目次
DNAとRNAの塩基配列から始まり、ゲノム解析、遺伝子の編集技術に至るまで、生物学の最新技術をわかりやすく解説します。
第1章：塩基配列とは
塩基配列の意味
塩基配列とは、DNAやRNAなどの核酸分子において、それを構成するヌクレオチドがどのような順序で結合しているかを示すものです。核酸の塩基配列は、生物の遺伝情報を符号化しており、この情報に基づいてタンパク質が合成されます。
DNAとRNAの基本構造は、ヌクレオチドと呼ばれる単位が連なって形成されています。ヌクレオチドは、リン酸、糖（DNAではデオキシリボース、RNAではリボース）、そして塩基から構成されます。DNAにはアデニン(A)、チミン(T)、グアニン(G)、シトシン(C)の4種類の塩基があり、RNAではチミンの代わりにウラシル(U)が使われます。
塩基配列の表記方法では、これらの塩基を表す文字を用いて、5′末端から3′末端に向かって順番に並べて記述します。例えば、DNAの一部の塩基配列が「ATGCCTA」である場合、これは5’末端のアデニンから始まり、3’末端のアデニンで終わることを意味します。
塩基配列の読み方には、特定のルールがあります。DNAの塩基配列は、通常5’から3’の方向に読みます。また、DNAの塩基配列からタンパク質のアミノ酸配列を予測する際には、3つの塩基が1つのコドンを形成し、それぞれのコドンが特定のアミノ酸に対応しています。この対応関係は遺伝暗号表によって示されます。
例えば、mRNAの塩基配列が「AUGGCC」である場合、最初の「AUG」はメチオニンをコードする開始コドンであり、「GCC」はアラニンをコードします。したがって、このmRNAはメチオニンから始まるポリペプチド鎖を合成する指示を持っています。
塩基配列の決定（シークエンシング）は、遺伝子の機能や生物の進化を理解するために重要なプロセスです。現代のシークエンシング技術により、高速かつ正確に大量の塩基配列を読み取ることが可能になっています。
[1] www.jstage.jst.go.jp/article/jcrsj1959/7/3/7_3_169/_pdf
[2] www.biophys.jp/highschool/B-03.html
生命の暗号
## 生命の暗号
遺伝情報の暗号化と解読について理解するためには、まずゲノムと遺伝子の関係性を把握することが重要です。ゲノムは生物の持つ遺伝情報の全体を指し、その実体は細胞内にあるDNA分子です[5]。遺伝子はこのDNA分子上の特定の区画であり、タンパク質やRNAを作る情報を担っています[5][6]。
● 遺伝情報の暗号化
DNA分子はヌクレオチドという単位が鎖状に長くつながった構造をしており、ヌクレオチドは塩基を含んでいます。塩基にはアデニン（A）、グアニン（G）、シトシン（C）、チミン（T）の4種類があり、これらの並び方が塩基配列と呼ばれ、遺伝情報が暗号化されています[5][14]。RNAでは、チミン（T）がウラシル（U）に置き換わります[15]。
● 遺伝情報の解読
遺伝情報の解読は、DNAからRNAへの転写と、RNAからタンパク質への翻訳の2段階を経て行われます[5][7]。転写では、DNAの塩基配列がRNAの塩基配列に写し取られ、mRNA（メッセンジャーRNA）が作られます[5]。翻訳では、mRNA上のコドンと呼ばれる3つの塩基の並びが、アミノ酸を指定する暗号として機能し、タンパク質が合成されます[15]。
● ゲノムと遺伝子の関係性
ゲノム内の遺伝子は、タンパク質の設計図として機能し、生物の形質や機能を決定します[5][6]。遺伝子の塩基配列に変化が生じると、タンパク質の構造や機能に影響を及ぼすことがあります[7]。また、遺伝子以外のゲノム領域にも重要な機能があり、遺伝子の発現を制御する領域や、遺伝子間の調整を行う領域などが含まれています[6]。
遺伝情報の暗号化と解読は、生命の多様性や進化の過程を理解する上での基礎となります。また、遺伝子の機能や相互作用を解明することは、医学やバイオテクノロジーの分野での応用につながります[3][8]。遺伝子配列の解読技術の進歩により、遺伝子の働きや生命の複雑なメカニズムを明らかにすることが可能になっています[13]。
[1] www.kanehisa.jp/Japanese/tutorial/01-07.html
[2] www.ddbj.nig.ac.jp/activities/gene-genome.html
[3] www.riken.jp/press/2014/20140623_1/index.html
[4] bio-sta.jp/beginner/genomedescription/
[5] www.nite.go.jp/nbrc/genome/description/analysis1.html
[6] www.rhelixa.com/knowledgebase/genome-description/
