タンパク質合成の図ジェネレーター
RNAポリメラーゼ、mRNAのスプライシング、tRNAが結合したリボソーム、コドンとアンチコドン、セントラルドグマまで、転写と翻訳のタンパク質合成の図を作ります。生物や遺伝の授業、バイオ分野のために作りました。
タンパク質合成の図の例
DNAからポリペプチドまで全ラベル付きのタンパク質合成、簡単な全体図、転写と翻訳の対比、空欄版。いずれも表示のプロンプトの実際の生成結果で、クリックで読み込み編集できます。
ラベル付きのタンパク質合成の図：上段が転写、下段が翻訳
各段を左から右へ読みます。右端の矢印が、完成したmRNAを核の外へ、そして下の段へ運びます。
- 1
転写（核内）
RNAポリメラーゼがDNAをほどき、伸びていくmRNAにRNAのヌクレオチドを付け加え、遺伝子の終わりで離れます。
- 2
RNAの加工
mRNA前駆体の5′末端にキャップ構造が付き、スプライシングでイントロンが除かれ、ポリA尾部が付いて、核膜孔から出ていきます。
- 3
開始と伸長（細胞質）
メチオニンを運ぶ開始tRNAがAUGと対合し、続くtRNAがコドンごとにA部位、P部位、E部位を通っていきます。
- 4
終結
終結因子が終止コドンに結合し、ポリペプチドとリボソームの2つのサブユニットが離れます。
転写・翻訳・tRNA：どこを拡大するかで選ぶタンパク質合成の図
タンパク質合成は、上のように全体を描くことも、一部ずつ描くこともあります。授業や論文でよく使われるのは次の図です。
転写の図
1つの遺伝子を拡大した図です。RNAポリメラーゼが転写バブルの中で鋳型鎖の上にあり、それを3′→5′方向に読んで、RNAを5′→3′方向に合成します。もう一方のDNA鎖である非鋳型鎖（コード鎖）は、RNAのUがTになっている点を除いてRNAと同じ配列です。上流のプロモーター、3本の鎖それぞれの5′末端と3′末端、ポリメラーゼの進む向きにラベルを付けます。
翻訳の図
mRNA上のリボソームと3つの部位を描きます。入ってくるtRNAがA部位に、伸びていく鎖をもつtRNAがP部位にあり、空になったtRNAがE部位から出ていきます。リボソームはmRNA上を5′→3′方向に進み、鎖はN末端から伸びます。真核生物のリボソーム（40Sと60Sのサブユニット、合わせて80S）か、細菌のもの（30Sと50S、合わせて70S）かを指定してください。
転写と翻訳の図
2つの段階を1枚に描いた図で、真核細胞なら核があり、mRNAが核膜を通り抜けます。細菌の版を指定すると変わります。核も加工もなく、RNAポリメラーゼがまだmRNAを合成している間にリボソームが翻訳を始めるので、未完成の1本の転写産物に複数のリボソームが並びます。
セントラルドグマの図
3つの語とその間の矢印、DNA → RNA → タンパク質に、複製を表すDNAのループを加えた図です。授業で扱うなら、例外を破線の矢印で加えます。HIVなどのレトロウイルスでのRNAからDNAへの逆転写と、多くのRNAウイルスでのRNAからRNAへの複製です。タンパク質から核酸へ戻る矢印はありません。
tRNAの構造の図
約76〜90ヌクレオチドが折りたたまれた、4本の腕をもつクローバー葉形です。3′末端がCCAで終わりアミノ酸が結合するアクセプターステム、D腕、コドンと対合する3つの塩基をもつアンチコドン腕、TΨC腕があり、最後の2本の間に可変ループがあります。立体的にはL字形に折りたたまれ、一端にアンチコドン、もう一端にアミノ酸があります。
mRNAの加工とスプライシングの図
加工前と加工後のmRNA前駆体を描きます。修飾されたグアニンからなる5′キャップ、約200個のアデニンからなるポリA尾部、スプライソソームによるイントロンの除去とエキソンの連結です。エキソンが1つ飛ばされた成熟mRNAをもう1本描けば、1つの遺伝子から複数のタンパク質ができる選択的スプライシングを示せます。
遺伝子発現の調節の図
タンパク質合成に調節のしくみを加えた図です。細菌での定番はラクトースオペロンで、オペレーターに結合したリプレッサーがRNAポリメラーゼをはばみ、ラクトースがアロラクトースとしてリプレッサーに結合すると、リプレッサーが外れます。真核生物では、プロモーターとエンハンサーに結合する転写因子に続いて、スプライシング、mRNAの寿命、翻訳というその後の調節点を描きます。
タンパク質合成の流れ図
絵を使わない箱と矢印の図です。DNA → 転写 → mRNA前駆体 → キャップ・尾部・スプライシング → mRNA → 核膜孔 → リボソーム → 翻訳 → ポリペプチド → 折りたたみ。1つの箱に1行で、ノートや暗記カードにそのまま写せます。
