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ＤＮＡこそが遺伝子の本体
さて、すべての生物は細胞からできています。しかも、アメーバや細菌などの単細胞生物から、膨大な数の細胞が組織されたあらゆる植物まで、その細胞の基本構造は共通しています。また細胞が分裂することで個体数を増やしたり、個々に成長する面でもすべての生物の細胞機能は、基本的に共通しています。
ここで顕微鏡をのぞいてみることにしましょう。あらゆる生命の細胞が分裂する、その分裂の様子顕微鏡でながめると、次のようなドラマが展開します。
まず、細胞の中にある器官が二つに分かれます。最初にこの出来事が発見された段階で、細胞分裂の最初が核の分裂であることから、この核の中にこそ遺伝を支配する何か、つまり遺伝子があると推測されました。またその核内にある物質は酸性を示したことから、核酸と名づけられました。
さらに詳細にながめてみると、今度は核内に染色体という物質があることがわかり、細胞分裂のもっとも最初の段階で二つに分かれるのは、この染色体だということもわかりました。とすると、染色体こそが遺伝子だろうということになります。
ただし染色体は、DNA＝デオキシリボ核酸と呼ばれる物質とタンパク質によってできていて、当初はDNAとタンパク質のどちらかが遺伝子の本体であるかが謎とされました。
その後に、DNAこそが遺伝子の本体だと特定したのは、クリフィとアベリーの二人を中心とするグループでした。彼らは、肺炎の病原体である肺炎双球菌を用いた実験で、DNAこそが形質転換、つまり生命活動の情報を伝える物質そのものであることを明らかにしたのです。
遺伝子のたった四つの信号が何十億もの記憶している
さて１９世紀の中頃、メンデルによってはじまった遺伝の謎を探る研究は、そのほぼ１００年後の１９５３年（昭和２８）年にいたって、一つのクライマックスを迎えます。
すでに遺伝子そのものだということがわかっていたDNAの構造が、ワトソンとクリックによって明らかにされたのです。
あなたもどこかで見たことがあるはずです。２本の鎖が互いにハシゴ状に連結されたような螺旋階段状のモデル。あの“二重螺旋構造”の中に、生命活動をコントロールしるすべての情報が記されているという驚異的な事実が解明されました（解明した２人は、その業績によってノーベル医学生理学賞を受賞）。
さらに驚いたことには、生命の設計図であり、生命活動の司令書である二重螺旋構造には、たった４つの信号しか記されていなかったのです。たった４つの信号が、この配列によって、総計３０億もの文字となり、あらゆる情報を記憶していたんです。
ここで新しい言葉を一つおぼえていただくことにしましょう。ヌクレオチドーDNAの構成単位、つまりDNAを部分にわけた物質単位を呼ぶ言葉です。DNAとはヌクレオチドが対をなしながら連なったものだということになります。
このヌクレオチドという単位を作っているのは、リン酸、糖（五炭糖）、そして窒素を含む塩基です。塩基とは、化学の説明にしたがえば「酸と中和して塩を生ずる化合物」ということになりますが、ここではそんな面倒なことにこだわる必要はありません。塩基こそが、DNAに記される遺伝情報の根本を支配している物質だとだけ覚えていてください。
さて、この塩基にはA＝アデニン、T＝チミン、G＝グアニン、Ⅽ＝シトシンの４種類があります。お気づきでしょうか。遺伝子であるDNAにはたった４つの信号しか記されていないといいましたが、４つの信号とは、この４種類の塩基のことだったのです。
遺伝子はタンパク質の設計図
ほんの少し前に「DNAとはヌクレオチドが対をなしながら連なったもの」と書きました。DNAの二重螺旋構造は、ヌクレオチドが対をなす、段階でいえばハシゴのステップのつながりによって保たれています。
この対をなすとき、４種類の塩基は、AはTと、GはⅭと、という形でペアを組みます。このペアを組む規則・構造は、単細胞の微生物から人間を含む高等な多細胞まで、すべての生物で共通しています。