[7] bio-sta.jp/beginner/proteinsynthesis/
[8] www.bdr.riken.jp/ja/news/research-news/2021/research023.html
[9] www.jmsf.or.jp/genome/2-1.php
[10] kotobank.jp/word/%E9%81%BA%E4%BC%9D%E6%9A%97%E5%8F%B7-31628
[11] mugen3.com/hon8.htm
[12] gan-genome.jp/cause/what.html
[13] sotokoto-online.jp/diversity/1306
[14] reprocell.co.jp/archive/dna-column/
[15] www.try-it.jp/chapters-15090/sections-15091/lessons-15123/practice-4/
[16] www.amazon.co.jp/%E3%80%94%E6%96%87%E5%BA%AB%E3%80%95%E7%94%9F%E5%91%BD%E3%81%AE%E6%9A%97%E5%8F%B7-%E3%82%B5%E3%83%B3%E3%83%9E%E3%83%BC%E3%82%AF%E6%96%87%E5%BA%AB-%E6%9D%91%E4%B8%8A%E5%92%8C%E9%9B%84/dp/4763181831
[17] www.amazon.co.jp/%E7%94%9F%E5%91%BD-%E3%81%84%E3%81%AE%E3%81%A1-%E3%81%AE%E6%9A%97%E5%8F%B7%E2%80%95%E3%81%82%E3%81%AA%E3%81%9F%E3%81%AE%E9%81%BA%E4%BC%9D%E5%AD%90%E3%81%8C%E7%9B%AE%E8%A6%9A%E3%82%81%E3%82%8B%E3%81%A8%E3%81%8D-%E6%9D%91%E4%B8%8A-%E5%92%8C%E9%9B%84/dp/4763191918
[18] www.sunmark.co.jp/detail.php?csid=8183-1
[19] www.kinokuniya.co.jp/f/dsg-01-9784763181831
[20] books.rakuten.co.jp/rb/1642329/
第2章：ゲノムの解析
ゲノム解析の基礎
ゲノム解析技術は、生物の遺伝情報を総合的に解析するための手法であり、近年その進化は目覚ましいものがあります。ゲノム解析の基礎として、ゲノム解析技術の進化とシークエンサーについて説明します。
● ゲノム解析技術の進化
ゲノム解析技術の進化は、ヒトゲノム計画（1990-2003）の進展によってDNAシークエンス技術が発展し、ヒトゲノム計画以後、数千〜数万の塩基配列を産出する「次世代シークエンサー」が研究に利用されるようになったことから始まります[2]。この技術の進化は、ゲノム解析のコストと速度を飛躍的に改善し、ゲノム解析をより身近なものにしました[3]。
また、ゲノム解析技術の進化は、がんの病態の理解を深めるとともに、診療においてもゲノムプロファイリング検査として導出されるようになりました。次世代シークエンサーの登場により、さまざまなゲノム異常を網羅的かつ高解像度に検出することが可能になりました[1]。
● シークエンサーとは
シークエンサー（Sequencer）は、DNAやRNAなどの核酸の塩基配列を決定する装置のことを指します。シークエンサーは、生物学の世界で主にDNAの塩基配列を決定する機械として用いられます[5]。シークエンサーの技術革新は、ゲノム解析技術の進化に大きく貢献しており、現在では次世代シークエンサー（NGS）が広く利用されています。NGSは、従来のサンガー法に比べて、より高速で大量のデータを出すことが可能であり、ゲノム規模の研究に取り組むことを可能にしました[5]。
シークエンサーの進化は、ゲノム解析の精度を高め、解析コストを低減することに貢献しています。これにより、ゲノム解析はがんに限らず、さまざまな難治疾患のゲノム病態の理解を深めるために広く利用されるようになりました[1]。
ゲノム解析技術の進化とシークエンサーの発展は、医療や生命科学研究における新たな可能性を切り拓いています。これらの技術は、個々の患者に最適な治療法を提供するパーソナライズドメディシンの実現に向けた重要なステップとなっています[16]。
[1] www.jstage.jst.go.jp/article/jspho/59/3/59_255/_pdf
[2] www.jstage.jst.go.jp/article/sociotechnica/11/0/11_138/_pdf