かんたんなタンパク質合成の図
核内のDNA、mRNAのコピー、リボソーム1つ、tRNA、短いアミノ酸の鎖を描きます。AUG UUU GGC UAA のような短い配列を書き入れれば、生徒が自分で読み解けます。メチオニン、フェニルアラニン、グリシン、そして終止です。
タンパク質合成の各段階と起こること
ラベル付きのタンパク質合成の図に通常描かれる段階と、それぞれで起こること、細胞内の場所をまとめました。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。
| 段階 | 起こること | 場所 |
|---|---|---|
| 転写（開始） | RNAポリメラーゼがプロモーターに結合し、DNAがほどける | 核（細菌では細胞質） |
| 転写（伸長） | RNAポリメラーゼが鋳型鎖を読み、mRNA前駆体を5′→3′方向に合成する | 核 |
| 転写（終結） | 転写産物が離れ、DNAが再び巻き戻る | 核 |
| キャップ構造の付加 | mRNA前駆体の先頭に修飾されたグアニンが付き、分解から守りリボソームの結合を助ける | 核 |
| ポリA尾部の付加 | 3′末端に約200個のアデニンが付く | 核 |
| スプライシング | イントロンが切り取られ、エキソンがつながって成熟mRNAになる | 核 |
| mRNAの移動 | 成熟mRNAが核膜孔から核の外へ出る | 核膜 |
| 翻訳（開始） | リボソームの小サブユニットがmRNAに結合し、開始tRNAが開始コドンAUGと対合して大サブユニットが加わる | 細胞質の遊離リボソームまたは粗面小胞体 |
| 翻訳（伸長） | tRNAがA部位に入り、ペプチド結合でアミノ酸がつながり、リボソームが1コドンずつ進む | リボソーム |
| 翻訳（終結） | 終止コドンがA部位に来ると終結因子が結合し、ポリペプチドが離れる | リボソーム |
どこまで描くかは学習段階で変わります。入門では転写と翻訳の2段階とDNA、mRNA、リボソーム、tRNAで足りることが多く、高校の生物や大学ではmRNAの加工、A・P・E部位、開始コドンと終止コドン、各段階の3つの過程まで加わります。必要なラベルを指定すれば、それだけが描かれます。
タンパク質合成の図とは？
タンパク質合成の図は、細胞が遺伝子からタンパク質をつくる2つの段階を示す図です。RNAポリメラーゼがDNAをmRNAに写す転写と、リボソームがコドンを読みtRNAが対応するアミノ酸を運ぶ翻訳です。真核生物では、その間にmRNAが加工されます。
要点
- 遺伝情報はDNAからRNA、RNAからタンパク質へ流れます。これがセントラルドグマです。転写で遺伝子のmRNAのコピーがつくられ、リボソームでの翻訳でその情報がアミノ酸の鎖に変わります。
- 遺伝暗号は3塩基ずつ読まれます。mRNAの3塩基からなるコドンが1つのアミノ酸を指定します。64通りのコドンのうち61がアミノ酸を指定し、3つが終止コドンです。AUGはメチオニンを指定するとともに翻訳の開始点になります。
- 真核生物のmRNAは核を出る前に加工されます。mRNA前駆体の5′末端にキャップ構造、3′末端に約200個のアデニンからなるポリA尾部が付き、スプライシングでイントロンが除かれてエキソンだけが残ります。
- tRNAは仲立ちをする分子です。各tRNAは1種類のアミノ酸を運び、mRNAのコドンと相補的に結合するアンチコドンをもちます。細胞質には生物の種類によって40〜60種類のtRNAがあります。
- リボソームにはtRNAの結合部位が3つあります。新しいtRNAがA部位に入り、伸びていく鎖をもつtRNAがP部位にあり、空になったtRNAがE部位から出ていきます。ペプチド結合は、大サブユニットにあるRNAの酵素ペプチジルトランスフェラーゼがつくります。
転写と翻訳の違い
転写は遺伝子のDNAをmRNAに写し取る過程で、翻訳はそのmRNAを読んでタンパク質をつくる過程です。真核生物では転写は核、翻訳は細胞質で起こります。核をもたない細菌では、どちらも細胞質で起こります。
| 転写 | 翻訳 | |
|---|---|---|
| 鋳型 | DNA（鋳型鎖） | mRNA |
| 産物 | RNA（真核生物ではmRNA前駆体） | ポリペプチド鎖 |
| 真核生物での場所 | 核 | 細胞質のリボソーム |
| 主なはたらき手 | RNAポリメラーゼ（mRNAはRNAポリメラーゼII） | リボソームとtRNA |
| 材料 | RNAのヌクレオチド（A、U、G、C） | アミノ酸 |
