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個体と多様性の 生物学

個体と多様性の 生物学. 第２回　多細胞生物への道 　　ー細胞の数を増やす. 和田　勝. 東京医科歯科大学教養部. 細胞分裂と細胞周期. の話をするが、理解するためにはこれまでの知識が必要となる. たとえば 体細胞分裂（ mitosis ） を理解するためには、 DNA のこと、染色体のこと、細胞骨格の知識が必要. まず、 DNA と染色体についてもう一度. 染色体と DNA の関係. 染色体. クロマチン. DNA. ヌクレオソーム. DNA の複製.

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個体と多様性の 生物学

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Presentation Transcript

  1. 個体と多様性の 生物学 第２回　多細胞生物への道 　　ー細胞の数を増やす 和田　勝 東京医科歯科大学教養部

  2. 細胞分裂と細胞周期 の話をするが、理解するためにはこれまでの知識が必要となる たとえば体細胞分裂（mitosis）を理解するためには、DNAのこと、染色体のこと、細胞骨格の知識が必要 まず、DNAと染色体についてもう一度

  3. 染色体とDNAの関係 染色体 クロマチン DNA ヌクレオソーム

  4. DNAの複製 DNAの構造モデルがワトソンとクリックによって発表されたとき、塩基の相補性（AとT、CとG）によって、片方の鎖が決まれば、それに対応する鎖の塩基配列が一意に決まることにより、DNAが遺伝情報となることが説明できた。

  5. DNA分子の構造モデル

  6. DNAの複製 実際にはDNAがどのように複製されているのか、すぐにはわからなかった。 メセルセンとスタールは、14Nと15Nをそれぞれ含む培地で培養し、軽いDNAと重いDNAを大腸菌に作らせた。 重いDNAをもつ大腸菌を軽い培地に移して、、、。

  7. DNAの複製 軽い培地に移して培養した 第一世代と第二世代では 第一世代では中間、第二世代では中間と軽いDNAだった。

  8. DNAの複製 この結果は、DNAの複製が、次の図のような「半保存的」に起こることを示している。

  9. DNAの複製 実際には、DNAポリメラーゼという酵素がDNAの複製を行っている。

  10. DNAの複製 DNAポリメラーゼは、鋳型鎖の塩基と相補的な塩基を持つヌクレオシド三リン酸を取り込み、 ３’末端にホスホジエステル結合をつくって、鎖を伸長させる。 したがって、鎖は５’→３’の方向で伸長していく。

  11. DNAの複製 ５’ ３’ ５’

  12. DNAの複製 DNAは二本鎖なので、それぞれを鋳型にして半保存的に複製していく。ある点（複製開始点）で水素結合が外れて二本鎖が分離したとき、鋳型鎖が３’→５’の場合は５’→ ３’と塩基を伸長させていけるが、反対側では３’→５’となりDNAポリメラーゼは同じ向きには伸長できない。さあどうするか。

  13. DNAの複製 リーディング鎖 とラギング鎖

  14. DNAの複製

  15. 複製開始点

  16. DNA複製をまとめると DNAポリメラーゼを中心としたこれらの酵素群を「複製装置」という

  17. 複製開始点 こうして、一本の二本鎖DNAは、複製され、体細胞分裂が始まると染色体として顕微鏡で見えるようになり、それぞれが染色分体となって、セントロメアで融合したX字状を呈する。

  18. 染色体 ヒト染色体：22対の常染色体と1対の性染色体 長さとセントロメアの位置でAからGのグループに分けられる

  19. 染色体 染色体の数は種によって決まっている。 父親からの半数のセット（haploid）と母親からの半数のセットからなる。これを二倍体（diploid、2n）であると言う。 つまり同じ染色体をペアで持っている。対応するそれぞれの染色体を相同染色体という。

  20. 唾腺染色体 ショウジョウバエ唾腺 縞模様が見える

  21. Gバンド分染法

  22. 染色体 短腕 セントロメア 長腕 染色分体 9p21のように場所を指定できる

  23. 染色体異常と病気 ダウン症候群 ＝trisomy 21 正常 ダウン症 大多数は卵形成時の染色体不分離による

  24. 体細胞分裂 体細胞分裂は、すべての組織でいつも起こっているわけではない。 必要に応じて、分裂期に入る。 間期 分裂期（M期）

  25. 細胞周期 染色体が倍になり、分離して、 ２つの細胞になるまでの周期を言う

  26. 細胞周期 間期はさらに M期 G1期 S期 G2期

  27. 細胞周期 分裂を停止した細胞は、G1期から 外れてG0期に入り、細胞周期のサイクルの外に出る。 盛んに分裂している細胞では、G0期に入らず、細胞周期のサイクルを繰り返す。 実際の分裂の様子を見てみよう。

  28. 体細胞分裂

  29. 体細胞分裂 体細胞分裂の過程は連続しているが、便宜的に有糸分裂期（mitosis、M期）と細胞質分裂期（cytokinesis）に分けられる。 M期は、さらに 前期、中期、後期、終期 に分けられる。

  30. 体細胞分裂（固定像） 前期 中期 間期 後期 終期 M期

  31. 体細胞分裂の過程１ ●染色質の糸が凝縮し始め分裂染色体となる ●紡錘体（spindle）が形成され始める

  32. 体細胞分裂の過程２ ●染色体はさらに短くなり染色分体が明瞭となる ●染色体は赤道面に並ぶ

  33. 体細胞分裂の過程３ ●各染色分体が両極に移動する ●移動は紡錘体・星状体を構成する微小管の 　はたらきによる

  34. 体細胞分裂の過程４ ●染色体は元の状態へ戻り、核膜が再生する ●収縮環ができ始める

  35. 体細胞分裂の過程５ ●収縮環のはたらきでくびれが深くなり、分裂する

  36. 体細胞分裂 こうして細胞の数を増やしていく。 S期にDNAが複製されて、染色体はまったく同じ２本の染色分体になるので、2つの娘細胞はまったく同じ遺伝情報をもつ。

  37. 細胞周期の制御 細胞周期の過程には、いくつかのチェックポイント（関所）があり、監視体制が敷かれていて、一定の条件を満たす場合にのみ、そこを超えて次のステップに行く事がわかってきた。 もちろん監視体制というのは比喩的な表現で、物質的基盤がある。

  38. ヒトデでの研究による卵成熟誘起物質と卵成熟促進因子（Maturation Promoting Factor）の発見 酵母菌での研究によるM期促進因子（M-phase Promoting Factor）の発見 MPFの発見 MPFが真核生物の細胞周期の制御に普遍的であるという認識

  39. 細胞周期に伴うサイクリン 　　　　濃度の変動とCdK活性

  40. G2→Mチェックポイントの実態 MPFは、サイクリンというタンパク質がサイクリン依存性キナーゼと結合して活性化されたもの サイクリンの増減によって、MPF活性の消長が起こる

  41. まとめ 　今回は、細胞分裂と細胞周期について、いろいろなことを学んだ。体細胞分裂の過程は、しっかりと覚えておくこと。

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