[3] eetimes.itmedia.co.jp/ee/spv/2208/25/news153.html
[5] www.brh.co.jp/salon/labdiary/2017/post_000012.php
[16] reinforz.co.jp/bizmedia/27891/
ゲノム解析による疾患原因の特定とがん研究への応用
ゲノム解析は、疾患の原因を特定し、治療法の開発に貢献する重要な技術です。特に、原因不明の疾患やがんなどの複雑な疾患に対して、ゲノム解析は新たな治療法や診断法の開発につながる可能性を秘めています。
● 疾患原因の特定
ゲノム解析による疾患原因の特定は、特に原因不明の疾患に対して有効です。例えば、病気の原因がわからない赤ちゃんに対するゲノム解析では、全体の約半数で原因を特定できたとの研究結果があります[1][10]。この研究では、85名の赤ちゃんを対象にゲノム解析を行い、約半数（41名）で病気の原因を特定することができました。原因が特定できた41名のうち、約半数（20名）では、診断結果をもとに検査や治療方針が変更されました[1]。
● がん研究への応用
がん治療においても、ゲノム解析は重要な役割を果たしています。がんゲノム医療では、がんの組織を使って多数の遺伝子を同時に調べる「がん遺伝子パネル検査」によって、一人一人の遺伝子の変化や生まれ持った遺伝子の違い（遺伝子変異）を解析し、がんの性質を明らかにすることができます[2][3]。また、世界規模の国際ネットワークによるがん種横断的全ゲノム解読研究では、38種類のがん、2,658症例のがん全ゲノム解読データについて統合解析が行われ、ヒトがんゲノムの多様な全体像が明らかになりました[4]。
● ゲノム不安定性疾患の研究
ゲノム不安定性疾患に対する研究では、次世代ゲノム解析のみでは疾患原因が特定できないケースに対して、VUS（病的意義が明らかでない変異）の病原性評価により新規疾患原因変異の特定を目指しています[5][15]。このアプローチにより、いくつかの症例で新規の疾患原因変異を同定することが可能であり、疾患治療薬・緩和薬・予防薬探索への応用が期待されています[5]。
● まとめ
ゲノム解析は、疾患原因の特定から治療法の開発まで、医療分野において幅広い応用が可能です。特に、原因不明の疾患やがんなどの複雑な疾患に対して、ゲノム解析は新たな治療法や診断法の開発につながる可能性を秘めています。今後もゲノム解析技術の進展により、より多くの疾患に対する治療法や診断法の開発が期待されます。
[1] www.amed.go.jp/news/release_20220204.html
[2] www.chugai-pharm.co.jp/profile/media/conference/files/190416jPresentation_handout.pdf
[3] ganjoho.jp/public/dia_tre/treatment/genomic_medicine/genmed02.html
[4] www.ncc.go.jp/jp/information/pr_release/2020/0206/index.html
[5] kaken.nii.ac.jp/ja/report/KAKENHI-PROJECT-21K19844/21K198442021hokoku/
[10] www.asahi.com/sp/articles/ASQ235DKNQ23ULBJ00J.html
[15] kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-21K19844
第3章：DNA編集技術
CRISPR-Cas9の原理
CRISPR-Cas9は、遺伝子編集のための革新的な技術であり、ゲノムの特定の部位を正確に編集することが可能です。この技術は、ガイドRNA（gRNA）とCas9というヌクレアーゼから構成されています。gRNAは標的とするDNA配列を特異的に認識して結合し、Cas9を導きます。Cas9は、gRNAによって指示されたDNAの特定の位置で二本鎖を切断します。この切断により、細胞の自然なDNA修復機構が活性化され、切断された部位に新しいDNA配列を挿入したり、既存の配列を削除または置換したりすることができます[1]。
CRISPR-Cas9の技術は、その簡便さと安価さから、世界中で広く使われています。しかし、オフターゲット作用、つまり意図しないDNA領域が編集される可能性があるため、使用には注意が必要です。この問題に対処するため、Cas9の由来する生物種によって異なるPAM配列を利用することで、オフターゲット作用を避ける方法もあります。例えば、SpCas9のPAM配列は5’-NGG-3’であり、SaCas9のPAM配列は5’-NNGRRT-3’です[1]。
