「分子生物学」の版間の差分

どの生物でも遺伝情報は[[w:DNA|DNA]]によって担われている<ref>なお、ある種の[[w:ウィイルス|ウィイルス]]は遺伝情報を[[w:DNA|DNA]]ないし[[w:RNA|RNA]]によって伝えているが、ウィイルスは、宿主の細胞に寄生し宿主細胞の酵素を借りて始めて自己複製を行えることから、定義上、生物とは見なされない。</ref>。これは、[[w:フレデリック・グリフィス|フレデリック・グリフィス]]による肺炎双球菌の形質転換実験、そしてこれに続いて[[w:オズワルド・アベリー|オズワルド・アベリー]]が形質を担う物質を[[w:in vitro|in vitro]]で追跡したことによって、証明された。遺伝情報を担う物質を[[w:遺伝子|遺伝子]]と呼んでおり、これゆえに“DNAは遺伝子の本体である”と言われる。

細菌やウィイルスの転写調節はもっとも単純で、よく解明されている。まずは、大腸菌の[[w:トリプトファン|トリプトファン]]合成系を例に取る。大腸菌においては、トリプトファンをつくる生合成経路の酵素は5つの遺伝子によって指令されるが、この5つの遺伝子は染色体上の1ヶ所にまとまっていて、1個のプロモーターから転写されて1本の長いmRNA分子が作られ、このmRNAから5個のタンパク質が合成される。このように膚接して存在し、関連して発現する遺伝子群を'''[[w:オペロン|オペロン]]'''と言うが、これは原核生物に特有の構造である。このオペロンにおいて、プロモーター内には遺伝子調節タンパクが結合する短い塩基配列: '''[[w:オペレーター|オペレーター]]'''がある。ここに遺伝子調節タンパクが結合すると、RNAポリメラーゼのプロモーターへの結合が妨げられ、このオペロン全体の転写が抑制される；すなわちトリプトファン合成酵素が作られなくなる。この遺伝子調節タンパクを'''トリプトファン・リプレッサー'''と呼ぶが、これは[[w:アロステリック効果|アロステリック・タンパク]]で、[[w:フィードバック阻害|フィードバック調節]]を行なっている。つまり、トリプトファン分子と結合しているときだけオペレーターDNAと結合できるのであって、周囲のトリプトファン濃度が下がってトリプトファンと結合できなくなると、タンパクの三次元構造が変化して、DNAに結合できなくなる。するとRNAポリメラーゼはプロモーターに結合できるようになるので、トリプトファンが合成される。そしてトリプトファンがある程度生産されて濃度が高まると、リプレッサーはトリプトファンと結合して活性化し、トリプトファン合成を抑制するようになるのである。

また、このような協同作業を必要とせず、より直接的な経路によって遺伝子の発現調節を行なう受容体もある。サイトカインが結合する受容体は、細胞膜に不活性状態で存在する遺伝子調節タンパクを活性化する。活性化された調節タンパクは直接核内に向かい、対応する遺伝子の転写を促進する。これらのサイトカイン受容体は酵素活性を持たないが、細胞質チロシンキナーゼJAKと結合しており、サイトカインが受容体に結合するとこれが活性化する。有名なサイトカインにインターフェロンがあり、これはウィイルス感染に対して抵抗性を高めるので、遺伝子クローニングによって大量生産され、ウィイルス性肝炎などの治療に用いられている。