【医学部編入】生命科学講義・DNAの複製③ ～テロメア～
どうもこんにちは、タマころです。
DNAの複製と修復機構のラスト、『テロメア』についてです。
まあその存在は有名ですし、そんなにここで確認すべき事項はありません。
さて、この手の話はとにかく図を見るのがはやいです！
よくお世話になっているLS-EDI-生命科学教育用画像集-からテロメアの図を取ってきました。
ようは、染色体の端っこにはテロメアtelomereと呼ばれる特徴的な反復配列が存在する。そして、それはDNA複製の際に削られてしまうから細胞増殖を繰り返すについれ短くなっていく、ということですね。
やばい、常識過ぎることをドヤって言ってるみたいで恥ずかしくなってきた^^;
さて、ここからはもう一歩踏み込んだ話をしていきます。
では、その反復配列っていうのはどんな配列なのでしょう？
これは生物によって微妙に変わってくるのですが、哺乳類だと
5'-TTAGGG-3'
となります。
(https://ja.wikipedia.org/wiki/テロメア)
この図はwikipediaから取ってきたものですが、こんな感じで配列にバリエーションがあります。
あと、図内にT-ループとかD-ループとか書いてありますね。ここまで知っている必要があるかはわかりませんが、一応以下紹介します。
これらのループが形成されるメカニズムなんですが、さらに図を細かく見るとテロメアの先端に一本鎖になっている領域（赤線の部分）がありますね、これをG-tailというのですがこのG-tailの存在によってT-ループが作られます。
ご覧の通り、G-tailがテロメア途中の二本鎖の間にもぐりこんじゃうわけですね。そして、もぐりこんで三重鎖みたいなっている部分をD-ループと呼びます。
それで、細かいことはよく分からないのですが、T-ループはテロメアの末端保護機能を担保する重要な分子基盤と考えられているようです。
あと話は変わって、テロメアのクロマチン構造についてなんですが、これはヘテロクロマチンを形成していると良く覚えておいてください。
さらに言うと、ヘテロクロマチンの中でも特に強く遺伝子発現が不活性化されている構成的ヘテロクロマチンという状態をとっています。
ちなみにヘテロクロマチンの反対の状態（遺伝子発現が活性化している）はユークロマチンと呼びますね。この辺りの話、このブログで取り上げたことありましたっけ？
そして最後の勉強事項として、テロメラーゼの存在です。
テロメラーゼは反復単位2連分に相補的なRNAを持ち、テロメア末端の第1の反復単位を塩基対合して第2の反復単位を鋳型としてDNAを合成することができます。
言葉で言うと、何のこっちゃわかりにくいですね^^; やはりこれも模式化したもので見てみましょう。
(http://www.newton-doctor.com/saisentan/saisentan05b.html)
こうやってみると、「なるほどなるほど」と理解できますね。
そして、このテロメラーゼが異常にはたらいてしまうと、その細胞はがん化してしまったりするわけです。試験でよく問われる箇所なので、しっかり押さえておきましょう。
という感じで、テロメアに関しては以上になります。
基本テロメラーゼ・がん化関係でしか出題されないとは思いますが、T-ループとかも今後問われる可能性はあるでしょう。
では次回は、いったん生理学についての記事を挙げて、それが終わったら分子生物学の続きでDNAの組換えについて勉強していきます。
【医学部編入】生命科学講義・DNAの複製② ～複製フォーク～
どうもこんにちは、タマころです。
まともにブログが更新できず、7月が終わりそうです。。
さて、今日はDNAの複製と修復機構の続きとして、複製フォークについて勉強しましょう。
まあ、その存在自体は有名ですよね。高校時代、生物取ってなくても知っているレベルだと思います。岡崎フラグメント、そんなんあったなぁって。
編入試験としては当然ただ知っているだけでは不十分で、「複製フォークとはなにか？」と問われて空で答えられるくらいが理想です。
そこまでいかなくても得点するうえで重要なことは、登場人物をしっかり把握しているか、ということでしょう。
それでは早速、以下の図をご覧ください。
