DNA、特性、構造、機能、特性、構成要素を理解する

June 28, 2021
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クイックリードリスト公演

1.DNAの定義

2.DNAの歴史

3.DNA機能

4.DNAの特徴

5.DNA構造

6.DNA複製

6.1.1. 保守的なモデル、

6.2.2. 半保存的モデル、

6.3.3. 分散モデル、

7.DNAの成分

8.DNAの物理的および化学的性質

9.DNA転写

9.1.これを共有：

9.2.関連記事：

DNAの定義

DNAは細胞の核にある核酸であり、生物に関するすべての情報を遺伝物質の形で保存する働きをします。 DNAはまた、生物の遺伝形質を決定します。 DNAを使用することで得られるメリットはたくさんあります。特に遺伝学に関連する問題で。

DNAはヌクレオチドの配列で構成されています。ヌクレオチドは、リン酸基、ペントース糖、および窒素塩基の組み合わせです。ヌクレオシドは、ペントース糖と核酸塩基の組み合わせです。各ヌクレオチドは、5つの炭素原子、リン酸基、および窒素塩基を有するデオキシリボース糖基を含む。 DNAのすべてのヌクレオチドは同じ糖とリン酸基を含んでいるため、「DNAのバックボーン」と呼ばれます。 DNAの窒素塩基は、常にプリン基とピリミジン基の間で対になっています。プリン塩基はアデニン（A）とグアニン（G）であり、ピリミジン塩基はシトシン（C）とチミン（T）です。 DNAでは、GはCとペアになり、AはTとペアになります。

窒素塩基対を持つDNAは遺伝子の本当の形です。一般に、1つの遺伝子には数万から数十万の塩基対が含まれています。 DNAは、複製（複製）と転写（印刷）のプロセスを通じて、細胞と生物の体の生命を調節します。複製は細胞分裂と生殖に役立ち、転写はタンパク質合成に役立ちます。タンパク質合成により、体を調節し、生物の性質に影響を与えるさまざまな物質や細胞小器官が形成されます。

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DNAの歴史

DNAは、1868年にドイツのテュービンゲンにいるスイスの科学者フリードリッヒミーシェルによって最初に精製されました。フリードリッヒミーシェルは、細胞核内の位置にちなんでヌクレインと名付けました。しかし、細胞におけるDNAの役割の研究は、メンデルの遺伝的仮定の発見とともに、20世紀初頭に始まったばかりです。 DNAとタンパク質は、この理論に基づいて、遺伝的形質の保因者として最も可能性の高い2つの分子と見なされます。

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40年代の10年間の2つの実験は、遺伝物質としてのDNAの機能を証明しました。エイブリーと彼の同僚による研究では、抽出物中のDNAが無傷のままにされない限り、ある細菌細胞からの抽出物は別の細菌細胞に変換できませんでした。ハーシーとチェイスが行った実験では、放射性トレーサーを使用して同じことが証明されました。

当時の未解決の謎は、「遺伝物質として機能するためのDNAの構造とは何か」でした。この質問には、モーリス・ウィルキンスとロザリンド・フランクリンによるDNAのX線回折の結果に基づいて、フランシス・クリックと彼の同僚のジェームズ・ワトソンが回答しました。

1953年、ジェームズ・ワトソンとフランシス・クリックは、DNAを4塩基の核酸、2つのプリン基（アデニンとグアニン）からなるポリマーとして定義しました。ピリミジングループの他の2つ：シトシンとチミン。 4つのヌクレオバスはグルコースリン酸にリンクしています。

モーリス・ウィルキンスとロザリンド・フランクリンは、DNA分子が3.4nmごとに回転するらせんの形をしていることを発見しました。核酸塩基分子間の距離は0.34nmであるため、各回転に10個の核酸塩基分子があると判断できます。 DNA。 DNAヘリックスの直径が約2nmであることを知った後、DNAが1本の鎖ではなく2本のらせん鎖で構成されていることが発見されました。

