染色体の構造、クロマチン、ヌクレオソーム、ヒストン

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染色体の構造、クロマチン、ヌクレオソーム、ヒストン

よく親子の顔が似ていて、「あれは遺伝してるね」と言って話したりするかと思います。今回は遺伝について見ていきたいと思います。

 

 

ゲノム

ある生物における全遺伝情報をゲノムと呼びます。ヒトのゲノムは約30億塩基対からなっていて、その中に約3万の遺伝子が存在されると考えられています。ちなみに遺伝子とは、遺伝現象を支配する基本単位を言います。そして遺伝子の本体はDNAとなります。

 

では遺伝子の本体となるDNAはどこにあるのでしょうか?それが次からお話しする染色体となります。

 

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性染色体と性別

ヒトには22種類の常染色体と2種類の性染色体があります。ここでは生殖細胞と染色体の関係を見てみましょう。

 

 

そしてヒトの精子と卵子はそれぞれ22本の常染色体と1本の性染色体をもちます。精子にある性染色体はX染色体かY染色体のどちらかです。一方で卵子はX染色体しか持ちません。受精が行われると、精子から23本の染色体と卵子から23本を受け継ぐことになるため、合計46本になります。

 

この受精卵から誕生する子供の性別は受精する精子によって決まります。精子の性染色体がX染色体であれば受精卵はX染色体が2本、精子の性染色体がY染色体であれば受精卵はX染色体1本とY染色体1本となります。X染色体が2本であれば女性となり、X染色体1本とY染色体1本であれば男性となります。

 

 

染色体の構造

クロマチン

染色体を拡大して見てみると、クロマチンと呼ばれるものがたくさん集まっています。クロマチンは後で話すヌクレオソームが連なったもので、クロマチンには以下の2種類があります。

 

  • ユークロマチン;分散した状態
  • ヘテロクロマチン;凝集した状態

 

「ゆー」るく分散した「ユー」クロマチンと覚えましょう。

 

 

ヌクレオソーム

DNAがヒストンに巻き付いたものをヌクレオソームと呼びます。ヌクレオソームはヨーヨーのような形をしていて、ヒストンがヨーヨー本体、DNAが糸のようなポジションになります。

 

ヒストンは正電荷をもつ塩基性アミノ酸を多く含むタンパク質で、H1、H2A、H2B、H3、H4の5種類があります。DNAは負電荷を持つリン酸基があるので、お互いに結合する形になります。

 

なおヒストンがアセチル化されるとプラスが低下して結合が低下します。つまり転写しやすくなり転写が増えることになります。転写についてはおそらく別ページでまとめます。

 

まとめ

  • ヒトのゲノムは30億塩基対からなる
  • 生殖細胞は44本の常染色体と2本の性染色体からなる。
  • 染色体はクロマチンがたくさん集まっている。クロマチンはさらにヌクレオソームが連なったものである。
  • ヌクレオソームはDNAがヒストンに巻き付いたもの

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染色体の構造、クロマチン、ヌクレオソーム、ヒストン 関連ページ

