よぉ、桜木建二だ。今回は「岡崎フラグメント」について解説していくぞ。岡崎令治博士と妻の岡崎恒子博士が発見した岡崎フラグメントは聞いたことはあるだろうか。これはDNA複製のメカニズム解明の鍵となった、まさにノーベル賞級の大発見だったんだ。DNA複製に岡崎フラグメントがなぜ必要なのか、DNA複製のメカニズム解明で困難だったことなどを説明していきたいと思う。この記事では生物学に詳しい、理系院卒ライターtomato1121と解説していくぞ。
解説／桜木建二
「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。
ライター／tomato1121
大学と大学院で学んだことを元に、生物の楽しさを伝えたいと思いライターになる。生物学の知識を分かりやすく伝え、多くの人に興味を持ってもらえるように日々奮闘中。
DNA複製過程で作られる岡崎フラグメントとは
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岡崎令治博士が岡崎恒子博士とともに研究し、発見したのが岡崎フラグメントというもの。DNAの複製過程で短いDNAの断片が多数つくられることを初めて明らかにしました。当初はDNAを精製する過程で断片化してしまっただけでは？と、他の研究者たちも半信半疑だったのです。
それではこの岡崎フラグメントがどのようなものか、なぜ必要なのかを解説していきましょう。
DNAの構造や方向性について
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まずDNAの構成単位についておさらいしていきましょう。＜図1＞を見てください。DNAはリン酸と糖と塩基が結合したヌクレオチドが構成単位となっています。糖は炭素原子5個をもつ五炭糖。炭素原子に1’～5’まで番号がついており、1’に塩基、5’にリン酸が結合している構造となっています。そして3’の部分には別のヌクレオチドのリン酸が結合することとなり、このようにして次々とヌクレオチドが重合してDNA鎖が伸長していくのです。
したがって、ヌクレオチドはリン酸を介して5’から3’へと決まった方向に結合していくこととなります。このとき、5’側を5’末端、3’側を3’末端と呼ぶことを覚えておきましょう。
桜木建二
ちなみに、日本語では「’」はダッシュと読む。5’末端は「ごダッシュまったん」と言うことが多いぞ。しかし英語では「’」はプライムと読むので、5’は「five-prime」と発音する。覚えておくと役に立つかもしれないな。
DNA複製の開始
細胞が分裂する前に必要なのが、S期（DNA複製期）に行われるDNAの複製。娘細胞に全く同じ遺伝情報を受け継がせることは、生物が生体内の秩序を保つためには必要不可欠です。
全く同じDNA鎖を合成するため、DNAの二本鎖をほどいてそれぞれが鋳型となり、新しい鎖が複製されるシステムが備わっています。これを半保存的複製といいますね。
部分的にDNA鎖がほどかれ、複製が開始される場所を複製起点と呼んでいます。ここに結合するのがDNAポリメラーゼ。このDNAポリメラーゼは3’末端に新たなヌクレオチドを重合させる働きをもつ酵素です。
複製起点からは両側に複製が進む
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複製起点でDNA鎖がほどかれると、そこを起点として左右両方向に複製が進むことが分かっていました。ここで、＜図2＞を見てください。鋳型となっている二本鎖DNAは起点から両方向に進もうとすると、一方は5’末端→3’末端に、もう一方は3’末端→5’末端と逆向きになることが分かりますでしょうか。
DNAポリメラーゼは、5’末端→3’末端にしかヌクレオチドを重合できません。3’末端→5’末端へとDNAを合成する酵素があるかもしれない、と考えた研究者もいたようです。しかしそのような酵素は見つからず、逆向きにDNA鎖を合成するしくみは謎に包まれていました。
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