたびに、DNA全体をコピーする必要があります。そのため、結果として生じる両方の細胞が、完全で同一の遺伝子指示セットを持つことになります。このコピーステップはDNA複製と呼ばれます。これは遺伝的継承とは異なりますが、密接に関連しています。遺伝的継承は、子どもがなぜ生物学的親に似ているのかを説明するプロセスです。

DNA複製中に何が起こるか

遺伝学情報サイトyourgenome.orgによると、DNA複製は細胞分裂中に行われ、各娘細胞がゲノムの同一のコピーを受け取ります。人間の細胞では、約30億の塩基対をコピーする全体のプロセスは約1時間で完了します。

複製は「半保存的」と説明されます。新しいDNA分子は、2つの新しい鎖ではなく、1つの元の鎖と1つの新しく構築された鎖で終わります。

3つのステップ

1. 開始:ヘリカーゼと呼ばれる酵素は、2つのDNA鎖を一緒に保持している水素結合を破断し、二重らせんを展開し、鎖が分離するY字型の「レプリケーションフォーク」を開きます。
2. 延長:分離した2つの鎖は反対方向に走るため、異なる方法でコピーされます。リーディング鎖では、プリマーゼ酵素が短いRNAプライマーを配置し、DNAポリメラーゼが新しい塩基を継続的に追加します。遅延鎖では、DNAポリメラーゼはオカザキフラグメントと呼ばれる短い不連続のセグメントで機能します。
3. 終了:エクスヌクレアーゼと呼ばれる酵素がRNAプライマーを除去し、結果として生じるギャップを埋めます。DNAポリメラーゼが新しい鎖をエラーについて校正し、DNAリガーゼがフラグメントを1つの連続した鎖に密閉し、それが二重らせんに戻ります。

国立ヒトゲノム研究所(NHGRI)は、開始、延長、終了という同じ3段階のシーケンスを、分子生物学全体で使用される標準フレームワークとして説明しており、二重らせんがどのように展開され、コピーされ、再密閉されるかを説明しています。

遺伝的継承の仕組み

継承は、遺伝情報が1世代から次の世代に移動するプロセスです。それは減数分裂と呼ばれる異なる種類の細胞分裂に依存しています。NHGRIは、人間の体細胞は通常、23対に配列された46個の染色体を保持し(「二倍体」セル)、減数分裂が二倍体セルを2ラウンドの分裂を通じて、それぞれ23個の染色体のみを含む4つの「ハプロイド」配偶子(卵または精子)を生産していることを説明しています。

23個の染色体を持つ卵が23個の染色体を持つ精子によって受精すると、結果として生じるセルは再び完全な46個の染色体を持ち、正常なヒト染色体数を回復し、両親からの遺伝物質を組み合わせます。とNHGRIは述べています。

メンデルの法則:優性形質と劣性形質

子孫に現れるどの形質を支配する基本的な規則は、オーストリアの修道士グレゴール・メンデルが19世紀のエンドウ豆の何千もの実験を通じて最初に解決しました。とNHGRIの遺伝学用語集は注記しています。メンデルの研究は、形質が遺伝子の優性および劣性バージョンを通じて伝わることを確立しました。現在、これらは対立遺伝子と呼ばれています。

このシステムの下では、子孫は各親から遺伝子の1つのコピーを継承します。優性対立遺伝子は、異なる対立遺伝子と対になっていても、その形質を生成しますが、劣性対立遺伝子は、継承された両方のコピーが劣性バージョンである場合にのみ、その形質を生成します。NHGRIは、すべての形質がこの単純なパターンを明確に従うわけではないこと、および一部のメンデルの形質は稀であるか、継続的な研究を通じて特定されていることに注意しています。

遺伝的条件の背後にある継承パターン

米国国立医学図書館のMedlinePlus遺伝学リソースは、医師と研究者が遺伝子バリアントが家族をどのように通じて伝わるかを追跡するために使用するいくつかの継承パターンについて説明しています。

MedlinePlus遺伝学はまた、多くの形質と条件は単一の遺伝子によって支配されていないことを注記し、むしろ環境因子と相互作用する複数の遺伝子の複合効果の結果です。このパターンは古典的なメンデルの継承の外にあります。

複製と継承が関連しているが異なる理由

DNA複製は、単一の有機体の細胞内で遺伝物質をコピーするため、体は成長し、自分自身を修復できます。一方、継承は、その遺伝物質がどのように再構成され、減数分裂と受精を通じて世代間で伝達されるかに関わります。複製中またはいずれかのプロセス中に発生するエラーまたはバリアント、つまり複製中の誤り、または受精時に継承された対立遺伝子の特定の組み合わせは、遺伝的多様性を生じさせ、場合によっては遺伝的条件を生じさせるものです。