おまきざるの自由研究

好奇心の赴くままに

DNAと遺伝子の違いとは?【会話形式でさくっと学ぶDNAの基礎の基礎】

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 はじめに

 ●某女子大で生物系の講義を担当中の尾巻講師(いつも白衣着用)が,生協のコピー機で友達のノートをコピーしようと列に並んでいる大学3年生の都子さんと立ち話をしています.

●都子さんは尾巻講師のとある講義を履修しています.

この前提のもと,DNAと遺伝子の違いについて,2人の会話形式でお送りします.

以下のエントリーを順に通読いただけると,DNA→RNA→タンパク質合成(翻訳)まで一連の流れを掴めます.ぜひどうぞ.

DNAの4つの塩基:ATGC
DNA複製の基礎の基礎
DNA修復の基礎の基礎
DNAからRNAへの転写の基礎の基礎
DNA・RNAの基礎の基礎:選択的スプライシング
tRNAと翻訳の基礎の基礎 

女子大生と講師によるDNAと遺伝子の違いの会話

 

都子さん,こんにちは.ノートのコピーですか?

 

 

先生こんにちは.そうなんです.教育実習で休んでたときのノート,まとめてコピーさせてもらおうと思って

 

 

私も友人にはよく世話になりましたよ(しみじみ).ところで,そのノートは休んでたときの分だけなの?

 

 

そうです〜.全部借りてうっかり無くしたらたいへんなので.ほんとは,出席したけど授業中寝てた分もコピーしたかったんですけど.てへぺろ

 

 

てへぺろじゃないでしょ・・・授業ちゃんと聞いてほしいですね.とはいえ,私もよく寝てたしね.
 それはそうと,講義のノート丸ごとじゃなくて一部分だけというのはDNAと遺伝子の関係みたいですね

 

 

先生,なんだか無理矢理DNAに話をもってきましたね

 

 

あまり字数を無駄にできないからねえ.

ヒトのDNAはヌクレオチド約31億対,たとえば二重鎖DNAをこう書くと,

5'-CCA TAC ・・・CGA-3'→①
3'-GGT ATG ・・・GCT-5'→②

この塩基の対が約31億並んでます.

そしてDNAの塩基配列の大きな役割はタンパク質を作る情報を保持することなんだ.「Essential細胞生物学」のp.181にはこう書いてあります.

「遺伝子geneは,特定のタンパク質やRNA分子をつくるための指令を含んだDNAと定義する.(中略)ある細胞や生物の全染色体に書き込まれた遺伝情報全体をゲノムgenomeとよぶ」

 

 

じゃあ,31億全部の塩基配列が遺伝子になっているんですか?あれ?でもさっき「講義のノート丸ごとじゃなくて一部分だけ」がDNAと遺伝子の関係みたいって言ってましたよね?

 

 

そう,よく気付いたね.31億全部の並びが即ち遺伝子ではないんだよ.「Essential細胞生物学」p.181の続きにはこう書いてある.「多くの真核生物(ヒトも含め)の染色体には,遺伝子やその正常な発現に必要な特別な塩基配列のほかに大量の余分なDNAが含まれる.その大半は細胞の役に立つのかはっきりしていないため,"ジャンク(がらくた)DNA"とよばれることもある.だが,特定の塩基配列が重要なのではなくて,このDNAそのもの(これがつくる余白)が,種の長期的な進化や遺伝子の適切な働きに役立つのかもしれない」.
 全塩基配列の一部が遺伝子として働くことがわかったけど,それ以外のジャンク領域の働きはまだわからない,ということだね

 

 

そう言われてもなんだかピンときません・・・ところで先生,なんで文庫版『ジョジョの奇妙な冒険』13巻なんか持ってるんですか?

 

 

これは帰りの電車で読むつもりで・・・そうだ,ちょうどいい.このマンガをDNAに見立てようか.ここには少年週刊ジャンプ1990年42号〜1991年6号分が掲載されてます.

この中で,アヌビス神のスタンドが登場するのは,「アヌビス神」その①〜その⑥までの6号分.そして遺伝子をアヌビス神が登場する回のみとすれば,その前のオインゴ・ボインゴ,後のマライアが登場する回はジャンクDNAということになります

 

 

逆に,アヌビス神が登場する回をジャンクDNAとすれば,遺伝子(オインゴ・ボインゴ)ジャンクDNA(アヌビス神)遺伝子(マライア)となって,遺伝子と遺伝子の間にジャンクDNAが入ってる,ということになる

 

 

「Essential細胞生物学」のp.181に書いてあることを言い換えると,文庫版ジョジョ13巻をゲノムgenomeとした場合,アヌビス神が登場した回を遺伝子geneとすれば,残りのオインゴ・ボインゴとマライアは遺伝子じゃなくてジャンクDNAになるんですね.
 ところで31億の塩基対のうち,遺伝子の領域はどれくらいになるんですか?

