先行 DNA 鎖と遅行 DNA 鎖: 違いと比較

DNA複製では、複製フォークの動きに合わせてリーディング鎖が5'から3'方向に連続的に合成されます。その合成は DNA ポリメラーゼ III によって促進され、スムーズに行われます。逆に、ラギング鎖は、複製フォークから離れて、3'から5'方向に短い岡崎フラグメントとして不連続に合成されます。

主要な取り組み

1. リーディング鎖は連続的に複製され、ラギング鎖は不連続に複製されます。
2. DNAポリメラーゼIIIはリーディング鎖を合成し、DNAポリメラーゼIはラギング鎖を合成します。
3. リーディング鎖はラギング鎖よりもプライマーが少なく、岡崎フラグメントを合成するには複数のプライマーが必要です。

先行する DNA 鎖と遅れている DNA 鎖

リーディング ストランドは、複製フォークの動きの 5'3 方向に連続的に複製します。 リーディング鎖は RNA プライマーを必要としません。 ラギング鎖は、複製フォークの動きと反対の 3'5 方向に不連続に複製します。 RNAプライマーが必要です。

比較表

機能	リーディングストランド	ラギングストランド
合成	連続的な	不連続（岡崎断片）
合成の方向性	複製フォークの動きと同じ (5' から 3')	複製フォークの動きの反対 (3' から 5')
必要なプライマーの数	1	岡崎フラグメントごとに複数
DNAリガーゼの要件	いいえ	はい、岡崎フラグメントに参加します
レプリケーション フォークと比較した増加率	レプリケーションフォークから離れて	レプリケーションフォークに向けて

主要な DNA 鎖とは何ですか?

概要

主要な DNA 鎖は DNA 複製の重要な要素であり、遺伝情報の忠実な複製を促進します。その合成は複製プロセス中に継続的かつ効率的に行われ、DNA 分子全体の迅速かつ正確な複製が保証されます。

合成プロセス

主要な DNA 鎖の合成は複製起点で始まり、そこで DNA 二重らせんがほどけて複製フォークを形成します。 DNA ヘリカーゼ酵素は複製フォークの前で二重らせんをほどき、複製用の一本鎖 DNA テンプレートを作成します。次に、プライマーゼは、リーディング鎖テンプレートの 3' 末端で短い RNA プライマーを合成します。

プライマー合成に続いて、主要な複製ポリメラーゼ酵素である DNA ポリメラーゼ III が RNA プライマーに結合し、DNA 合成を開始します。これは、リーディング鎖を 5' から 3' 方向に伸長し、テンプレート鎖に沿って複製フォークに向かって連続的に移動します。 DNA ポリメラーゼ III がリーディング鎖を合成すると、親 DNA 鎖が置き換えられ、その後ラギング鎖合成のテンプレートとして使用されます。

リーディング鎖の継続的な合成により、DNA 分子の効率的かつ協調的な複製が保証されます。 DNA ポリメラーゼ III は、高い処理能力でテンプレート鎖に沿って移動し、驚くべき忠実度で親 DNA 鎖に相補的なヌクレオチドを追加します。複製フォークが進行するにつれて、リーディング鎖が急速に伸長し、遺伝物質の迅速かつ正確な複製が可能になります。

ヒストンの役割

ヒストンは、DNA テンプレートへのアクセスを促進し、複製中のヌクレオソーム構造を安定化することにより、DNA 複製において重要な役割を果たします。これらのヒストンはヌクレオソームコアの一部を形成し、その周りに DNA が包まれてクロマチンを形成します。複製中、複製機構の DNA テンプレートにアクセスできるようにするために、ヒストンは一時的に移動される必要があります。

ラギング DNA 鎖とは何ですか?

概要

ラギング DNA 鎖は DNA 複製の基本的な構成要素であり、リーディング鎖と連携して動作して、遺伝物質の正確かつ完全な複製を保証します。リーディング鎖とは異なり、ラギング鎖は岡崎フラグメントと呼ばれる短いフラグメントとして不連続に合成されるため、効率的な複製を確保するには特殊な機構が必要です。

合成プロセス

ラギング DNA 鎖の合成はリーディング鎖と同時に起こりますが、逆方向に進みます。複製フォークが進行するにつれて、DNA ヘリカーゼが二重らせんを解き、複製用の一本鎖 DNA テンプレートを生成します。プライマーゼは、ラギング鎖テンプレートに沿って一定の間隔で短い RNA プライマーを合成します。

次に、DNA ポリメラーゼ III が RNA プライマーに結合して DNA 合成を開始し、複製フォークから離れた 5' から 3' 方向に短い岡崎フラグメントを合成します。各岡崎フラグメントの長さは 100 ～ 1000 ヌクレオチドの範囲です。ラギング鎖の不連続な合成には、各フラグメントを開始するためにプライマーゼによる RNA プライマーの周期的な合成が必要です。

DNA ポリメラーゼ III が岡崎フラグメントを合成すると、最終的には隣接するフラグメントの前の RNA プライマーに遭遇します。この時点で、酵素は 5' から 3' の方向に DNA を合成し、RNA プライマーを置き換えてフラグメント間にギャップを残します。次に、DNA ポリメラーゼ I が RNA プライマーを除去し、DNA ヌクレオチドでギャップを埋め、ラギング鎖テンプレートに相補的な連続 DNA 鎖を合成します。

リーディング DNA 鎖とラギング鎖の主な違い

• 合成方向:
  • Leading Strand: 複製フォークの動きの方向に合わせて、5' から 3' 方向に連続的に合成されます。
  • ラギング鎖: 複製フォークから離れて 5' から 3' 方向に不連続に合成され、その結果、岡崎フラグメントが形成されます。
• プライマーの要件:
  • リーディング ストランド: 合成を開始するには、複製起点に 1 つの RNA プライマーのみが必要です。
  • ラギング鎖: 各岡崎フラグメントの合成を開始するには、テンプレートに沿って間隔をあけて配置された複数の RNA プライマーが必要です。
• 合成効率:
  • リーディング ストランド: 連続的な性質により効率的かつ迅速に合成され、DNA 分子の迅速な複製につながります。
  • ラギング鎖: 不連続な性質により合成効率が低く、複数の岡崎フラグメントの合成と処理が必要となり、複製が遅くなります。
• 岡崎フラグメント形成:
  • リーディングストランド: 岡崎フラグメントを形成しません。合成は中断されることなく継続的に行われます。
  • ラギング ストランド: 合成の不連続な性質によりオカザキ フラグメントを形成し、結合する必要がある短い DNA フラグメントが生成されます。
• ポリメラーゼの動き:
  • リーディング鎖: DNA ポリメラーゼは、テンプレート鎖に沿って複製フォークに向かって連続的に移動します。
  • ラギング鎖: DNA ポリメラーゼは不連続的に移動し、複製フォークから離れたところで岡崎フラグメントを合成します。
• 処理メカニズム:
  • リーディング ストランド: 最小限の処理が必要です。合成された DNA は、成長する鎖に直接組み込まれます。
  • ラギング鎖: 連続した DNA 鎖を生成するには、RNA プライマーの除去、ギャップ充填、岡崎フラグメントの結合などの追加の処理ステップが必要です。

参考情報

1. https://science.sciencemag.org/content/300/5623/1300.abstract
2. https://www.embopress.org/doi/abs/10.1093/emboj/18.22.6561