二重螺旋の一方の鎖の上で見ると、ハシゴのステップとしてペアをなす４種類の塩基は、ATG、ACG、GAA, TAT、AAG、CTGなどなど、さまざまな配列で並ぶことになります。この並び具合などは、生物の種類によって異なります。また同じ種類の生物でも個体によって少しずつ違いがあり、それがために個体差が生じることになります。
人間の場合も、個々に肌の色や血液型、身長、体型、顔かたち、資質、体質などの違いがありますが、その個体差を生み出しているのは、DNAの鎖におけるA・T・G・Ⅽの並び具合の微妙な差だということです。
ところで、人間のひとつの細胞の核にあるDNAは、そのすべてをつなぎ合わせたときの長さが１、８メートルにもなるといいます。そこに並ぶ塩基はおよそ３０億対の信号が“文章”として記している遺伝子（遺伝子情報）は１０万種類。実に膨大な数字です。仮に３０億対の信号を一つの文字として計算するなら、それをおさめるには、あの厚い辞書・公辞苑に換算して１千冊分にもなるというのです。
では単細胞生物の場合はどうでしょう。先に述べたように、塩基が４種類であるという点は変わりません。しかし、大腸菌を例にとるなら、文字の数は約１万分の１、２０万から３０万程度だろうとされています。それでも、人間の場合を公辞苑１千冊分とするなら、本書に記された文字の総数を上まわるほどなのです。
DNAという微細きわまる世界に記された膨大な遺伝情報。専門家であっても、そのメカニズムを完全に把握することは困難です。もちろん、皆さんがそんな困難に好んで挑戦する必要などありません。したがって話をはしょることにしましょう。ガンと核酸の関係を理解するために必要なことだけを、できるだけシンプルに理解していくだけで十分です。そうでなければ話を進めることができません。
さてさて、好んで困難に挑戦している遺伝子研究の専門家たちによって、４種類の塩基は必ず３個単位で一つの単語となっていることが明らかにされています。また３個単位の単語は、タンパク質の単位であるアミノ酸を意味していることも分かっています。
たとえば、AAAと並んだ単語はリジンというアミノ酸を意味し、GGGと並んだ単語ならグリシンというアミノ酸を意味しているという具合に、生体内のタンパク質を構成する総数２０種類が、すべて４種類の塩基で作られる三つの塩基の組み合わせで示される単語に対応していたのです。
そこから類推するなら、もうおわかりでしょう。単語のいくつかが並んだ文書は、すなわち幾種類かのアミノ酸の並びを意味している、つまりタンパク質の設計図になっているということです。実は、このタンパク質の設計図こそが、遺伝子の単位です。遺伝子とはタンパク質合成を司令する信号だと理解してよいでしょう。人間の場合、この遺伝子（単語の連なった一つの分章）が１０万種類になると計算されます。いいかえるなら、人間はその生涯を通じて、DNAが命ずるままに１０万種類のタンパク質をつくりながら
新陳代謝を重ねつということになります。タンパク質の設計図こそが遺伝子の単位であり、生命活動とはタンパク質の合成そのものだという話は、そのままでは理解しにくいかもしれません。これを理解するためには、タンパク質の働きということを、ほんの少しだけ考えることが必要になります。
遺伝子はあらゆる生命活動をコントロールしている
まずは、あなたの体を上から下までチェックしてみてください。髪の毛を作っているのはタンパク質です。顔の肌はもちろん、全身の肌もタンパク質です。目玉の水晶体も、眼球もタンパク質です。手足をうごかしている筋肉もタンパク質なら、内臓を作っているのもすべてタンパク質です。すなわち細胞とはすべてタンパク質なしに成り立たないものなのです。
それら多種多様なタンパク質を作る司令を発しているのは、今さらいうまでもありません、遺伝子です。
