DNAの複製の仕組み－メセルセンとスタールの実験－

半保存的複製

新しくDNAを合成する際は２本鎖が解け、それぞれ新しいDNAを合成するための鋳型となる。半分はオリジナルのDNAがベースになって複製されることを半保存的複製と呼ぶ。

メセルソンとスタールによる実験

半保存的複製を証明したのはメセルソンとスタールである。彼らは窒素（14N）の同位体15Nを用いて大腸菌のDNAを複製させた。なお、15Nは通常の14Nに比べて重いという特徴を持つ。

実験手順１

メセルセンとスタールは大腸菌を15Nの培地で育て、DNAに含まれる窒素を全て15Nとした。大腸菌をすり潰し、DNAを抽出して遠心分離にかけたところ、次のようなバンド（15NのみのＤＮＡ）が現れた。

実験手順2

大腸菌を14Nの培地に移して一度細胞分裂させた。培地内の大腸菌のDNAを抽出し、遠心分離すると15Nと14Nの中間の重さを持ったDNAのバンドが現れた。

実験手順3

14Nの培地で２度目の細胞分裂をさせた。同様に、培地内の大腸菌のDNAを抽出し、遠心分離すると15Nと14Nの中間の重さを持ったDNAと、14Nだけの軽いDNAが複製された。

DNA複製の仕組み

DNA複製は以下の順序で起こる。

①二本鎖の開裂

②プライマーの結合

プライマーと呼ばれる短いRNAが、解かれたヌクレオチド鎖に結合する。プライマーはDNAポリメラーゼが結合する際の目印となる。

http://www.gmotesting.com/

③ＤＮＡポリメラーゼによる合成

プライマーを目印としてDNAポリメラーゼと呼ばれる酵素が解かれた１本鎖DNAに結合する。DNAポリメラーゼは相補的な塩基を持つヌクレオチドを結合させていく。DNAポリメラーゼは鋳型DNAを3’から5’の方向に進行し、5’から3’の新しいヌクレオチド鎖を合成する。

http://researchguides.library.vanderbilt.edu/

3’、5’とはデオキシリボースの炭素の番号のことである。デオキシリボースの５番目の炭素がある方向を5’、３番目の炭素がある方向を3’と呼ぶ。それぞれの鎖のヌクレオチドの向きは逆向きになっている。

④リーディング鎖とラギング鎖の合成

１本のヌクレオチド鎖は、DNAヘリカーゼが開裂する方向に向かってDNA合成するため、連続して合成できる。そのDNA鎖リーディング鎖（下画像上段）と呼ぶ。しかし、もう一方のヌクレオチド鎖は、DNAヘリカーゼの進行方向と逆向きに合成を進行するため、不連続なDNA複製を行う。この不連続な合成を行う鎖をラギング鎖（下画像下段）と呼ぶ。