DNAは情報で満たされている。私たち自身のDNAには何万種類ものタンパク質やRNAを構築するための指示が含まれていて、私たちの生命を維持するための様々な機能は全てこの指示に基づいて実行されている。50年前にワトソン（Watson）とクリック（Crick）が発見したように、この遺伝情報はDNA中にあるアデニン（adenine）、チミン（thymine）、シトシン（cytosine）、グアニン（guanine）の塩基で構成される配列の中に蓄えられている。彼らが提唱したDNA二重らせんは、どのようにして２本のDNA鎖を分離して情報を読み出し、表面に露出した塩基を適切な相手と対合させているかを示している（アデニンの対合する相手はチミン、シトシンの対合する相手はグアニンと常に決まっている）。

更なる情報

DNA鎖に収められている遺伝情報は、個々の生物全体を機能させるには程遠いものである。単にタンパク質の設計情報を集めただけではほとんど使いものにならないだろう。なぜなら私たちが持つ各細胞は３万種ものタンパク質全てを常時作っているのだから。しかし脳の細胞はヘモグロビンを作る必要はなく、赤血球細胞はアセチルコリン受容体を作る必要はない。各細胞は、自身の機能に必要なタンパク質だけを作るようにタンパク質の産生を制御できる必要である。この問題を解決するため、私たちのDNAはいつどこでそれぞれのタンパク質を作るべきであるかを示す調整情報も多く含んでいる。この制御情報は、遺伝情報とは異なりDNAの二重らせんをほどかずに読み取られる。一群の調整タンパク質がDNA二重らせんの表面に沿って手探りで進み、外側に面した塩基の一部を読んで然るべき指示を探し出す。このようなタンパク質の中には、妥当な指示を見つけるとDNAに結合してその箇所にコードされたタンパク質の産生を妨げるものもある。またタンパク質の産生を促し、RNAポリメラーゼの伝令RNAへ転写する機能を開始させるよう誘導するものもある。核には多数の調整タンパク質があり、これによって現在必要とされているタンパク質の産生が制御され、必要とされないタンパク質の合成は阻害される。

DNAを遮断する

lac転写抑制因子（lac repressor）は最初に発見された調整ネットワーク「lacオペロン」（lac operon）の一部を構成する。それは細菌で発見されたもので、乳糖（lactose、ラクトース）の代謝に関係する３つのタンパク質の産生を制御している。その働きは非常に単純である。同じサブユニットが４つ集まってできた４量体で、通常は細菌DNAのオペレーター（operator）と呼ばれる特定領域に強く結合している。このオペレーター領域は３つの乳糖代謝タンパク質をエンコードする領域に隣接している。lac転写抑制因子がここに結合すると、これら代謝タンパク質の産生は妨げられる。しかし、lac転写抑制因子が乳糖や類似の糖類と結合すると、形状が変化しもはやDNAには結合できなくなる。その結果RNAポリメラーゼは自由に遺伝子を転写できるようになり、代謝タンパク質は作られるようになる。

これが細菌細胞に何をもたらすのかに注目して欲しい。乳糖が乏しいと、lacオペロンタンパク質は必要ないため作られない。ところが、細菌が乳糖源に出会うと、大量の糖類がlac転写抑制因子に結合して酵素を作れるようにし、すぐに糖をエネルギー源として使い始める。乳糖を使い果たすと、lac転写抑制因子は結合していた糖類を失い、タンパク質の産生を再び阻害するようになる。なぜなら乳糖代謝に関わるタンパク質はもはや必要ないからである。