原核生物の複製

概要

DNAの複製には、開始、伸長、終了の3つの主要な段階があります。原核生物の複製は、開始タンパク質が細胞の円形染色体上の単一の複製起点（ori）に結合することで始まります。その後、複製は2つの複製フォークから染色体の全周をそれぞれの方向に進行し、2つのDNA分子ができあがります。

多くのタンパク質が協力して染色体の複製を行います

複製は、多数の特殊なタンパク質によって調整され、実行されます。トポイソメラーゼは、二本鎖DNAのリン酸糖骨格の片側を切断して、DNAらせんがより速くほどけるようにします。一方、ヘリカーゼは、フォークで塩基対の結合を切断して、DNAを2本のテンプレート鎖に分離します。一本鎖のDNA分子に結合するタンパク質は、複製フォークが染色体に沿って移動する際に鎖を安定させます。DNAは5’から3’の方向にしか合成できないため、鋳型の一方の鎖（先行鎖）は連続的に伸長し、もう一方の鎖（後行鎖）は岡崎フラグメントと呼ばれる1000～2000塩基対の短い断片として合成されます。

複数のポリメラーゼが伸長に関与しています

原核生物のDNA複製を解明する研究の多くは、モデル生物としてよく知られているEscherichia coliで行われています。E. coliはPol I、II、III、IV、Vの5つのDNAポリメラーゼをもっています。Pol IIIはDNA複製の大部分を担います。このポリメラーゼは、1秒間に約1,000塩基対を重合することができます。この驚異的な速さにより、2つの複製フォークに存在するポリメラーゼは、約40分で460万塩基対の E. coli の染色体を複製できます。DNAポリメラーゼIもよく知られており、その主な役割は、後続鎖の岡崎フラグメントの開始点からRNAプライマーを除去することです。

複製よりも分割の方が優れている場合

好ましい生育条件の下では、 E. coli は20分ごとに分裂しますが、これはゲノムの複製にかかる時間の約半分です。どちらの娘細胞も自分のDNAを持っていなければならないのに、なぜそんなことが可能なのでしょうか？科学者たちは、細菌が最初のDNAの複製が完了する前に、複製起点から別のDNA複製を開始できることを見出しました。これは、娘細胞が、すでにコピーされつつある染色体を受け取り、非常に早く再び分裂する準備ができることを意味します。