DNA複製（読み）ディーエヌエーフクセイ（英語表記）DNA replication

デジタル大辞泉

ディーエヌエー‐ふくせい【DNA複製】

細胞が分裂する際に、遺伝子の本体である二本鎖のDNAがほどけ、それぞれの鎖を鋳型にして、親DNA同じ塩基配列を持つ2組の二本鎖DNAが合成されること。

出典　小学館

改訂新版　世界大百科事典

DNA複製 (ディーエヌエーふくせい)
DNA replication

DNAは遺伝情報を担う物質であるので，DNA複製は遺伝情報の複製すなわち遺伝子複製とほぼ同義であり，生命を特徴づける最も基本的機能の一つである。20世紀の中ごろ，種々の実験からDNAが遺伝物質として確定されたが，遺伝情報がどのような形で蓄えられているのかということとともに，莫大な量の情報がいかにして正確に複製され分配されるのかという問題は不明のままで残った。1953年にJ.D.ワトソンとF.H.C.クリックによって発表されたDNAの構造モデル（二重らせん）は，これらの問題に対する大きな突破口となった。58年，メセルソンM.MeselsonとスタールF.Starlは同位体を用いて重さの異なる鎖からなるDNAを作るという画期的な方法を利用して，DNAの複製が“半保存的”に起こることを証明した。これによると，DNAの2本鎖のそれぞれの鎖が鋳型となり，その鋳型に相補的な鎖が新しく合成されることによってDNAの複製が起こる。したがって，新しく作られたDNA分子は古い鎖と新しい鎖がより合わさっていることになる。DNA複製には必ずDNA合成が伴うが，これを行うのがDNAポリメラーゼという酵素である。この酵素によって触媒されるDNA鎖の伸長は一方向にしか起こらない。ところがDNA分子を構成する2本の鎖は互いに逆方向の極性をもっており，一方の鋳型DNA鎖で起こるDNA鎖の伸長方向は，全体としての複製方向と逆向きになるという問題が生じる。この見かけ上の矛盾を解決するのに，日本の岡崎令治らの研究が大きな寄与をした。すなわち，少なくとも一方の鎖上で起こるDNA鎖の合成は不連続的であり，複製方向と逆向きに合成された短いDNA鎖がDNAリガーゼによって次々と結合されていく（図a）。この短いDNA鎖は〈岡崎フラグメント〉と呼ばれ，下等生物から高等生物に至るまで広くその存在が確認されている。

　ところで，DNA複製は遺伝情報の複製という意義をもつ機能であるので，単なるDNA合成とは異なり，厳密な制御をうけている。すなわち，細胞分裂にともなって遺伝情報の複製と娘細胞へのその分配が正確になされる必要がある。たとえば，ヒトの培養細胞の培養液中にDNA合成の材料であるヌクレオチドを放射能で標識して加えておき，細胞核内へのこの放射能のとり込み（DNA合成）を測定すると，一部の細胞でだけDNAの合成が起こっていることがわかる。このような研究からわかったことは，細胞は細胞分裂（核分裂）に先立つ特定の時期に，DNAの複製を集中して行うということである。では，DNA複製の時期はいかに制御されているのであろうか。現在一般に認められている考え方は，複製開始の制御が重要であるというものであるが，具体的には不明な点が多い。比較的研究が進んでいる大腸菌の場合，その遺伝情報は全長約1.4mmの環状DNAに蓄えられているが，複製開始起点は1ヵ所であり，その位置は一定である。複製の開始のためには，おそらく10種類以上の因子が必要であり，複製は開始点から両方向に進む（図b）。複製開始の頻度は生育条件により異なるが，いったん複製が開始されると，その後のDNA鎖の伸長速度はあまり変わらない。1.4mmの染色体を複製するのに約40分かかる。

　大腸菌の染色体のように，一つの複製開始点をもち，そこからの複製開始を制御する一群の因子を伴う複製単位としてのDNAをレプリコンrepliconと呼ぶ。ウイルスやプラスミドのDNA，あるいはミトコンドリアや葉緑体に含まれるDNAもまたレプリコンであり，それぞれ独特の制御をうけている。高等生物の場合，細胞あたりのDNA含量は著しく多い。ヒトの細胞の46本（二倍体）の染色体が含むDNAの長さは約2mに達する。もし各染色体の複製起点が1ヵ所しかないとすると，複製の完了には異常に長い時間を必要とすることになる。しかし実際には，染色体に沿って多くの複製起点が存在することがわかっており，培養細胞のDNA複製期は約7時間程度である。すなわち，高等細胞の染色体はレプリコンの集合体とみなすこともできる。数多くのレプリコンの複製がどのようにして制御され，全体として調和を保っているのかについてはわかっていない。なお細菌においては，レプリコンが細胞分裂における遺伝情報分配の単位でもあるが，高等生物の染色体においては，レプリコンの集合体である各染色体がその単位となっている。
執筆者：丹羽 修身

図－DNA複製

出典　株式会社平凡社「改訂新版　世界大百科事典」