細胞内小器官の働き
細胞内小器官にはミトコンドリア、小胞体、ゴルジ体、リソソーム、ペルオキシソームなどが存在します。これらがうまく働くことで細胞の機能が保たれています。
細胞周期、アポトーシスとネクローシス
細胞周期はG0期(静止期)→G1(第一間期)→S期(DNA合成期)→G2期(第二間期)→M期(分裂期)→G0期という順番で行われます。細胞にとって予定されている死をアポトーシス、予定されていない死をネクローシスといいます。
複合脂質、ホスファチジルコリン(レシチン)の働き
骨格にグリセロールを含む複合脂質をグリセロ脂質といい、スフィンゴシンを含む複合脂質をスフィンゴ脂質といいます。ホスファチジルコリン(レシチン)はホスホリパーゼA2が働くとアラキドン酸などを生じます。
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中枢神経系は脳や脊髄、末梢神経系は脳神経や脊髄神経に分類されます。大脳は大脳皮質、大脳基底核、大脳髄質に分類されます。
神経系2、間脳、脳幹、小脳
視床下部は自律神経、内分泌、本能行動を制御しています。脳幹は大脳と身体との電気信号の経路となります。小脳は運動機能などに関わります。
神経系3、脊髄
脊髄は、外側にある白質と、内部にある灰白質と呼ばれるところがあり、灰白質の後ろのでっぱりを後角、前のでっぱりを前角と言います。脊髄が中枢となり無意識に行う行動を反射と呼びます。
神経系4、脳神経と脊髄神経
末梢神経系を解剖学的にわけると、脳神経と脊髄神経にわけることができます。脳神経は全部で12対あり、脊髄神経は全部で31対あります。
神経系5、体性神経系と自律神経系
体性神経系は知覚神経と運動神経にわけることができます。自律神経系は交感神経と副交感神経にわけることができます。交感神経の節前繊維は、胸髄と腰髄から出てきます。
神経系6、神経細胞の構造
神経細胞は細胞体、樹状突起、軸索からなります。有髄神経線維は跳躍伝導がおこるため速いです。電気的な興奮は、静止状態、脱分極、再分極を経て行われます。
骨の構造
骨は細かく見ると骨組織、骨髄、軟骨組織、骨膜からなります。赤色骨髄は造血機能を持ちます。軟骨組織は主に関節に関わります。骨膜は骨の表面を覆っていて、骨を保護したり、筋肉を骨に固定します。
筋肉1、骨格筋の収縮
筋肉は横紋筋と平滑筋にわけることができます。横紋筋はさらに骨格筋と心筋にわけることができます。骨格筋の収縮には、筋小胞体からのCa2+の放出が必要で、Ca2+がトロポニンCにくっつきロックが外れることで起こります。
筋肉2、心筋の収縮
心筋は横紋筋の1つで横紋構造を持ちます。心筋の収縮は自律神経が調節に関わり、Ca2+なども関わってきます。これらを理解することで強心配糖体の理解にもつながります。
筋肉3、平滑筋の収縮
平滑筋は横紋構造は持たず、自律神経によって支配されています。平滑筋の収縮には、Ca2+とカルモジュリンが結合してミオシン軽鎖キナーゼを活性化することによります。
皮膚の構造
皮膚は、表皮と真皮からなり、その下には皮下組織が存在します。表皮にはメラニン細胞(メラノサイト)、ランゲルハンス細胞、メルケル細胞などが存在し、真皮の汗腺はエクリン腺とアポクリン腺などの種類があります。
循環器1、心臓の構造
心臓の上の部分を心房、下の部分を心室と呼びます。内頚動脈と椎骨動脈でウィリス動脈輪を作り、そこから脳の各部位へ血液が送られます。
循環器2、刺激伝導系と心電図
刺激伝導系は洞房結節→房室結節→ヒス束→左脚右脚→プルキンエ線維と伝わります。心電図は活動電位の時間的変化を体の表面の電極で記録したものです。
リンパ液の流れ
リンパ液は淡黄色をしていて、多くのリンパ球を含みます。リンパ球の産生や分化をする赤色骨髄や胸腺は一次リンパ器官と呼ばれます。免疫応答をするリンパ節や脾臓は二次リンパ器官と呼ばれます。
呼吸器系、気管や肺の構造
T型肺胞上皮細胞は肺胞の表面の多くを占めて、ガス交換を行います。U型肺胞上皮細胞は表面活性物質(サーファクタント)を分泌して、肺胞内側に存在する水の層による表面張力を減らします。
消化器系1、胃とプロトンポンプ
主細胞はペプシノーゲンの分泌、副細胞はムチン(粘液物質)の分泌、壁細胞は胃酸や内因子の分泌、G細胞はガストリンの分泌などに関わります。胃酸の分泌にはプロトンポンプ(H+,K+-ATPase)が関わります。
消化器系2、小腸と大腸
小腸は消化や吸収の大部分を行い、十二指腸、空腸、回腸にわけられます。大腸は水分を吸収して糞便の形成などを行い排泄に関わり、盲腸、結腸、直腸にわけられます。