(http://y-arisa.sakura.ne.jp/link/yamadaka/animal-cell/gene/replication.htm)
これがまさに複製フォークですね。
まず赤字で書かれているところに注目すると、リーディング鎖とラギング鎖とあります。
これはさすがにご存知ですね。前回のポリメラーゼの記事で説明した通りDNA複製は5'→3'の方向にしか進まないので、片方は一本できれいにビーって複製されていくのですが（リーディング鎖）、向きが反対になってしまうとそうはいかず途切れ途切れの鎖になってしまいます（ラギング鎖）。
それで、このラギング鎖で形成される複製DNA断片を岡崎フラグメントといいますね。まあこれも常識でしょう。
あとラギング鎖で重要なのは、プライマーが必要だということです。プライマーは短いRNA断片で、これを手本にDNAポリメラーゼは複製を開始できるのです。
なお、RNAであるプライマーはすぐさま分解されて、その部分はDNA鎖に置き換えられます。
さて、ここまでは基本事項で、この先の登場人物が編入試験的には問われうる箇所になってきます。
このDNA複製という一連の流れで登場する順にご紹介していきます。
まず最初は、トポイソメラーゼという名の酵素です。
あいにく上の図には描かれていないのですが、この酵素によってはじめにDNAの「ねじれ」が解消されます。
(http://kusuri-jouhou.com/creature2/reproduction.html)
DNAを複製するにはらせん構造をほどかないといけないわけで、トポイソメラーゼなしにはそれは不可能ということです。
一本の二重らせん構造というのは理論上絡まることはないらしいのですが、現実にはDNAは非常に長い分子になるので両端が固定されてしまい、局所的にはゆがみやねじれが発生してしまうようです。
次に、ヘリカーゼという酵素です。
こちらは図に描かれていますね。DNAのらせん構造を巻き戻す役割をしています。ようは二本鎖DNAを一本鎖DNA×２の状況にしてくれているわけです。
あとはリガーゼですね。
リガーゼは名前のまんまです。英語にするとligase、つまりligateする酵素です。
ligateは「結ぶ」とか「くっつける」っていう意味の単語ですね。
図の通り、前後の岡崎フラグメントをくっつけます。こうすることで、ラギング鎖も最終的には一つの長い鎖になることができるのです。
というわけで、知っていなければならないのはこんなところでしょうか。
最近は高校生物でも詳しくやるでしょうし、編入試験では今日お話したあたりは常識としてもっと細かい分子メカニズムが出題される可能性があります。
その場合にしても、ここに書いてある内容が頭に入っていないと先に進めないので、もしあまり理解しきれていないという方は今一度よく確認して、その上でより細かい話に手を付けましょう。
では、次回はテロメアについて勉強します。
【医学部編入】生命科学講義・DNAの複製① ～DNAポリメラーゼ～
どうもこんにちは、タマころです。
第２回模試を作っていた関係で、こちらの更新が滞ってしまいました。
ぼちぼち分子生物学の本筋に入っていきまして、今回からはタイトルにもある通りDNAの複製と修復機構について勉強していきます。
DNA複製と一口で言ってもいろんな見方があるかと思いますが、この項目では特に「ポリメラーゼ」「複製フォーク」「テロメア」という３つの単語に焦点を当てていく予定です。
それでは順番に、本記事では「ポリメラーゼ」について勉強しましょう。
○○依存性○○ポリメラーゼ
この表現、常識だと思う人にとっては常識なのですが、「？」な方もなかなか多かったりします。
知ってるよって方はこの項は飛ばしてください。
まず、○○にはDNAかRNAのいずれかが入ります。なので組み合わせとしては
DNA依存性DNAポリメラーゼ
DNA依存性RNAポリメラーゼ
RNA依存性DNAポリメラーゼ
RNA依存性RNAポリメラーゼ
の4種類が考えられます。
それで、前半の○○依存性というところは、つまるところ"鋳型は何だ"ってはなしです。
そして後半の○○は、"その鋳型から何を合成するのか”ってはなしです。
わかると簡単でしょう？
なお、本記事での主役は一番上のDNA依存性DNAポリメラーゼになります。
じゃあ後の３つは何かというと...
