お問い合わせ
052-771-2717
遺伝子(ゲノム)とDNAって実は違う！？詳しく解説します！
皆様は「遺伝子(ゲノム)」や「DNA(デオキシリボ核酸)」という単語を聞いたことはありますか？最近では遺伝子組み換えやDNA検査などでよく聞くようになりました。でも具体的に「遺伝子」や「DNA」って何なのか理解している人は少ないように感じます。「遺伝子もDNAも一緒じゃないの？」いいえ、違うんです。今回のコラムでは、この「遺伝子」や「DNA」について解説します。
遺伝子とは
遺伝子とは
遺伝子とは、遺伝情報のことを指します。この遺伝情報を読み取ってタンパク質を作ります。その仕組みから、遺伝子のことは設計図とよく表現されます。例えば、ある1種類のタンパク質を作るのに使う遺伝情報を1個の遺伝子と単位のように言います。人間の場合、遺伝子は約23000個あると言われています。
遺伝情報とは
では遺伝情報とは何なのでしょうか。遺伝情報とは、DNA(デオキシリボ核酸)に書き込まれた塩基配列のことを指します。DNAは4種類の塩基、A(アデニン)、G(グアニン)、C(シトシン)、T(チミン)を含んで構成されております。この塩基の並び順のことを塩基配列と言い、塩基配列によって作られるタンパク質が違ってきます。遺伝子はあくまで設計図であり、設計図をもとに作られたタンパク質はさらに細胞を作ったり生命活動に必要な仕事をしてくれます。DNAによく似た物質としてRNA（リボ核酸）があります。RNAの塩基も4種類ですが、TではなくU(ウラシル)を使います。インフルエンザウイルスやコロナウイルスなどはDNAを持たず、RNAを遺伝情報の媒体としています。
DNAとは
DNAには4種類の塩基、AGCTを含んでいることを先程述べました。DNAは、2-デオキシ-D-リボース(五炭糖)とリン酸、そして4種類ある塩基のうち1種類から構成されています。2-デオキシ-D-リボースの1’位に塩基が結合したものをヌクレオシドと言います。さらにヌクレオシドの5’位にリン酸がエステル結合したものをヌクレオチドと言います(図1)。ヌクレオチドを最小単位として、ポリマー(長く連結した状態)となって100個以上連結したものをポリヌクレオチドと呼び、これが1本鎖のDNAの構造です。
 図1. ヌクレオチド(塩基はC：シトシン)の化学構造 |
DNAは基本的に2本鎖となっていて、互いに補完しあう形をとっています(図2)。多くの生物ではDNAは2重らせん構造をとりますが、細菌などは環状2本鎖構造のプラスミドという種類を持つものもいます。その一方でRNAの場合は1本鎖のままです。
 図2. 2重らせん構造のDNA |
4種類の塩基には相補性があり、AとTは水素結合2個、GとCは水素結合3個で結ばれます。例えばDNAの1箇所の塩基がGであれば、もう片方のDNA鎖の相方となる塩基はCとなり、互いに補完し合います。(図3)。ちなみに人間のDNAの塩基対は32億対もあると言われています。
 図3. DNAの化学構造(2本鎖の塩基間で水素結合している) |
DNAは通常時ではヒストンと呼ばれるタンパク質と結合しており、長いDNAを折り畳んで染色体というX型の形をとっています(図4)。染色体は細胞の核の中に存在していて、人間の場合は46本の染色体が１つの核の中にあります。ちなみに細胞１個につき細胞核は１個だけです。
 図4. 染色体のイラスト |
遺伝子の発現
設計図とも言われる遺伝子の塩基配列からタンパク質を作り出すことを「遺伝子の発現(セントラルドグマ)」と言います。DNAをそのまま使うのではなく、最初に「転写」を行います。転写とはDNAからRNAを合成する過程の名称で、DNAを鋳型としてRNAが合成され、DNAの情報を写し取ります。次に転写によってできたRNAを「翻訳」します。翻訳とはRNAからタンパク質を合成する過程の名称です。まず、タンパク質とは20種類のアミノ酸が鎖状に多数連結してできた高分子化合物で、このアミノ酸の配列をRNAが指定していきます。RNAの塩基3個を1組(コドン)とします。ちなみに3個の塩基の組み合わせは4×4×4＝64通りであり、ここから20種類のアミノ酸を決めています。例えば、CUAであれば必須アミノ酸のひとつであるロイシンを指定します。コドンには開始コドンと終止コドンがあり、開始コドンはAUG(メチオニン)を指定していて、ここからタンパク質の合成が始まります。終止コドンはUAA、UAG、UGGであり、このコドンを読むとタンパク質の合成が終了し、タンパク質が完成します。このようにDNAから転写してRNAを作り、RNAを翻訳してタンパク質を作っています(図5)。
 図5. セントラルドグマの模式図 |
まとめ
生物は1個の細胞に1個の核を持ち、さらに人間の場合は1個の核に46本の染色体があり、染色体を構成しているDNAには約32億対もの塩基対があり、その中に遺伝子が約23000個あります。その遺伝子の塩基配列からアミノ酸を指定してタンパク質を合成します。真核生物や原核生物、細菌、ウイルスなど、各々で細かなメカニズムに違いがあり複雑化していますが、遺伝子についての概要とおおよその流れは本記事の通りです。
合わせて読みたいコラム
・細菌の分類と種類とその検査方法について解説！
・WET試験とは？(前編) ～試験を実施することのメリット～
2006年12月より愛研の社内向けに発行している、「愛研技術通信」をPDFファイルとして公開しています。愛研についてもっと知って頂ける情報も満載です。ぜひそちらもご覧ください！
愛研技術通信はこちらから