消化器系3、肝臓と膵臓
肝臓は解毒の他にも、各栄養素の代謝や凝固系にも関わります。膵臓は膵液やインスリンなどのホルモンの分泌が主な仕事です。
泌尿器系、腎臓の働き
腎臓の働きは排泄だけでなく、エリスロポエチン、レニン、活性型ビタミンD3の産生にも関わります。腎小体ではアミノ酸、グルコース、ビタミンなどがろ過されますが、尿細管で再吸収が行われます。
内分泌系1、ホルモンとフィードバック機構
ホルモンは恒常性を保つためにフィードバック機構が働きます。ステロイドや甲状腺ホルモンなどの一部は細胞内受容体に結合して作用します。
内分泌系2、視床下部と脳下垂体のホルモン
脳下垂体前葉からは、基本は刺激ホルモン放出ホルモンが出てきますが、プロラクチンと成長ホルモンは例外です。脳下垂体後葉からはオキシトシンとバソプレシンが出てきます。
内分泌系3、甲状腺ホルモン
甲状腺ホルモンは甲状腺濾胞細胞から分泌され、カルシトニンは傍濾胞細胞から分泌され、パラトルモンは副甲状腺から分泌されます。
内分泌系4、副腎皮質ホルモン
副腎皮質ホルモンは、球状層、束状層、網状層などから分泌され、鉱質コルチコイド、糖質コルチコイド、副腎アンドロゲンなどがあります。副腎髄質からアドレナリンやノルアドレナリンが出てきます。
内分泌系5、消化器系のホルモン
プロインスリンからCペプチドが切断して、インスリンとなります。ガストリンは胃幽門部から分泌され、胃壁細胞に作用します。セクレチンはアルカリ性に富む膵液の分泌促進、コレシストキニンは消化酵素に富む膵液の分泌促進に関わります。
エイコサノイド、プロスタグランジン、トロンボキサン、ロイコトリエン
オータコイドは神経伝達物質とホルモンの間のような生理活性を示します。シクロオキシゲナーゼ経路ではアラキドン酸からプロスタグランジン類やトロンボキサン類が作られます。
感覚器、眼と耳
感覚器の眼のうち、水晶体は白内障、毛様体は緑内障に関わります。耳は聴覚だけでなく、平衡感覚に関わり、前庭や半規管が重要な役割を果たしています。
血液系、赤血球、白血球、血小板
血液を遠心分離にかけると、血球と血漿にわけられ、血清は血漿の一部ということができます。赤血球は酸素の運搬、白血球は免疫、血小板は血液凝固に関わります。
セロトニンはトリプトファン、ヒスタミンはヒスチジンから作られる
セロトニンはトリプトファンから作られます。セロトニンは腸クロム親和性細胞にほとんど存在しています。ヒスタミンはヒスチジンから作られます。ヒスタミンは肥満細胞や好塩基球などに存在しています。
アンギオテンシン、ブラジキニンの作用
アンギオテンシンUはレニンなどが関わり作られて、血管収縮作用、アルドステロン分泌などの作用を示します。ブラジキニンを分解するキニナーゼUはアンギオテンシン変換酵素(ACE)と同じです。
糖の性質、D体L体、エピマー、アノマーなど
糖の代表例としてグルコースをあげて、D体やL体、エピマー(ガラクトース、マンノース)、アノマー(α体、β体)などについてまとめました。
単糖と二糖類、ペントースとヘキソース
ペントースはアラビノース、キシロース、リボースがあります。ヘキソースはグルコース、ガラクトース、マンノース、フルクトースなどがあります。変旋光や還元性に注意が必要です。
多糖類、単純多糖と複合多糖
単純多糖は1種類の糖からなり、アミロース、セルロース、アミロペクチン、グリコーゲンなどがあります。複合多糖は2種類以上の糖からなり、ヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸、ヘパリンなどがあります。
DNAやRNAの核酸塩基の覚え方
DNAは、糖が2-デオキシ-D-リボース、核酸塩基はアデニン、グアニン、シトシン、チミンからなります。RNAは、糖がD-リボース、核酸塩基はアデニン、グアニン、シトシン、ウラシルからなります。
DNAの二重らせん構造と水素結合
DNAはデオキシリボヌクレオチドがホスホジエステル結合でたくさんつながったものです。核酸塩基同士は水素結合でつながっていてアデニンとチミンが水素結合2本、グアニンとシトシンが水素結合3本でつながっています。
ヌクレオチドの生合成、denovo経路とサルベージ経路
ヌクレオチドの生合成はプリンかピリミジンかで異なります。denovo経路は新生経路でサルベージ経路は再利用経路でヌクレオチドの生合成します。

 
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