DNA依存性RNAポリメラーゼは、転写にかかわるポリメラーゼです。つまり、mRNAを合成します。
RNA依存性DNAポリメラーゼは、いわゆる逆転写酵素ってやつです。HIVウイルスが持っていることで有名ですね。
RNA依存性RNAポリメラーゼは、RNAウイルスが持っているものになります。RNAウイルスは自身のゲノムを複製するために自前でポリメラーゼを持っていて、そのため多くのRNAウイルスの複製の場は細胞質になります（インフルエンザウイルスは例外的に核内でゲノム複製を行う）。
DNAポリメラーゼの校正機構
DNAポリメラーゼの複製エラー率というのは10^(-9)から10^(-10)程度で、ヒトの全ゲノムが3×10^(-9)塩基ほどであるから、一回の複製で一個の塩基を間違えるかどうかというレベルの正確性です。
実際には、その間違って複製されてしまった塩基も様々な修復機構によって校正されるため、本当の複製エラー率はもっと低くなります。
上記の値は"DNAポリメラーゼ"そのものの校正機構によって得られる数値となります。
ちなみに、ウイルスが持っているようなRNAポリメラーゼのエラー率は10^(-5)程度で、DNAポリメラーゼがいかに正確かがわかりますね(ただウイルスの場合は、その不正確性を逆に利用して多様性を生んでいます)。
さて、その校正機構というものなんですが、そのメカニズムはどのようなものでしょうか？
まず、前提としてDNAポリメラーゼは5'→3'の方向に塩基を付加(重合)していきます。反対には進むことはできません。
それと同時に、DNAポリメラーゼには通常の進展(重合)反応の他に、塩基を除去する3'→5'方向のエキソヌクレアーゼ活性というものを有しています。
これは、酵素活性としては常に働いているものなんですが、普段は通常の進展方向の反応速度がかなり速いので、結果的には塩基を除去する反応は見えないです。
では、もし間違った塩基を付加してしまうとどうなるのでしょうか？
そのときは、5'→3'向きの進展反応は事実上そこで停止してしまうのです。化学的にいうと、反応速度が著しく低下します。
そうすると、普段は遅すぎて見えなかった3'→5'エキソヌクレアーゼの反応速度が勝ります。
その結果、晴れてミスマッチ塩基を除去することができ、DNAポリメラーゼは気を取り直してまた正しく進展反応を進めていくのです。
まあいろいろ言いましたが、とにかく大事なことは、DNAポリメラーゼは"エキソヌクレアーゼ活性"を有する、ということでしょうか。
では、次回は２つ目のキーワード「複製フォーク」について学んでいきましょう。
第２回タマころ模試の解答解説 用意できました
どうもこんにちは、タマころです。
お待たせしました。タマころ摸試の解答解説できました。
ただ、予告していた通り、今回は有料配布にさせていただきます。
取引方法ですが、ダウンロード販売のマーケットプレイス ： DLmarket というサイトを利用することにしました。ここにPDFファイルを売り出す形をとっています。
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解答のみ・解説のみは1000円(+税)
解答解説セットは1600円(+税)
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第２回タマころ摸試 解答のみ(1080円)
第2回タマころ摸試 生命科学 解答 / DLmarket
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第２回タマころ摸試 解答解説セット(1728円)
第2回タマころ摸試 生命科学 解答・解説 / DLmarket
特に解説は、問題で問われている内容と関連のあるブログ記事を「参考記事」として挙げていて、復習しやすい仕様になっています。
よろしくお願いします。
第２回タマころ模試
今回は、前半を択一式問題にして幅広い生命科学に関する知識を問い、後半は記述問題を含んだよくある出題形式にしました。
編入受験生の方は、もし良かったらチャレンジしてみてください！
問題用紙
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解答用紙