クリック、ワトソン、ウィルキンスは、この発見により、1962年にノーベル医学賞を受賞しました。当時亡くなっていたフランクリンは、この賞を受賞することができませんでした。

細胞に関する科学技術の発展は、人間に新しい知識をもたらしました。 1950年代頃に開発された細胞の理解の進歩。当時、エイムズ・アトソンとフランシス・クリックは、入手可能な証拠に基づいて染色体上のDNAの構造を説明することができました。 X線回折の証拠に基づいて、彼らはDNAの構造がねじれたはしごまたは二重らせんのようなものであると結論付けました。

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DNA機能

一般に、DNAには次の3つの機能があります。

遺伝情報の保因者
遺伝子の化学的形態としてのDNAは、生物の遺伝情報のキャリアです。 DNAには、生物の特性や特性の形成に関する指示が含まれています。
特性の自己複製と継承に役割を果たす
DNAには生物の性質に関するすべての情報が含まれているため、自己複製（複製）に関する情報も含まれている必要があります。 DNA複製は、ある細胞から別の細胞にDNAを渡す方法を提供します。
遺伝子情報の発現
遺伝子は特定のタンパク質を形成するための情報を運びます。このプロセスは、タンパク質合成のメカニズムを通じて発生します。タンパク質形成のプロセスは、DNAのRNAへの転写とRNAの翻訳によるポリペプチド鎖の形成のプロセスを通じて起こります。
さまざまな病気を検出する
多くの病気はDNA検査を通して検出することができます。前立腺癌、アルツハイマー病など。 DNA検査はまた、はげや変性疾患（遺伝性）を検出することができます。したがって、できるだけ早く対処することができます。
警察を助ける
DNAは、法医学活動、つまり法律における科学的概念の適用に使用されます。 DNAは、犯罪現場で被害者や容疑者を特定するのに非常に役立ちます。法医学的証拠は、法律で最も正確な証拠です。警察が犯罪者を捕まえるのを容易にする法医学分析におけるDNAフィンガープリントまたはDNAフィンガープリント
家族を探しています
両親が私たちの生物学的両親であるかどうかについて疑問がある場合は、DNA検査で調べることができます。さらに、認識されていない身体を特定して、家族や赤ちゃんが誰と交換されているかを知ることもできます。
遺伝子操作
生物のDNAを精製することで、それを操作して同じ生物を作成したり、他のDNAと混合して目的の生物を生成したりすることができます。私たちは通常、それを植物に適用して優れた種子を生産します。トランスジェニック植物またはより高い収量を生み出すことができるようにDNAが操作されている植物の農業用DNA 高いか、除草剤への耐性などの望ましい特性を持っているか、ドライ

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DNAの特徴

DNAには、生物の活動を制御する役割を持つ遺伝暗号が含まれています。 DNAの特徴のいくつかの要約はここにあります：

リン酸（P）グループ、デオキシリボース糖、および窒素塩基が含まれています
シャルガフの法則に従う：合計（A-T）+合計（G-C）= 100％
窒素塩基は水素結合で結合しています
C1とNチミンの間の角度：50°
C1とNアデニンの間の角度：51°
C1とNシトシンの間の角度：52°
C1とNグアニンの間の角度：54°
A-T間の水素結合距離：いいえ。 6といいえ。 4 = 2.85; 番号。 1とNo。 3 = 2.90
G-C間の水素結合距離：いいえ。 6といいえ。 4 = 2.83; 番号。 1とNo。 3 = 2.86; 番号。 2といいえ。 2 = 2.84。
N A-TベースのC1糖原子間の結合距離：11.1°
N G-CベースのC1糖原子間の結合距離：10.8°
デオキシリボース糖骨格とリン酸基は外側にあり、N塩基はらせんの内側にあります。
直径= 20（オングストローム）
塩基対間の距離N = 3.4
回転回転= 36°
分子量：660ダルトン（D）