| 開始の目印 | プロモーター（TATAボックスなど） | 開始コドンAUG |
| 終わりの目印 | 終結配列 | 終止コドン（UAA、UAG、UGA） |
| 塩基の対合 | RNAのヌクレオチドがDNAの鋳型鎖と対合する（TのかわりにU） | tRNAのアンチコドンがmRNAのコドンと対合する |
転写は核の中、翻訳は核の外に描き、その間でmRNAが核膜を通り抜けるようにします。少なくとも1つのコドンを、対応するtRNAのアンチコドンと対にして描きます。核の中でリボソームが翻訳している図や、mRNAにTが入っている図は、まず疑うべきまちがいです。
タンパク質合成の図についてよくある質問
ラベル付きのタンパク質合成の図には何を描けばいいですか？
標準のセットは、鋳型鎖をもつDNA、核内のRNAポリメラーゼとmRNA、核膜孔、そしてリボソームの小サブユニットと大サブユニット、アンチコドンとアミノ酸をもつtRNA、開始コドンから続くmRNAのコドン、伸びていくポリペプチド鎖です。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。
セントラルドグマとは何ですか？
遺伝情報はDNAからRNA、RNAからタンパク質へと流れます。DNAは複製によってコピーされ、RNAに転写され、タンパク質に翻訳されます。1958年にフランシス・クリックが提唱しました。HIVなどのレトロウイルスは逆転写酵素でRNAをDNAに写し戻し、多くのRNAウイルスはRNAをRNAに複製しますが、タンパク質の配列を核酸に戻す過程は知られていません。
タンパク質合成の段階を順に教えてください。
転写、RNAの加工、翻訳です。RNAポリメラーゼが遺伝子をmRNA前駆体に写し、真核生物ではキャップ構造とポリA尾部が付いてスプライシングを受けます。mRNAが核を出ると、リボソームが翻訳します。AUGで開始し、1コドンずつ伸長し、終止コドンで終結します。
コドンとアンチコドンの違いは何ですか？
コドンはmRNA上の3塩基の並び、アンチコドンはそれに対応するtRNA上の3塩基の並びです。両者は相補的な塩基対で結合します。コドンAUGは、アンチコドンUACをもちメチオニンを運ぶtRNAが読み取ります。
mRNA、tRNA、rRNAのはたらきは何ですか？
mRNAは遺伝子の情報を核からリボソームへ運び、tRNAはアミノ酸を運んでコドンと対応させ、rRNAはリボソームの中心をつくってペプチド結合の形成を触媒します。3つとも転写でつくられます。
タンパク質合成は細胞のどこで起こりますか？
転写は核、翻訳は細胞質の遊離リボソームや粗面小胞体上のリボソームで起こります。核をもたない細菌では、どちらも細胞質で起こります。ミトコンドリアと葉緑体も独自のリボソームをもっています。
コドンは全部でいくつありますか？
64通りで、61がアミノ酸を指定し、3つが終止コドンです。ほとんどのアミノ酸には複数のコドンがあり、これを遺伝暗号の縮重といいます。AUGは開始コドンで、メチオニンも指定します。
突然変異はタンパク質合成にどう影響しますか？
塩基が置き換わるとコドンが変わり、別のアミノ酸、同じアミノ酸、または終止を指定することがあります。1〜2塩基の挿入や欠失は読み枠をずらし、それ以降のコドンをすべて変えてしまいます。クリックとブレナーはこの効果を使って、暗号が3塩基ずつ読まれることを示しました。
中学生向けのかんたんなタンパク質合成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。核内のDNA、そのコピーのmRNA、リボソーム、つながってタンパク質になるアミノ酸です。入門ならラベルは5つ以下で足ります。
転写と翻訳の場所と順序は、どうやって正しく保たれるのですか？
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順序（各段階を本来の順に並べ、矢印で次の段階へつなぐ）に従い、各ラベルを正確な表記で描くよう指示されます。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。
ここで作ったタンパク質合成の図は、生物の授業や学位論文に使えますか？
使えます。生成したタンパク質合成の図はあなたのものです。分子生物学のプリント、講義スライド、実験レポート、学位論文で使えます。モデルにもよりますが最大 4K で書き出せます。
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