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解答・解説は以下のリンクから購入できます（1,000円+税）。
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「編入受験生たるものエッセンシャル細胞生物学の一冊くらいうんぬん…」という風潮
どうもこんにちは、タマころです。
今日の話題は、まあタイトルにある通り、医学部学士編入学試験におけるエッセンシャル細胞生物学の立ち位置についてです。
なぜこんな話をするかというと、「これ一冊くらいできないと医学部入ってからの勉強についていけないよ？」的なニュアンスで煽ってくる先輩(合格者)を結構見かけるからです。
まあ一理はありますし、正論ではあるのでなかなか否定しづらいんですよね。
ですが、ここではあえてきつめに言わせてもらうと…
んなわけないから。
いやいや、大げさでしょうよと。
というか、あなた自身、本当にあの本の内容をすべて身に付けたんですか？と聞きたいくらいです。
もちろん、あのような成書を通読するというのは非常に大事なことですし、力もそれなりにつきます。
ただ、それを神格化して他人にそれを強要したり、または不安を煽るのはよろしくないと思うのです。
さて、このままではただの悪口で終わってしまうので、なぜ僕がこう主張するのかという理由をいくつか挙げますね。
先に断っておきますが、ある程度主観入ってるので異論は認めます。
①知識が少ない者が成書を読むのは非効率
まあこれは皆さんも経験したことあるのではないかと思います。
大学受験とかでも、高校の教科書よりも本屋で売ってる面白おかしく書かれた参考書の方がわかりやすいですよね。
ちゃんとした本というのは、たしかにその学問を修めたいと考える者がすべからく読むべきものだとは思うのですが、試験に合格する上ではその考え方は障害になり得ます。
初学者にとっては、やはり良い先生に教えてもらうというのが一番効率的だし、そうでなくても平易に書かれた薄めの本というのは理解を助けてくれるものです。
②エッセンシャル細胞生物学の内容≠学士編隊の試験範囲
近年の編入試験の傾向を見ると、以前よりも医学をバックグラウンドにした設問が多数見受けられます。
試験範囲としてはたしかに分子生物学であっても、ある疾患との関連で出題されていたりして、ただ漠然と生命科学を勉強していただけでは対応できない場合が多々あります。
つまり、エッセンシャル細胞生物学を読むだけでは、全部頭に入っていたとしても満点はなかなか取れないのが実情ということです。
③選抜試験の勉強においては、アウトプット(演習)の比重が大きい
大学の勉強で分厚い本を読むことは非常に重要です。
わかりにくくても耐えて読みきって、理解して、それを人に説明できるくらい咀嚼する、この作業が科学者としての基盤を構築するでしょう。
しかし、編入受験生がエッセンシャル細胞生物学を読むのはあくまで試験に通るため。
であれば、インプットと同時にアウトプットも非常に大切になってきます。
アウトプットをする上では、あの本だけでは不十分と言わざるを得ません。
ちなみに、編入試験におけるアウトプットの教材というのは乏しく、カルスに通わない限りマトモに手に入らないのが実情です。
高校生物の範囲に限っては、以下の本が個人的にオススメです。
④カルス生と勝負するため
現実的には、これが一番大きな理由です。
この差がどれほどのものかということを分かってもらうために、近年の医師国家試験に対する勉強に例えてお話させていただきます。
最近の医学生は、分厚い医学書読まないんですよ。もちろん自ら進んで読んでる人もいますが、避けて通れちゃいます。
それを可能にしてるのが、まず一つに「病気が見える」に代表される参考書の存在です。
現代の医学教育では綺麗な図つきのカラー刷りの参考書が多数出版されていて、それを使って医学生は勉強します。
また、医師国家試験予備校が東進のようなビデオ講義なるものを展開していて、6年生になるとそのビデオを何周したかみたいな話題に終始します。
決して、分厚い本の代名詞である「ハリソン内科学」を読破したか、のような話にはならないのです。
そしてこれを編入試験に例えるならば、エッセンシャル細胞生物学のみで対策するということは、みんなが「病気が見える」とビデオ講義を使っている隣でハリソン内科学を読んでいるようなものです。