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DNA構造

DNAの化学構造は、あらゆる生物の生物学的情報を保存するのに非常に適しています。 DNAバックボーンは化学的切断に耐性があり、二本鎖DNA構造の両方の鎖は同じ生物学的情報を保存します。したがって、生物学的情報は、2つのDNA鎖が分離されたときに複製されます。ほとんどのDNA（ヒトでは98％以上）は非コードです。つまり、タンパク質の機能をコードしていません。

DNAは、ヌクレオチドポリマーの繰り返しで構成され、二重に配置され、二重らせんDNAを形成し、右にねじれたポリヌクレオチド高分子です。各ヌクレオチドは、次の3つの分子グループで構成されています。

5-炭素糖（2-デオキシリボース）
窒素塩基は、プリン基、すなわちアデニン（アデニン= A）およびグアニン（グアニニ= G）、ピリミジン基、すなわちシトシン（シトシン= C）およびチミン（チミン= T）で構成されています。
リン酸塩グループ

以下は、DNAを構成するコンポーネントの化学構造の配置です。

プリンとピリミジンの両方がデオキシリボースに結合して、DNA合成の基本的な前駆体であるヌクレオシドまたはデオキシリボヌクレオシドと呼ばれる分子を形成します。

前駆体は、リン酸基に関連するデオキシリボヌクレオシド化合物の形成における最初の要素です。 DNAは4種類のヌクレオチドモノマーで構成されています。 DNAの4つの窒素ヌクレオチド塩基の数は同じではありません。

すべてのDNA分子において、アデニン（A）の量は常にチミン（T）の量と同じです。同様に、グアニン（G）とシトシン（C）の量は常に同じです。この現象はシャルガフの法則と呼ばれます。アデニン（A）は常にチミン（T）とペアになり、2つの水素結合（A = T）を形成しますが、シトシン（C）は常にグアニン（G）とペアになり、3つの水素結合を形成します（C = G）。

DNAは一次構造が二本鎖ポリヌクレオチドである高分子です。この構造ははしごに例えられます。ラングは窒素塩基であり、A-T結合とG-C結合があります。 2つの「バックボーン」はリボースシュガーです。モノヌクレオチドは、ホスホジエステル結合を介して互いに化学的に関連しています。

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DNA複製

繁殖能力は生物の重要な特徴です。これは、分子レベル、つまり複製による遺伝物質の伝播で観察できます。このプロセスには、デオキシリボヌクレオチドの原材料、酵素、およびヌクレオチドが必要です。 DNA複製のプロセスは、同じ新しいDNA鎖を生成します。 DNAはまた、転写の過程を通じて新しいRNA鎖を生成することができます。

複製は、コイルの展開とヘリカーゼ酵素による鎖の分離から始まり、2つの単一バンドを形成します。両方のバンドは、DNAポリメラーゼ酵素の助けを借りて新しいDNAテンプレートとして機能します。複製に影響を与えるDNAダブルヘリの特徴が1つあることに注意してください。つまり、2つのDNA鎖が逆平行であるということです。つまり、2つのバンドの糖リン酸結合は反対方向にあります。

複製はDNA合成イベントです。細胞が有糸分裂によって分裂するとき、分裂の結果として生じる各細胞は、その親として完全で同一のDNAを含みます。 DNA複製は次のように分けることができます。

1. 保守的なモデル、

つまり、2つの古いDNA鎖は変更されず、2つの新しいDNA鎖のテンプレートとして機能します。または保守的な複製モデルによると、すべてのDNA二重らせんバンドがテンプレートとして機能します。このプロセスにより、DNAバンドが生成されます。

