DNA,遺伝子、染色体の違いについて解説

この記事の概要

DNA、遺伝子、染色体の違いをわかりやすく解説。それぞれの役割や構造、体内での働きについて詳しく説明し、基礎知識を深めましょう。

DNA（デオキシリボ核酸）

構造: DNA（デオキシリボ核酸）は、二重らせん構造を持つ分子で、4つの塩基（アデニン、チミン、グアニン、シトシン）からなる。
役割: 遺伝情報を保存し、細胞の活動を指示する設計図。細胞内で複製され、親から子へと遺伝情報を伝達する。
DNAの構造は、「二重らせん」と呼ばれる形をしています。これは、はしごがねじれたような形です。DNAは4つの塩基（アデニン(A)、チミン(T)、グアニン(G)、シトシン(C)）から構成され、それぞれが対を形成します。AはTと、GはCと結びつきます。この対が、DNAの「はしごの段」に相当します。二重らせんの構造は、細胞内で遺伝情報を安定して保つために重要です。

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遺伝子とは

遺伝子とは、DNA（デオキシリボ核酸）の中に含まれる特定の塩基配列を指し、生命のあらゆる機能を支える重要な情報を保持しています。遺伝子は、私たちの体がどのように機能し、どのように成長し、どのような形質を持つかを決定する役割を担っており、特定のタンパク質をコードすることでこの役割を果たします。以下、遺伝子の構造やその役割について詳しく説明します。

1. 遺伝子の構造

遺伝子は、DNA分子の中に存在し、特定の順番で並んだ塩基（ヌクレオチド）の配列から構成されています。DNAは二重らせん構造をしており、塩基はアデニン（A）、チミン（T）、シトシン（C）、グアニン（G）の4種類です。これらの塩基は、AとT、CとGのペアで結合して二重らせんを形成しています。

遺伝子の構造についての主要なポイントは次の通りです：

DNAの基本構造：DNAはヌクレオチドという単位から構成されており、ヌクレオチドはリン酸、糖（デオキシリボース）、そして塩基（A、T、C、G）から成ります。
塩基配列：遺伝子は、A、T、C、Gの特定の配列によって決まります。この配列はタンパク質を合成するための情報を保持しています。
エクソンとイントロン：遺伝子の中には、タンパク質をコードする領域（エクソン）と、コードしない領域（イントロン）があります。エクソンは実際にタンパク質の合成に関与し、イントロンは転写後のプロセスで取り除かれます。
プロモーター領域：遺伝子の先頭にはプロモーターと呼ばれる領域があり、ここが転写の開始点です。この領域には、RNAポリメラーゼという酵素が結合し、DNAの情報をRNAに転写する過程が始まります。

2. 遺伝子の役割

遺伝子の主な役割は、タンパク質をコードすることです。私たちの体の構造や機能は、タンパク質によって支えられています。たとえば、筋肉、皮膚、酵素、ホルモンなどはすべてタンパク質から成り立っています。遺伝子が持つ塩基配列が、これらのタンパク質の合成に必要な「設計図」として機能しているのです。

遺伝子がタンパク質をコードする過程は以下のステップで進行します：

転写（Transcription）

DNAの特定の遺伝子部分がRNAポリメラーゼという酵素によって読み取られ、mRNA（メッセンジャーRNA）という形で写し取られます。これは、DNAからの情報を持ち運ぶ役割を担います。
このプロセスでは、Aはウラシル（U）に置き換わりますが、他の塩基（C、G、T）はそのままRNAにコピーされます。

翻訳（Translation）

mRNAはリボソームと呼ばれる細胞内の構造に結合し、mRNAに含まれる塩基配列に従って、アミノ酸が特定の順番で結合され、タンパク質が合成されます。このプロセスは「翻訳」と呼ばれます。
mRNAの塩基は3つ一組（コドンと呼ばれる）で読み取られ、1つのコドンが1つのアミノ酸を指定します。これにより、アミノ酸の鎖が構成され、最終的に機能を持つタンパク質が作られます。

タンパク質の機能

遺伝子がコードするタンパク質は、体内でさまざまな機能を果たします。たとえば、酵素は化学反応を促進し、ホルモンは体の機能を調整します。コラーゲンやケラチンのような構造タンパク質は、皮膚や骨、毛髪を構成します。

3. 遺伝子と形質の関係

形質とは、目の色、身長、血液型など、外見や体質に関連する特徴です。これらの形質は遺伝子によって決定され、親から子へと遺伝します。

遺伝子の多様性：個々の人間は、同じ種類の遺伝子を持っていますが、塩基配列に微妙な違いがあるため、私たちの外見や性質が異なります。これを遺伝子多型（SNPs：一塩基多型）と呼び、個人差を生む重要な要因です。
対立遺伝子：遺伝子には、異なる形のもの（対立遺伝子）があり、例えば目の色の遺伝子には青色をコードする対立遺伝子や茶色をコードする対立遺伝子があります。両親から一つずつ受け継がれた対立遺伝子が、どの形質を持つかを決定します。
優性と劣性：対立遺伝子には優性と劣性の性質があり、優性の遺伝子が発現しやすい形質となります。例えば、茶色の目の遺伝子は優性であり、青色の目の遺伝子は劣性です。そのため、両方の遺伝子がある場合、茶色の目が現れやすくなります。

4. 遺伝子と疾患

遺伝子は形質だけでなく、特定の疾患の発症にも関わります。遺伝子に変異が生じると、正常にタンパク質が合成されず、体の機能に異常をもたらすことがあります。

遺伝子変異：遺伝子の塩基配列が何らかの要因で変異すると、タンパク質の構造や機能が変わることがあります。これが疾患の原因となる場合があります。例えば、鎌状赤血球貧血症は、ヘモグロビン遺伝子の変異によって引き起こされます。
遺伝性疾患：一部の疾患は、親から子へ遺伝する形で発症します。これは、特定の遺伝子が変異している場合に発生します。例えば、ハンチントン病やシスチックファイブローシスなどは遺伝性疾患の一例です。