DNA複製の図ジェネレーター
必要な図を説明するだけで、ラベル付きの複製フォークの図が得られます。ヘリカーゼ、プライマーゼ、DNAポリメラーゼ、岡崎フラグメント、リガーゼがそれぞれの位置に描かれ、各鎖の末端には5′か3′が付きます。下のラベル付き版と空欄版は無料でそのまま閲覧できます。
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ラベル付きのDNA複製の図（解答）
酵素と2本の新生鎖すべてに名前を付けた複製フォークの図です。解答用紙としても、復習用の配布資料としても使えます。
空欄のDNA複製の図（穴埋め用）
同じ図のラベルをすべて空欄の解答線に置き換えたものです。プリント、小テスト、定期試験の問題にそのまま使えます。
DNA複製の図とは？
DNA複製の図は、細胞が複製フォークでDNAをコピーするしくみを示す図です。ヘリカーゼが2本鎖をほどき、プライマーゼが短いRNAプライマーを置き、DNAポリメラーゼが新しい鎖を5′→3′方向に合成します。リーディング鎖は連続的に、ラギング鎖は岡崎フラグメントとして不連続に合成され、DNAリガーゼがすき間をつなぎます。できあがった分子は、古い鎖1本と新しい鎖1本からなります。
要点
- 複製は半保存的。娘分子はどれも親の鎖を1本受け継ぎ、新しく合成された鎖と対をつくります。メセルソンとスタールが、重い窒素から軽い窒素へ培地を移した大腸菌で示しました。
- 新しいDNAは5′→3′方向にしか伸びない。DNAポリメラーゼは遊離した3′-OH末端にしかヌクレオチドを付け加えられないため、新生鎖は必ずプライマーから始まり、鋳型鎖と逆平行になります。
- 新生鎖の一方は連続、もう一方は断片。リーディング鎖は1つのプライマーからフォークに向かって合成され、ラギング鎖はフォークから遠ざかる向きに短い岡崎フラグメントとして合成されます。フラグメントごとにRNAプライマーが1つ必要です。
- プライマーはRNAで、あとで置き換えられる。プライマーゼがつくるRNAプライマーは約5〜10ヌクレオチド。細菌ではDNAポリメラーゼIがこれをDNAに置き換え、残ったすき間をDNAリガーゼがつなぎます。
- 複製起点は細菌で1か所、真核生物では多数。大腸菌は460万塩基対の染色体を1つの複製起点から約42分で複製します。ヒトのゲノムでは複製起点が最大10万か所あります。
DNA複製の図の作り方
図を説明する
用途とどこまで詳しく描くかを伝えます。全ラベル付きのフォーク、かんたんな全体図、リーディング鎖とラギング鎖の拡大図など。一文で十分です。
スタイルを選ぶ
デフォルトはフラットで清潔な教科書スタイル。白背景に、まっすぐな引き出し線付きのラベル。水彩、線画、3D などの仕上げも選べます。
調整して書き出す
生成結果はワークスペースに開き、部分的な描き直し、キャンバス上でのラベル編集、アップスケール、高解像度での書き出しができます。
DNA複製にかかわる酵素とそのはたらき
ラベル付きのDNA複製の図に通常描かれるタンパク質、そのはたらき、複製フォーク上の位置をまとめました。短いセットを指定しない限り、これがデフォルトのラベルです。
| 酵素・タンパク質 | はたらき | 図での位置 |
|---|---|---|
| ヘリカーゼ | ATPを使って塩基対間の水素結合を切り、二重らせんをほどく | フォークの先端、親の二重らせんが分かれる所 |
| 一本鎖DNA結合タンパク質（SSB） | 分かれた鎖に結合し、再び対合しないようにする | むき出しになった2本の一本鎖に沿って |
| トポイソメラーゼ | DNAを一時的に切ってつなぎ直し、フォーク前方のねじれをほどく | フォークの前方、まだほどけていない二重らせん上 |
| プライマーゼ | DNAポリメラーゼの出発点となる短いRNAプライマーを合成する | 鋳型鎖上。ラギング鎖側では岡崎フラグメントごとに1つ |