2. 半保存的モデル、

つまり、2つの古いDNA鎖が分離され、古いDNA鎖のそれぞれの相補性の原理によって新しい鎖が合成されます。このDNA複製モデルは、ダブルヘリDNAモデルを提案した直後にAtsonとCrickによって提案されました。このモデルは、リボンが単一のリボンに解かれた後、各リボンが型として機能することを説明しています。各シングルバンドはパートナーバンドを形成するため、2つの新しいダブルヘリバンドが形成されます。

3. 分散モデル、

つまり、両方の古いDNA鎖の一部が、新しいDNA鎖を合成するためのテンプレートとして使用されます。このモデルに基づいて、スパイラルバンド（ダブルヘリ）が切断され、DNAフラグメントが2つの新しいストランドを形成します。古いDNA断片は、二重らせんの両方の鎖で新しいDNAと接続されます。 3つの仮説のうち、半保存的仮説は、DNA複製を説明する際に科学者によってより広く受け入れられています。いくつかの研究はまた、DNA複製のメカニズムとして半保存的仮説を強化しました。

3つの複製モデルのうち、半保存的モデルはDNA複製プロセスに適したモデルであり、この半保存的DNA複製は、原核生物と真核生物の両方に適用されます。原核生物と真核生物の複製の違いは、関与する酵素の種類と数、および複製の速度と程度です。 DNA複製の複雑さ真核生物では、複製イベントは有糸分裂の前に、正確には次の合成段階で発生します。サイクル。

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DNAの成分

DNAは、ウイルスを含むすべての生細胞の核に見られる遺伝物質を運ぶ分子です。 DNAはタンパク質と炭水化物からなる核酸です。 DNAは、生物の性質や形態を決定する遺伝情報を持っているため、生物にとって非常に重要です。

二重らせん構造に配置されたDNA配列を構成する6つのコンポーネントがあります。 DNA配列を構成する6つのコンポーネントは次のとおりです。最初のものを見てみましょう：

デオキシリボース
2-デオキシリボースまたはデオキシ糖は、分子式H-（C = O）-（CH2）-（CHOH）3-Hの単糖です。この糖は5つの炭素を持ち、1つの酸素原子が欠けているリボース糖です。デオキシリボースは、リン酸基と窒素塩基（シトシン、チミン、アデニン、またはグアニン）に結合します。
リン酸塩グループ
リン酸塩は、分子式PO43-の無機元素です。この要素はバッファエージェントとして機能します。
シトシン
シトシン（シトシン）は、4つの核酸塩基の1つです。遺伝子では、シトシンは文字Cで示されます。 DNAでは、シトシンはグアニンに結合し、3つの水素結合を形成します（図の点線）。
チミン
チミン（チミン）は、4つの核酸塩基の1つです。チミンは5-メチルウラシルとも呼ばれます。 RNAでは、チミンはウラシルに置き換えられます。 DNAでは、チミンはアデニンと結合して2つの水素結合を形成します。遺伝子では、チミンは文字Tで表されます。
アデニン
アデニン（アデニン）は、4つの核酸塩基の1つです。アデニンは、DNAの成分であるだけでなく、エネルギーが豊富なATP（アデノシン三リン酸）の一部でもあります。遺伝子では、アデニンは文字Aで示されます。
グアニン
グアニン（グアニン）は、4つの核酸塩基の1つです。 DNAでは、グアニンはシトシンに結合し、3つの水素結合を形成します。遺伝子では、グアニンは文字Gで表されます。

DNAの物理的および化学的性質

DNAはヌクレオチドのポリマーです。 DNAのヌクレオチドは、発生する結合であるホスホジエステル結合によって相互にリンクされています。 1つのヌクレオチドのカチオン炭素は、パントース糖（デオキシリボース）、1つのリン酸塩および1つの塩基で構成されています窒素。

核酸塩基はデオキシリボース糖の最初の炭素に結合し、リン酸は同じ糖の5番目の炭素に結合します。ヌクレオチドを構成する窒素塩基は、2つにグループ化されます。

プリンは、その構造が2つの環の形をしている核酸塩基です。これらには、アデニンとグアニンが含まれます。
プリミジンは、構造が環である核酸塩基です。これらには、シトシンとチミンが含まれます。