CRISPR-Cas9の技術は、医学研究や治療法の開発において大きな可能性を秘めています。遺伝性疾患の原因となる遺伝子の修正、がん細胞の特定遺伝子を標的とした治療、農業における作物の品種改良など、多岐にわたる応用が期待されています。また、CRISPR-Cas9を用いた研究は、基礎生物学の理解を深めるためにも貢献しています。例えば、特定の遺伝子の機能を「ノックアウト」することで、その遺伝子が生物の発生や病態にどのように関与しているかを解明することができます[1]。
しかし、CRISPR-Cas9技術の応用には倫理的な検討も必要です。特に、人間の胚に対する遺伝子編集は、将来の世代に影響を及ぼす可能性があるため、社会的な合意形成が求められます。この技術の発展とともに、遺伝子編集に関する倫理的、法的なガイドラインの整備が進められています[1]。
参考文献:
1 Y Ishino, et al. J Bacteriol. 1987;169(12):5429-33.
2 R Jansen, et al. Mol Microbiol 2002;43(6):1565-75.
3 M Jinek et al. Science 2012;337(6096):816-21.
4 ジェニファー・ダウドナら著、櫻井祐子訳『CRISPR（クリスパー） 究極の遺伝子編集技術の発見』（文藝春秋）
5 J Lamberth et al. BioRxiv 2019:766493.
6 IM Slaymaker et al. Science 2016;351(6268):84-8.
倫理的考慮事項
遺伝子編集技術、特にCRISPR-Cas9などの最新の手法は、医療、農業、生物学研究など多岐にわたる分野で革新的な可能性を秘めています。しかし、この技術の応用は倫理的な問題を引き起こす可能性があり、社会への影響と議論が活発に行われています。
● 遺伝子編集技術の倫理性
遺伝子編集技術の倫理性に関する主な懸念事項は以下の通りです：
1. 安全性とリスク：遺伝子編集はオフターゲット効果を引き起こす可能性があり、これによって予期せぬ遺伝的変異やがん化などのリスクが生じる可能性があります[1][19]。
2. 人間の尊厳：遺伝子編集によって人間の特性を改変することは、人間の尊厳に関わる問題を提起します。特に、容姿や知能などの特性を改善することが技術的に可能になった場合、社会の価値観や在り方に大きな影響を与える可能性があります[19]。
3. 社会的不平等：遺伝子編集技術が高額である場合、裕福な人々だけが利用できるという懸念があります。これにより、社会的な不平等がさらに拡大する可能性があります[8]。
4. 生殖細胞系列遺伝子治療：受精胚に対する遺伝子編集は、将来の世代に遺伝的変化を受け継ぐ可能性があり、倫理的な議論の対象となっています。特に、2018年に報告されたCRISPRを用いた双子の誕生は、科学界や国際社会に衝撃を与え、このような研究が「超えてはならない一線」とされています[19]。
● 社会への影響と議論
遺伝子編集技術に関する社会的な影響と議論は以下のように展開されています：
– 規制とガイドライン：遺伝子編集技術に関する規制やガイドラインの策定が国際的に進められており、安全性や倫理性を確保するための枠組みが検討されています[17][20]。
– 公共の議論：遺伝子編集技術の社会への導入にあたり、科学者、倫理学者、法学者、政府、企業、市民が一体となって議論に参加することが重要視されています[16]。
– 教育と啓発：消費者や一般市民に対する遺伝子編集技術の教育と啓発が必要であり、理解を深めるための取り組みが求められています[15]。
– 倫理的な対話の促進：遺伝子編集技術に関する倫理的な対話を促進し、多様な意見を取り入れることが、技術の適切な利用に向けて不可欠です[12][13]。
遺伝子編集技術は、その倫理的な側面を考慮しながら、社会に受け入れられる形での応用が模索されています。そのためには、科学的な知見だけでなく、社会的、倫理的な観点からの慎重な議論が必要とされています。
[1] www.scj.go.jp/ja/info/kohyo/pdf/kohyo-24-t287-1.pdf
[12] www.jstage.jst.go.jp/article/kagakutoseibutsu/52/12/52_836/_pdf
[13] council.science/ja/current/blog/international-commission-on-the-clinical-use-of-human-germline-genome-editing-releases-report/
[15] www.asahi.com/articles/ASND26Q87NCVPITB012.html
[16] square.umin.ac.jp/platform/elsi/elsi_genome.html