| DNAポリメラーゼIII | 細菌の主要な複製酵素。ヌクレオチドを5′→3′方向に付け加える | 2本の新生鎖上、プライマーの先 |
| スライディングクランプ | DNAポリメラーゼがDNAから外れないよう保持するリング | 各ポリメラーゼの位置でDNAを囲む |
| DNAポリメラーゼI | RNAプライマーを除去し、すき間をDNAで埋める | ラギング鎖上、合成を終えたフラグメントのプライマー部分 |
| DNAリガーゼ | ホスホジエステル結合をつくり、切れ目をつなぐ | 隣り合う岡崎フラグメントの間 |
どこまで描くかは学習段階で変わります。生物基礎では半保存的複製の流れまで、生物や大学入試ではDNAポリメラーゼ、プライマー、岡崎フラグメント、DNAリガーゼまで、大学ではスライディングクランプやDNAポリメラーゼIとIIIの違いまで扱うのが一般的です。必要なラベルを指定すれば、その分だけ描かれます。
リーディング鎖とラギング鎖の違い
リーディング鎖は1つのプライマーから複製フォークに向かって連続的に合成されます。ラギング鎖はフォークから遠ざかる向きに短い岡崎フラグメントとして合成され、フラグメントごとにRNAプライマーで始まり、最後にDNAリガーゼでつながれます。どちらも5′→3′方向に伸びます。違いが生まれるのは、2本の鋳型鎖が逆向きに並んでいるからです。
| リーディング鎖 | ラギング鎖 | |
|---|---|---|
| 合成の向き | 複製フォークに向かう | 複製フォークから遠ざかる |
| 合成のしかた | 連続的、1本のまま | 不連続、岡崎フラグメントとして |
| RNAプライマー | 最初に1つだけ | 岡崎フラグメントごとに1つ |
| 鋳型 | 3′→5′の親鎖に相補的 | 5′→3′の親鎖に相補的 |
| 大腸菌の主なポリメラーゼ | DNAポリメラーゼIII | DNAポリメラーゼIII |
| 真核生物の主なポリメラーゼ | DNAポリメラーゼε | DNAポリメラーゼδ |
| 合成のあと | 1つだけのプライマーがDNAに置き換わる | すべてのプライマーが置き換わり、DNAリガーゼがフラグメントをつなぐ |
ラギング鎖は、フォークから遠ざかる向きの矢印をもつ短い線分の列として描きます。フォークにいちばん近い最新のフラグメントには、まだRNAプライマーが付いています。ラギング鎖を1本の矢印で描いたり、矢印をフォークに向けたりしていないか、まず確認しましょう。
DNA複製の図はどこで使われる？
DNA複製の図は主に生物の授業で使われます。ラベルを書き込むプリント、大学入試の復習、講義スライド。分子生物学の発表や論文の模式図としても使われます。違うのは描き込みの深さで、入門ならラベル3つ、大学なら複製フォーク全体とスライディングクランプまで描きます。
高校の生物
生物基礎から生物、大学入試対策までのプリントや復習用資料。ラベル付きのフォークと、同じ図の空欄版をセットで使うのが一般的です。
大学の講義
細菌と真核生物の複製を比べる分子生物学・遺伝学のスライド。複製起点が1か所か多数か、DNAポリメラーゼIIIか、α・δ・εか、染色体末端のテロメラーゼなど。
試験対策
すべての酵素をフォーク上の位置に置いた1ページのまとめ。入試の問い方そのままです。Xの酵素名を答えよ、Yの鎖が断片的に合成される理由を述べよ。
研究と教育の図版
複製ストレス、DNA修復、トポイソメラーゼを標的とする薬剤などの研究で使う模式図。注目するタンパク質をフォーク上に直接示せます。
DNA複製の図についてよくある質問
ラベル付きのDNA複製の図には何を描けばいいですか？
標準的なセットは、親DNA、複製フォーク、ヘリカーゼ、SSB、トポイソメラーゼ、プライマーゼとRNAプライマー、DNAポリメラーゼIII、リーディング鎖、岡崎フラグメントを含むラギング鎖、DNAポリメラーゼI、DNAリガーゼ、そして各鎖の5′末端と3′末端です。これがデフォルトです。ラベルを減らすよう指定すれば、その分だけ描かれます。