シャルガフの法則：
シャルガフは、多くの生物のDNAにおけるプリンとプリミジンの相対的な比率を研究しました。結果は、あらゆる生物のDNAにおいて、数A = TおよびC = Gであることを示しました。 X線回折を使用することにより、DNAがらせん配列を持っていることが知られています。

ワトソンとクリック：
ワトソンとクリックは、DNAが二重らせんの形をしていることを発見しました。各DNA分子は、二重らせん構造を形成するように逆平行に配置された2つのポリヌクレオチド鎖で構成されています。

2つのポリヌクレオチド鎖はコイル状の二重らせんに配置されています。
糖鎖とリン酸鎖は、らせんの外側の骨格を形成します。
糖に付着した核酸塩基は、らせんの中心に突き出ています。
2本のストランド間の距離は1.1nmで、これは窒素塩基で満たされています。
2つのベース間の距離は3.4Aです
らせんの各ターンには10塩基が含まれています
らせんの各ターンの距離は34Aです。
2本の鎖（ポリヌクレオチド鎖）は逆平行です。つまり、鎖はそのパートナー鎖と反対の方向を向いています。たとえば、鎖は5リン酸基で終わり、対鎖は3 OH（ヒドロキシル）基で終わります。
2つのポリヌクレオチド鎖は相補的です。つまり、鎖内のヌクレオチドの順序によって、他の鎖内のヌクレオチドの配列が決まります。
1つの窒素塩基とそのパートナー塩基の間は水素結合によって接続されています。
*）AとTの間の2つの水素結合
*）CとGの間の3つの水素結合
窒素塩基はTとのみペアリングできますが、CとGはペアリングできます
可能な塩基配列の数は無限であり、異なる配列は異なる情報をエンコードします。

DNA転写

DNA転写は、テンプレートとしてDNAからRNAを形成するプロセスです。転写プロセスにより、mRNA、rRNA、tRNAが生成されます。 RNAの形成は酵素RNAポリメラーゼによって行われます。転写プロセスは、次の3つの段階で構成されます。

開始：RNAポリメラーゼ酵素が遺伝子をコピーするため、RNAポリメラーゼの結合は特定の場所、つまり転写される遺伝子の直前で発生します。遺伝子（DNA）がRNAポリメラーゼと出会う場所をプロモーターと呼びます。次に、RNAポリメラーゼはDNA二重らせんを開きます。 DNA鎖の1つがテンプレートとして機能します。真核生物のプロモーターヌクレオチドは5'-GNNCAATCT-3 'および5'-TATAAAT-3'です。記号Nはヌクレオチドを示します（A、T、G、Cの場合があります）。原核生物では、プロモーター配列は5'-TTGACA-3 'および5'-TATAAT-3'です。
伸長：RNAポリメラーゼ酵素はDNA分子に沿って移動し、二重らせんを開き、リボヌクレオチドを成長中のRNAの3 '末端につなぎます。
終了：特定の場所で発生します。転写終結プロセスは、DNAからのRNAポリメラーゼ酵素の解離を特徴とし、RNAが放出されます。

真核生物のmRNAは翻訳前に修飾されますが、原核生物、たとえば細菌では、mRNAが遺伝子の最終的な転写です。 mRNAの新たに転写された5 '末端はpppNpNであり、ここでNはヌクレオチドの糖塩基成分、pはリン酸です。成熟したmRNAは7mGpppNpN構造を持っており、7mGは転写後に付加された7メチルグアニンを運ぶヌクレオチドです。 3 '末端にはpNpNpA（pA）npAがあります。このポリAテールは、ポリ（A）ポリメラーゼの助けを借りて追加されました。しかし、ヒストンをコードするmRNAはポリAを欠いています。