カルスのテキストとそれに対応する井○先生の講義は、まさに現代流の国家試験対策に近いものを感じます。
…という感じで、お話したかったことは以上になります。
最後に、繰り返しになりますが、分厚い成書を読むというのは辛い事もありますが、自力をつける上では非常に重要な過程です。
なので、編入試験に合格した曉には、入学までの暇な時間を使って是非通読してみてください。
ちなみに、僕は「病気が見える」を一冊も所持していませんし、国家試験予備校のビデオ講義も購入していません。
そういうやり方もあるのです。ただ、その価値観を他人に押し付けてはならないわけです(逆もまたしかり、「え！ビデオ講義見ないなんて落ちるよ！おかしいよ！」というのもナシ)。
【医学部編入】生命科学講義・核酸 ～ヌクレオチド～
どうもこんにちは、タマころです。
今回からは一応、新しい単元として"分子生物学"というくくりになります(前回までは細胞生物学)。
まあ一言でいえば、遺伝子に関する分野ですね。
まず初回の今日は、基本事項ということで、遺伝情報を担うDNA(デオキシリボ核酸)のさらにその構成単位であるヌクレオチドについて勉強していきます。
さあ、百聞は一見にしかずということで、まずは以下の図をご覧になってください。
(https://ja.m.wikipedia.org/wiki/核酸)
wikipediaより引用しましたが、この図はいい具合に端折られてかつ炭素の番号がハイライトされてて、理解するには非常にいいんですよね。
具体的に見ていくと、真ん中が糖で、左にリン酸基、右に塩基(bace)が付いている構造になっています。
つまり、糖・リン酸・塩基の３つの構造が合わさっているわけですね。
そしてこれらをひっくるめて、核酸の構成単位として「ヌクレオチド」と呼びます。
もっと噛み砕いた図でみると…
(http://www.mogella.com/dendo/col/index.php?eid=101)
こういうイメージになります。
ここでポイントは2点あって、一つは糖が五炭糖(ペントース)であること、もう一つは塩基には5種類あるということです。
ヌクレオチド内にあるこの五炭糖のことを、「リボース」もしくは「デオキシリボース」といいます。
ちなみに上のwikipedia引用の図は、リボースですね。
この2位の炭素についているOHがHになると、デオキシリボースになります。
そして、塩基の種類についてですが、これは常識でしょう
アデニン(A)
グアニン(G)
シトシン(C)
チミン(T)
ウラシル(U)
の5つがあります。
そして、AとT(またはU)、GとCがペアになります。
ウラシルはDNAでは登場せず、RNAでチミンの代わりをします。
(http://www.mogella.com/dendo/col/index.php?eid=101)
あと大事なことは、水素結合の数です。
AとTの結合は2個の、GとCの結合は3個の水素結合が存在します。
それで覚え方は…あの、野球知ってる人は、G.G.佐藤って選手いたじゃないですか？落球で有名の。
それに掛けて G-C 3個 とかどうでしょうか？
つまらんシャレ言ってスミマセンf^_^;
あと残すは、ヌクレオチド同士の結合についてです。
ヌクレオチド同士は、リン酸基のOHと糖の3位の炭素に付いてるOHとが、縮合重合することで連なります。
大事なところは、赤字にもしてる通り炭素の番号ですね。
もう一度、ウィキから引用の図を貼ります。
この図の通り、リン酸基が付いてる炭素は5位なので、いわば5位と3位が結合することになります。
そしてこの結合は非対称になるため、5位の方向を5'側、3位の方向を3'側というように名付けます。
そうそう、あとヌクレオシドという単語があることを簡単にご紹介しておきます。
ヌクレオシドは、非常にややこしい存在なのですが、ヌクレオチドの３つの構成要素のうちリン酸を除いた糖と塩基のみからなるものです。
一文字違いなので本当に紛らわしいですね…
はい、というわけで以上がヌクレオチドに関する基本事項になります。
基本事項とは言いましたが、知らない人は知らない話で、まあまあ差がつきやすいところなのかなと思います。
では、次回からは本格的な分子生物学の内容に入って、DNAの複製と修復機構についてお話していこうと思います。