生徒が書き込む空欄のDNA複製の図は手に入りますか？
入ります。このページの空欄版を無料で閲覧するか、空欄版を指定すれば、すべてのラベルが空欄の解答線に置き換わります。ラベル付き版がそのまま解答になるので、2枚一組で印刷できます。
なぜラギング鎖は岡崎フラグメントとして合成されるのですか？
DNAポリメラーゼは5′→3′方向にしか合成できず、2本の鋳型鎖は逆平行だからです。一方の鋳型ではその向きがフォークの方を向くので連続的に合成できますが、もう一方では逆を向くため、フォークが鋳型を新たに露出させるたびに、新しいプライマーから合成し直す必要があります。
ヘリカーゼとトポイソメラーゼの違いは何ですか？
ヘリカーゼは塩基対間の水素結合を切ってフォークで2本鎖を分けます。トポイソメラーゼはフォークの前方で、ほどけることで生じるねじれを解消します。DNAを一時的に切断し、つなぎ直すことでねじれを取り除きます。
プライマーゼは何をしていて、なぜRNAプライマーが必要なのですか？
プライマーゼは約5〜10ヌクレオチドの短いRNAプライマーをつくり、DNAポリメラーゼに必要な遊離3′-OH末端を与えます。DNAポリメラーゼは自分で鎖を合成し始めることができません。リーディング鎖にはプライマーが1つ、ラギング鎖には岡崎フラグメントごとに1つ必要です。
DNAポリメラーゼIとDNAポリメラーゼIIIの違いは何ですか？
大腸菌では、DNAポリメラーゼIIIが2本の新生鎖を伸ばす主要な複製酵素で、DNAポリメラーゼIはRNAプライマーを除去してDNAに置き換えます。そのあと、置き換えた部分と隣のフラグメントとの切れ目をDNAリガーゼがつなぎます。
DNA複製が半保存的複製と呼ばれるのはなぜですか？
新しいDNA分子がそれぞれ元の鎖を1本受け継ぎ、新しく合成した鎖と対をつくるからです。メセルソンとスタールは大腸菌を重い窒素で育てたあと軽い窒素に移しました。1世代後のDNAは中間の密度に1本のバンドをつくり、2世代後には軽いバンドが並んで現れました。この結果は半保存的複製でしか説明できません。
真核生物と原核生物ではDNA複製の何が違いますか？
真核生物は染色体ごとに多数の複製起点から複製し（ヒトのゲノムでは最大10万か所）、速度は毎秒約50〜100ヌクレオチドです。大腸菌は複製起点が1か所で、毎秒約1000ヌクレオチドです。真核生物では、DNAポリメラーゼα・δ・ε、クランプのPCNA、プライマーを除くRNase H、染色体末端を伸ばすテロメラーゼも使われます。
中学生向けのかんたんなDNA複製の図もつくれますか？
つくれます。かんたんな全体図を指定すると、要点だけの図になります。二重らせんがほどけ、古い鎖がそれぞれ新しい鎖と対をつくり、最後に同じDNAが2つできる流れです。中学理科ならラベルは5つ以下で足ります。
一般的な画像生成AIと何が違いますか？
題材についての指示が組み込まれています。どの画像も教科書どおりの描き方（2本鎖は逆平行、新生鎖は5′→3′方向に伸び、岡崎フラグメントはラギング鎖だけ）に従い、各ラベルを正確な表記でまっすぐな引き出し線に付けるよう指示されます。印刷前に教科書や授業の用語と照らし合わせてください。キャンバス上でどのラベルもその場で直せます。
生成した図は授業や論文に使えますか？
使えます。生成した図はあなたのものです。プリント、発表資料、配布資料、学位論文、投稿論文で使えます。モデルにもよりますが、最大 4K の高解像度ラスターで書き出せます。
生成後にラベルを変更できますか？
できます。結果はキャンバスのワークスペースで開き、図のラベルが認識されています。文字の修正や翻訳、引き出し線の移動、一部の描き直し、色の変更が、図全体を作り直さずに行えます。