[17] ja-bioethics.jp/conference/top31/genome-editing/
[19] www.jmsf.or.jp/genome/6.php
[20] www.jstage.jst.go.jp/article/jnlsts/15/0/15_140/_pdf
第4章：RNAの世界
RNAの基本と機能
RNA（リボ核酸）は、生物の細胞内で重要な役割を果たす分子です。DNAからの情報を基にタンパク質を合成する過程で中心的な役割を担っています。RNAには主にmRNA（メッセンジャーRNA）、tRNA（トランスファーRNA）、rRNA（リボソームRNA）の3種類があり、それぞれ異なる機能を持っています。
● mRNA（メッセンジャーRNA）
mRNAは、DNAの遺伝情報をリボソームへと運ぶ役割を持ちます。DNAの遺伝情報が転写され、mRNAとして核から細胞質へと輸送されます。リボソームでこのmRNAが読み取られ、アミノ酸が組み合わされてタンパク質が合成されます。このプロセスを翻訳と呼びます[20]。
● tRNA（トランスファーRNA）
tRNAは、アミノ酸をリボソームのmRNAに対応するコドンへ運ぶ役割を持ちます。tRNAの一端にはアミノ酸が結合し、もう一端にはそのアミノ酸を指定するアンチコドンが存在します。リボソームでmRNAのコドンとtRNAのアンチコドンが対応することで、正しいアミノ酸がタンパク質の合成に用いられます[20]。
● rRNA（リボソームRNA）
rRNAは、リボソームの構造と機能に関わるRNAです。リボソームはタンパク質合成の場であり、rRNAとタンパク質から構成されています。rRNAはリボソーム内で骨格の役割を果たし、mRNAとtRNAの正確な位置づけを助けることで、タンパク質の合成を効率的に行います[19]。
● RNA技術の最新動向
RNA技術は、特にmRNAを利用したワクチン開発において大きな進歩を遂げています。新型コロナウイルス（COVID-19）に対するmRNAワクチンは、短期間で開発され、高い効果を示しています。mRNAワクチンは、ウイルスの特定のタンパク質をコードするmRNAを人体に導入し、体内でウイルスのタンパク質を合成させることで免疫反応を引き起こします。この技術は、将来的に他の感染症やがんなどの治療にも応用される可能性があります[17]。
RNA技術は、医療分野における革新的な治療法の開発に貢献しており、今後もその応用範囲は広がっていくことが期待されます。
[17] www.pictet.co.jp/sustainability/mega/2021/mRNA-and-the-future-of-vaccine-development.html
[19] www.lifescience.mext.go.jp/others/word.html
[20] www.ncc.go.jp/jp/ri/division/cancer_rna/20211227164725.html
RNAベースの治療法
RNAベースの治療法は、RNA（リボ核酸）を利用して病気を治療する技術です。この分野では、特にRNA干渉（RNAi）技術とmRNA（メッセンジャーRNA）ワクチンが注目されています。
● RNA干渉技術（RNAi）
RNA干渉技術は、特定の遺伝子の発現を抑制することによって、病気の治療や遺伝子機能の研究に利用される技術です。RNAiは、細胞内で特定のmRNAを標的として分解することにより、そのmRNAからタンパク質が合成されるのを防ぎます。このプロセスは、短い二本鎖RNA（siRNA）や短いヘアピンRNA（shRNA）を用いて行われます。RNAi技術は、疾患に関連する遺伝子の機能を抑制することで、がんや感染症などの治療に応用されています[2][3][4][5][6][7]。
● mRNAワクチン
mRNAワクチンは、ウイルスのタンパク質を作るための遺伝情報（mRNA）を体内に導入し、人の細胞がその情報を読み取ってウイルスのタンパク質の一部を自ら生産することで免疫反応を引き起こすワクチンです。このプロセスにより、体はウイルスに対する防御機構を構築します。mRNAワクチンは、従来のワクチンと比較して迅速に開発できる利点があり、COVID-19パンデミックにおいて、初めて広範囲に使用されました[1][8][10][12][13][14][15][16][17][18][19][20]。
RNAベースの治療法は、その特異性と効率性から、医療分野において革新的な治療法として期待されています。RNAi技術は、疾患関連遺伝子の機能を特異的に抑制することができ、mRNAワクチンは迅速な開発と高い効果を実現しています。これらの技術は、今後も多くの疾患の治療法開発に貢献していくことが期待されます。