転写結果は、イントロン（生物学的情報をエンコードしないDNAのセグメント）を持ち、削除する必要があり、エクソン、つまり生物学的情報を運ぶセグメントを持っている結果です。イントロンは、スプライシングと呼ばれるプロセスによって除去されます。スプライシングプロセスは核内で行われます。

スプライシングは5 '末端での切断から始まり、次に自由な5末端がそれ自体に付着しますイントロンのどこかで、結合のために発生する投げ縄のような構造を形成します 5'-2 'ホスホジエステル。さらに、3の終わりの切断部位が切断され、2つのエクソンが結合します。

rRNAとtRNAは転写プロセスの最終産物であり、mRNAは翻訳されます。
tRNAは、mRNAのヌクレオチド配列を読み取り、それをアミノ酸に変換するアダプター分子です。

tRNA分子の構造は、5つの成分からなるクローバーの葉のようなものです。

アクセプターアームはアミノ酸の付着部位です。
アームDまたはDHU：ジヒドロウラシルピリミジンを含み、
アンチコドンアーム：mRNAの塩基と相補的な塩基を持つアンチコドンを持っています
余分な腕
TUUスリーブ：T、U、Cが含まれています
翻訳

単一のチャンバーで構成される原核生物では、転写と翻訳のプロセスが同時に発生します。翻訳は、mRNAのコドンをポリペプチドに翻訳するプロセスです。翻訳の過程で、遺伝暗号は重要なルールです。遺伝暗号では、mRNAのヌクレオチド配列は3つのグループで運ばれます。 3つの各グループはコドンと呼ばれます。翻訳では、コドンはtRNAに存在するアンチコドンアームによって認識されます。

翻訳メカニズムは次のとおりです。

印心。このプロセスは、mRNAへの小さなリボソームサブユニットの付着から始まります。付着は特定の場所、すなわち5'-AGGAGGU-3 'で発生しますが、真核生物ではキャップ構造（7mGpppNpN）で発生します。次に、リボソームはAUGコドンに出会うまで3 'に向かってシフトします。このコドンは開始コドンです。最初のtRNAによって運ばれるアミノ酸はメチオニンです。メチオニンは、AUGによってコードされるアミノ酸です。バクテリアでは、メチオニンはNformylメチオニンに変換されます。 mRNA、小さなリボソームサブユニットおよびtRNA-Nformylメチオニンの複合構造は開始複合体と呼ばれます。真核生物では、開始複合体は、多くの開始因子タンパク質が関与するより複雑な方法で形成されます。
伸長。次の段階は、大きなサブユニットを小さなサブユニットに取り付けて、2つの別々の場所にすることです。そもそもtRNA-Nformylメチオニンが占めるP（ペプチジル）部位です。 2番目の場所は、2番目のコドンにある空のA（アミノアシル）場所です。伸長プロセスは、正しいアンチコドンとアミノ酸を持つtRNAがAサイトに入るときに発生します。その結果、リボソームの両方の場所が満たされ、2つのアミノ酸間にペプチド結合が発生します。次に、N-ホルミルメチオニンとのtRNA結合が解放され、2本の鎖アミノ酸が所定の位置に配置されますA。次にリボソームがシフトし、tRNAのアミノ酸がPサイトにあり、Aサイトが空になります。さらに、3番目のコドンを持つ正しいアンチコドンを持つtRNAがAサイトに入り、プロセスは以前と同じように続行されます。
終了。場所Aが終止コドン、すなわちUAA、UAG、UGAと出会うと、翻訳プロセスは停止します。これらのコドンは、適切なアンチコドンを運ぶtRNAを欠いています。次に、サイトAにリリースファクター（RF）を入力し、最後のtRNAから形成されたポリペプチド鎖をリリースします。次に、リボソームは小さなサブユニットと大きなサブユニットに変わります。