半保存的複製

半保存的複製（Semiconservative replication）

半保存的複製とは、生物の遺伝情報を担うDNAが、細胞分裂に際して自身と全く同じ分子を作り出すための、基本的な複製様式を指す用語です。これは、遺伝情報を正確に次世代へと引き継ぐ上で、極めて重要なプロセスとなります。

DNAは、二本のポリヌクレオチド鎖がらせん状に巻き付いた「二重らせん」構造をとっています。この二本の鎖は、アデニン（A）とチミン（T）、グアニン（G）とシトシン（C）という特定の塩基対合によって互いに結びつき、それぞれの鎖の塩基配列は互いに厳密な「相補性」を持っています。一方の鎖の配列が決まれば、もう一方の鎖の配列も自動的に定まるという性質です。

細胞が増殖する際には、まずこのDNAの二重らせん構造がほどけ、二本の鎖が分離します。分離したそれぞれの古い鎖は、新しいDNA鎖を合成するための「鋳型（テンプレート）」として機能します。細胞内では、DNAポリメラーゼなどの様々な酵素の働きにより、鋳型となる古い鎖の塩基配列に対応した相補的な新しい鎖が、ヌクレオチドを材料として合成されていきます。

このプロセスを経て生み出される二つの新しいDNA二重鎖分子は、それぞれが元のDNA分子から受け継いだ一本の古い鎖と、その古い鎖を鋳型として新たに合成された一本の新しい鎖から構成されています。つまり、元のDNA分子を構成していた二つの鎖はバラバラになって新しい分子の一部となり、結果として新しい分子には元の成分が「半分だけ」受け継がれることから、「半保存的複製」という名称が付けられています。

他の複製様式との対比と歴史的な証明

DNAの複製方法としては、理論的には他にもいくつかの様式が考えられました。例えば、元の二重鎖はそのまま完全に保たれ、それとは別に全く新しい二重鎖がゼロから合成される「保存的複製」。あるいは、元の鎖が断片化され、新しい鎖と古い断片が入り混じる形で新しい二重鎖が作られる「分散的複製」といった可能性です。

しかし、DNAの相補的な二重らせん構造が明らかになった時（1953年、ワトソンとクリックが提唱）、その構造そのものが半保存的複製が最も自然で論理的なメカニズムであることを強く示唆していました。ワトソンとクリック自身も、その構造を発見した時点でこの可能性に言及しています。

構造からの推測であった半保存的複製が、実際に細胞内で起こっている現象であることを実験的に証明する必要がありました。この決定的な証拠を提供し、半保存的複製モデルを確立したのが、1958年に行われたメセルソンとスタールによる有名な実験です。彼らは窒素の安定同位体（$^{15}$Nと$^{14}$N）を用いて古いDNA鎖と新しいDNA鎖を識別できるようにし、細胞分裂後のDNAの密度を調べることで、半保存的複製モデルが正しいことを決定的に示しました。

他の生物における類似現象

DNA複製とはやや性質が異なりますが、細胞分裂などの際に古い構造の一部が物理的に次世代に引き継がれる点で、半保存的の考え方に通じる興味深い現象が他の生物にも見られます。例えば、接合藻類（ミカヅキモ、ツヅミモ）の無性生殖において、娘細胞が親細胞の半分を物理的にそのまま受け継ぐ例や、ケイ藻類の細胞分裂に伴う珪酸質の殻の形成過程などが挙げられます。

これらの例は、遺伝物質の複製とは直接関係ない細胞構造の形成過程ですが、「古い要素が半分ずつ次世代に引き継がれる」という点で、生物界において広く見られる原理を示唆していると言えるでしょう。

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