[1] www.nikkoam.com/files/sp/ark/docs/bigideas2023/7-Precision-Therapies_BigIdeas2023_J.pdf
[2] www.thermofisher.com/il/en/home/life-science/rnai/rna-interference-overview.html
[3] www.cosmobio.co.jp/support/technology/a/knockout-vs-knockdown-gcp.asp
[4] web.tuat.ac.jp/~mcb/rnai.html
[5] bsd.neuroinf.jp/wiki/RNA%E5%B9%B2%E6%B8%89
[6] www.jstage.jst.go.jp/article/arerugi/64/10/64_1352/_pdf
[7] www.thermofisher.com/blog/learning-at-the-bench/rnai-non-coding-rna-research/
[8] www.cas.org/ja/resources/cas-insights/biotechnology/rna-therapeutics-revolution
[9] www.wdb.com/kenq/dictionary/rnai
[10] www.pictet.co.jp/sustainability/mega/2021/mRNA-and-the-future-of-vaccine-development.html
[11] www.cosmobio.co.jp/product/detail/lipid-nanoparticles-for-rna-delivery-ecl.asp?entry_id=43081
[12] www.pfizervaccines.jp/learn/faq/04
[13] www.cov19-vaccine.mhlw.go.jp/qa/0021.html
[14] www.vaccine4all.jp/topics_M-detail.php?tid=21
[15] bio.nikkeibp.co.jp/atcl/report/16/011900001/22/08/25/00429/
[16] www.modernatx.com/ja-JP/power-of-mrna/about-mrna
[17] www.snohd.org/ImageRepository/Document?documentId=6074
[18] www.pref.kanagawa.jp/docs/ga4/covid19/about/vaccination.html
[19] www.cov19-vaccine.mhlw.go.jp/qa/structure/
[20] www.sumitomo-pharma.co.jp/sukoyaka/medicine/medicineworks/article15/
第5章：タンパク質の合成
DNAからタンパク質へ
遺伝子発現は、DNAに記録された遺伝情報がタンパク質として実現される一連のプロセスを指します。この過程は大きく分けて「転写」と「翻訳」という二つの段階に分かれています。
● 転写（Transcription）
転写は、DNAの遺伝情報がメッセンジャーRNA（mRNA）に複写される過程です。DNAの二重らせん構造のうち、鋳型となる鎖（アンチセンス鎖）の塩基配列をRNAポリメラーゼという酵素が読み取り、相補的なmRNAを合成します。このとき、DNAの塩基であるアデニン（A）、チミン（T）、グアニン（G）、シトシン（C）に対応して、mRNAではウラシル（U）がチミンの代わりに用いられます[1][2][5][6][13]。
● 翻訳（Translation）
翻訳は、転写されたmRNAがリボソームと呼ばれる細胞内の構造体によって読み取られ、アミノ酸が特定の順序で連結されてタンパク質が合成される過程です。mRNA上のコドンと呼ばれる3つの塩基の組み合わせが、それぞれ特定のアミノ酸を指示します。トランスファーRNA（tRNA）はアミノ酸を運び、リボソーム上でmRNAのコドンと対応するアンチコドンを持つtRNAが結合し、アミノ酸がペプチド結合で連結されていきます。このプロセスは、mRNA上の終止コドンに到達するまで続き、完成したポリペプチド鎖がタンパク質として機能するように折りたたまれます[3][11][16][18].
● アミノ酸とタンパク質の関係
タンパク質はアミノ酸がペプチド結合によって連結された高分子化合物です。生体内で機能するタンパク質は、20種類の標準アミノ酸から構成されており、その配列はDNAによって指定されます。アミノ酸はタンパク質の基本的な構成単位であり、タンパク質の構造と機能はアミノ酸の種類と配列によって決定されます[7][8][9][14][15][19].