 

 

ジェームス・D・ワトソン著『DNA』のpp.254-255によれば,「ヒトゲノムのうちタンパク質を暗号化している部分はおよそ2%にすぎず,残りは「ジャンク」という身も蓋もない名前で呼ばれている.」とあります.「Essential細胞生物学」のp.316には「タンパク情報をもつ遺伝子を考えると,この領域はヒトゲノムの1.5%にすぎない」と書いてある.まるでコミック1冊に収録されたうちのほんの1コマを探すような感じかもしれないね.

 

 

なんだか気が遠くなるような話ですね.でも,遺伝子はジャンクDNAの中に散らばっているので,1コマというよりセリフ数文字単位で本のあちこちに点在してるイメージを持ちました.実際はどうなんですか?

 

 

そのほうが正しいと思うよ.ヒトの場合,染色体は1〜22番の常染色体と性別を決定する性染色体(X染色体とY染色体)がある.1番染色体は2億7900万bp(base pair=塩基対)あって,遺伝子は2,610個見つかっている(画像出典:GENOME MAP│ヒトゲノムマップ).いろんなところに遺伝子があるからね.

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ただ,このHPは2006年2月までのデータベースをもとにしているから,この数字を覚える必要はないだろうね.

 

 

じゃあ,ヒトのタンパク質をつくる遺伝子はいったいいくつあるんですか?

 

 

約21,000種類,遺伝子の平均の大きさは27,000塩基対とのことです(「Essential細胞生物学」p.314, 表9-2)

 

 

今ので憶えた・・・

 

 

アヌビス神のスタンドはお約束ということで,ご了承ください(固定されたフキダシ).

 

 

以前講義で見たNHKスペシャル『人体Ⅲ』のDVD第1巻で「タンパク質の数が約10万種類,遺伝子の数も約10万」って言ってたとような記憶がありますけど,遺伝子数が21,000種なら,どうして10万種のタンパク質が作れるんですか?

 

 

その話をするには転写の原理を説明しないとこんがらがるので,またの機会にしましょう.それより,前回,「遺伝子にDNA損傷が起きてもし修復がうまくいかなかったらどうなると思う?」という話で終わったけど最後にちょっとだけ話しておきます.

 

 
「遺伝子geneは,特定のタンパク質やRNA分子をつくるための指令を含んだDNAと定義する」とさっき言ったように,遺伝子の塩基配列はタンパク質なんかを合成するために重要な情報を担っています.その塩基配列が乱れると,本来作られるはずのタンパク質などが作られなくなってしまいます

 

 

ふんふん

 

 

DNA複製の際,誤対合を修復することは前回のエントリーに書きましたが,100%修復するわけじゃなかったよね.遺伝子のどこかの誤対合を修復できなかったら,誤対合が残ってしまいます.でも,DNAは遺伝子領域よりもジャンク領域のほうがはるかに多い.だから,ジャンク領域で誤対合を含む塩基配列の変異が蓄積されても,生物の体や仕組みにただちに影響するとは限らないんだよ

 

一方,遺伝子の塩基配列のうち,実際にタンパク質合成に使われる部分に変異が生じると,それが例え塩基1つだとしても生まれつき病気になることもあります.以前,アトピー性皮膚炎と遺伝子変異について話をしたのを覚えてるかな?(アトピー性皮膚炎をもたらす遺伝子突然変異を女子大生と講師の会話で説明する - おまきざるの憂鬱

 

ふう,やっとコピー終わりました!友達に帰さなきゃ.あ,先生何か言ってました?

 

 

・・・今回のお話はここまでとしましょう.

 

 
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参考書

 <記事執筆に使用した参考書・DVD>

 

 

 

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まとめ

◆ゲノムはそのすべてが遺伝子というわけではありません.

DNAはそのすべてが遺伝子ではなく,今のところ,DNAのごく一部(1.5%)が遺伝子(タンパク質コード領域)と考えられています.

◆遺伝子の数は生物によって違います.

・単細胞生物である出芽酵母→約6000個
・約1000個の細胞でできている多細胞生物の線虫→約24000個

一方,約60兆個の細胞でできている私たちヒトはというと,遺伝子の数は約27000個(以上3つについては上記『細胞の中の分子生物学』pp.60-62より引用,なおヒトの遺伝子数についてはフキダシのセリフで用いたEssential細胞生物学では21000だったように諸説あります).

◆そして,遺伝子ではない領域,すなわち"ジャンクDNA"領域は,タンパク質を作らないけどRNAをコードする領域になっていたり,いろんな調節に働く領域と考えられています.

そして,"ジャンクDNA"領域の全部がジャンク=がらくたではないようです.

 

今後,研究が進む中で遺伝子の数やジャンクDNAの働きなどがもっと明らかになることでしょう.

ではまた!