では、遺伝子の司令で作られた体は、どのようにして生命活動を続けているのでしょう。食物を食べ、水を飲み、食物を分解し、水分と共に吸収し、それらを体内でエネルギーに変え、新しい細胞を作ったりホルモンを作る素材として取り込むなど、実にさまざまな作業をおこなうことによってです。
これらの、生きるために、新陳代謝を重ねて身体機能を保持するために行われている作業の背景に必ずあるのが、化学反応です。生体エネルギーのすべては化学反応から生じます。ここでいう化学反応とは、物質Aと物質Bから物質Ⅽをつくったり、物質Ⅾを分解して物質Eと物質Ｆにするといった物質の組み換え作業です。
では、たとえばあなたという人間の体の中で行われている化学反応の種類がどれほどあるかといえば、万の単位です。肝臓で行われている化学反応だけでも数千種類、しかもその中には、現在の科学技術で人口的に行うことのできない反応が数百種類もあるというのですか驚きます。
それにしても不思議ではないですか。私たちが目にするもっとも典型的な化学反応といえば、物を炎を上げて燃え、熱と炭素ほかの物質に変化するという現象です。あるいは爆発して、熱による膨張エネルギー、および他の物質に変化するというのも化学反応なら、自動車のエンジンの中でガソリンが爆発して熱とともに水などの物質を作るというのも化学反応です。化学反応とは、普通、燃えるとか爆発するというような大きなエネルギー、あるいはかなり高い熱を伴うものなのに、人間の体の中では、４０度よりはるかに低い体温という環境であるにもかかわらず、あらゆる化学反応が起きているというのが不思議なのです。
体の中で、低い体温にもかかわらず化学反応が行えるのは、化学反応を助ける触媒（しょくばい）があるからです。
この生体の触媒が“酵素”とよばれている生体物質のグループです。課題はタンパク質のことだったはずなのに、どうして酵素が登場が登場してしまったのでしょう。何の不思議もありません。実は酵素もタンパク質なのです。酵素を作る指令を発しているのもDNAに仕組まれた遺伝子です。
ちなみに、酵素とは「ほどんどの場合、その触媒作用はきわめて特異的で、ただ１種の物質、あるいは共通の構造要素をもつ一群の物質にしか作用しない」とされていますから、人間の体内で働く酵素の種類は、化学反応の多種多様さに比較して、少なくとも万の単位になると考えるのが自然でしょう。
では整理しておくことにしましょう。
人間は、食べ物を消化吸収する過程でも酵素を働かせていて、その酵素となるタンパク質を作らせているのも遺伝子です。消化吸収した栄養物と、吸収することで体内に入れた酸素を使って、細胞組織を作らせてのも遺伝子なら、体のあらゆる組織を働かせるためのエネルギー、を発生させるのも遺伝子が作らせた酵素です。この生体活動には、ミネラルやビタミン、核酸成分などが補酵素として働きますが、その補酵素を働かせるのも遺伝子が合成させるタンパク質を通じての命令だと考えてください。
いかがでしょう。遺伝子とは、このようにしてタンパク質を作らせるということによってあらゆる生命活動をコントロールしているということです。
RNAがコピー機械だと考える
ここで、遺伝子という設計図がどのようにして多種多様のタンパク質を作るのか、そのメカニズムを知っておきましょう。DNA（デオキシリボ核酸）にA・T・G・Ⅽの記号によって記された遺伝子（遺伝情報）は、同じ核酸でありながら遺伝子そのものではないRNA（リボ核酸）によって読み取られます。このときに読み取りを行うRNAは、（メセジャーｍ―RNA）とよばれるものです。
ここでDNA中の記号（文字）である四種類の塩基は、AとT、そしてGとⅭが必ずペアーになって、ヌクレオチドごとの対の組み合わせになっていることを思い出してください。ｍ－RNAがDNAから情報を読み取るときにも、この対の組み合わせに対応して転写が行われます。すなわち、AはRNA中のTに相当するU（ウラシルと呼ばれる塩基）に、GはⅭに、ⅭはGに、TはAにと、対を反転する形で転写されるのです。