[1] www.tmd.ac.jp/artsci/biol/textintro/Chapt9.htm
[2] bsw3.naist.jp/ko-kato/res-transcription.html
[3] www.sc.fukuoka-u.ac.jp/~bc1/Biochem/translat.htm
[4] www.nig.ac.jp/museum/dataroom/transcription/02_action/light.html
[5] www.sc.fukuoka-u.ac.jp/~bc1/Biochem/transcrp.htm
[6] www.tmd.ac.jp/artsci/biol/pdf3/Chapt9.pdf
[7] sports-science.ajinomoto.co.jp/thm01_aminoacids-muscle/
[8] www2.huhs.ac.jp/~h990002t/resources/downloard/14/14biochem1/2014aminoacid_protein.pdf
[9] www.morinaga.co.jp/protein/columns/detail/?category=health&id=130
[10] bio-sta.jp/beginner/proteinsynthesis/
[11] bsw3.naist.jp/ko-kato/res-translation.html
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[14] www.kamaboko.com/fishprotein/articles/difference/
[15] www.tyojyu.or.jp/net/kenkou-tyoju/eiyouso/tanpaku-amino.html
[16] www.nig.ac.jp/museum/dataroom/translation/01_introduction/index.html
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[18] www.rikelab.jp/glossary/4361.html
[19] shop.grong.jp/blogs/column/difference-protein-and-amino-acids/
[20] www.try-it.jp/chapters-15090/sections-15091/lessons-15114/point-2/
生化学と生物学の接点
生化学と生物学の接点は、生命現象を化学的な視点から理解し、分子レベルでの生物の構造と機能を研究する分野です。特にタンパク質合成の過程は、生化学と生物学が融合する典型的な例であり、生命の基本的なメカニズムを解明する上で中心的な役割を果たしています。
● タンパク質合成の生化学的過程
タンパク質合成は、遺伝情報がDNAからRNAへと転写され、その後、RNAがリボソームで読み取られてアミノ酸が連結される翻訳の過程を経て行われます[2][3]。この過程はセントラルドグマとして知られ、遺伝子発現の基本的な流れを示しています。
1. 転写: DNA上の遺伝情報がRNAポリメラーゼによってメッセンジャーRNA (mRNA) に転写されます。この過程で、イントロンと呼ばれる非コーディング領域が除去され、エキソンが結合して成熟したmRNAが形成されます[2]。
2. 翻訳: 成熟したmRNAは核から細胞質へと移動し、リボソームに結合します。リボソームはmRNA上のコドンを読み取り、トランスファーRNA (tRNA) が運ぶアミノ酸を特定の順序で連結させてポリペプチド鎖を合成します[2][3]。
3. ポストトランスレーショナル修飾: タンパク質は合成後、折りたたみや化学的修飾を受けて機能的な立体構造を取り、細胞内での特定の役割を果たすようになります[2]。
● タンパク質の機能と生物学的重要性
タンパク質は細胞内で多様な機能を担っており、生物学的に非常に重要です。以下はタンパク質の主な機能の例です[1]。
– 酵素: 生化学反応を触媒し、代謝プロセスを加速します。
– 構造タンパク質: 細胞や組織の構造を形成し、機械的な強度を提供します。
– 運搬タンパク質: 酸素や栄養素などの分子を細胞内外で運搬します。
– シグナル伝達: ホルモンや受容体として機能し、細胞間のコミュニケーションを担います。
– 免疫応答: 抗体として病原体を認識し、排除する役割を果たします。
タンパク質の研究は、疾患の治療法や新しい薬剤の開発、さらには生命の起源や進化の理解にも寄与しています。生化学と生物学の接点におけるタンパク質の研究は、生命科学の進歩に不可欠な要素であり、分子生物学、遺伝学、細胞生物学など多くの分野に影響を与えています。
[1] genetics.qlife.jp/tutorials/How-Genes-Work/What-are-proteins-and-what-do-they-do
[2] ruo.mbl.co.jp/bio/product/epigenetics/article/gene-expression.html
[3] genetics.qlife.jp/tutorials/How-Genes-Work/makingprotein
プロフィール
この記事の筆者：仲田洋美（医師）