こうして遺伝情報を読み取ったm―RNAはDNAから離れ、細胞核から細胞質へと移動し、このときm－RNAの一端にはリボゾームが結合します。リポゾームとは、細胞質内にあるごくごく繊細な、それ自体がRNA（リボ核酸）とタンパク質からなる顆粒で、これは細胞のタンパク質合成の原動力になる物質です。
さて、DNAから遺伝情報を転写したｍ－RNAがリポゾームと結合すると、今度はそこに運搬RNA(あるいは転移ＲＮＡ)＝ｔ－RNAがタンパク質の素材であるアミノ酸を運んできます。運ばれてきたアミノ酸は、m－RNAの塩基が記した遺伝情報にしたがってアミノ酸を配列し、つまりはDNAの設計図どおりのタンパク質を合成するのです。
たとえば、DNAがAAACAGATGと並んでいれば、m-RNAはUUUGUCUACになります。UUUはフェニルアラニン、GUCはバリン、UAGはチロシンを指し示しますから、このDNAの配列はフェニルアラニン、バリン、チロシンの配列をつくることになります。
これでおわかりになったでしょう。もしも、もともとの設計図であるDNAの中に狂いが生じていたとしましょう。するとm－RNAが転写する遺伝情報も狂い、これにしたがうアミノ酸の配列にも狂いが生じ、最終的には合成されるタンパク質が本来のものでなくなってしまいます。あるいは必要なタンパク質の合成ができなくなる場合もあります。その結果、細胞に異常が生じたり細胞のエネルギー代謝に不都合が生じるために、ガン細胞が生じるなどの異常がはじまるのです。
コピー原本が汚れ、コピー機械がこわれる可能性は常にある
細胞が分裂する、すなわち一つのDNAが分裂して二つのDNAとなるメカニズムについてもお話ししておきましょう。
DNAの分裂は、二重螺旋構造をハシゴ状で結んでいるヌクレオチドの塩基ペアが一端からほぐれることからはじまります。
しかし塩基は必ずペアを組む性質を持っていますから、ほぐれたDNAの片割れに並ぶ塩基は、それぞれにA（アデニン）ならT（チミン）を持つヌクレオチドと、G（グアニン）ならⅭ（シトシン）を持つヌクレオチドと、という形で周辺にあるヌクレオチドと結び付きながら再び二重螺旋構造のDNAとなりながら、分けれた片割れを再構成するのです。
こうして一端からほぐれはじめたDNAが、もう一端までのすべてをほぐれさせながら再構成し終わると、そこにはもとのDNAとまったく同じ二つのDNAが完成します。さらに次には、二つに分かれたDNAを持つ細胞核が二つに分かれるとともに、細胞そのものも分裂して細胞分裂が完成することになります。
いうまでもなく、こうして行われる細胞分裂がもっとも盛んに行われる。いいかえるなら新陳代謝が盛んなのは成長期の終わりまでです。しかし生物は、成長が終わっても細胞分裂を停止するわけではありません。あなた場合でもそうであるように、脳など一部の細胞を除いて、体中ほとんどの細胞が分裂を繰り返しながら、古い細胞を捨て、新しい細胞に置き換える新陳代謝を続けているのです。
ここにガン細胞が発生したり、他の病気を引き起こす細胞組織の異常が発生する必然があります。新陳代謝をにともなうDNAの複製の過程で、もしもすでに狂っているDNAが排除されることなくそのまま複製されてしまう、あるいは複製の過程で狂いが生じてしまう可能性は、生物が生命活動を続ける限り、どうしても背負わなければならない宿命ということができるでしょう。
さて、ここで大切なポイントを一つ確認しておくことにしましょう。ほぐれたDNAは「周辺にあるヌクレオチドと結び付けながら再び二重螺旋構造のDNAとなる」と書きました。つまりヌクレオチドで構成されているDNAは、当然のことながら他のヌクレオチドを素材としながら再構成されるということです。 核酸食の本質とは、この素材であるヌクレオチドそのものであることを知っておいてください。この点についての詳しい話は、2-4にまとめることにしましょう。
