DNA分子を構成するヌクレオチド。 DNAヘリックスは、可能性からマニフェストへの架け橋です

に核酸加水分解中にプリンおよびピリミジン塩基、ペントースおよびリン酸に分解する高分子化合物が含まれます。核酸には、炭素、水素、リン、酸素、窒素が含まれています。核酸には次の 2 つのクラスがあります。 リボ核酸 (RNA)と デオキシリボ核酸 (DNA).

DNAの構造と機能

DNA- モノマーがデオキシリボヌクレオチドであるポリマー。二重らせんの形をした DNA 分子の空間構造のモデルは、1953 年に J. Watson と F. Crick によって提案されました (このモデルを構築するために、彼らは M. Wilkins、R. Franklin、E.チャーガフ）。

DNA分子 2本のポリヌクレオチド鎖によって形成され、互いにらせん状にねじれ、仮想軸の周りで一緒になります。は二重らせんです (例外 - 一部の DNA 含有ウイルスは一本鎖 DNA を持っています)。 DNA 二重らせんの直径は 2 nm、隣接するヌクレオチド間の距離は 0.34 nm、らせんの 1 ターンあたり 10 対のヌクレオチドがあります。分子の長さは数センチメートルに達することがあります。分子量 - 数千万から数億。ヒト細胞核内の DNA の全長は約 2 m であり、真核細胞では、DNA はタンパク質と複合体を形成し、特定の立体構造を持っています。

DNA モノマー - ヌクレオチド (デオキシリボヌクレオチド)- 3 つの物質の残基で構成されています: 1) 窒素塩基、2) 5 炭素単糖 (ペントース)、および 3) リン酸。核酸の窒素含有塩基は、ピリミジンとプリンのクラスに属します。 DNAのピリミジン塩基(分子内に 1 つのリングがあります) - チミン、シトシン。 プリン塩基（2つのリングがあります） - アデニンとグアニン。

DNAヌクレオチドの単糖はデオキシリボースで表されます。

ヌクレオチドの名前は、対応する塩基の名前に由来します。ヌクレオチドおよび窒素含有塩基は大文字で示されます。

ヌクレオチド縮合反応の結果、ポリヌクレオチド鎖が形成される。この場合、一方のヌクレオチドのデオキシリボース残基の 3'-炭素と他方のリン酸残基の間、 ホスホエーテル結合（耐久性のカテゴリに属します共有結合）。ポリヌクレオチド鎖の一方の末端は 5 炭素 (5 末端と呼ばれます) で終わり、もう一方の末端は 3 炭素 (3 末端) で終わります。

ヌクレオチドの 1 つの鎖に対して、2 番目の鎖があります。これらの 2 つの鎖のヌクレオチドの配置はランダムではありませんが、厳密に定義されています。チミンは常に他の鎖の一方の鎖のアデニンの反対側に位置し、シトシンは常にグアニンの反対側に位置し、2 つの水素結合はアデニンとチミンの間に生じ、3 つの水素結合はグアニンとシトシンの間の結合。 DNAの異なる鎖のヌクレオチドが厳密に順序付けられ（アデニン - チミン、グアニン - シトシン）、選択的に互いに結合するパターンは呼ばれます 補完性の原則. J. Watson と F. Crick は、E. Chargaff の著作を読んだ後、相補性の原理を理解するようになったことに注意してください。 E. Chargaffは、さまざまな生物の組織や器官の膨大な数のサンプルを研究した結果、どのDNAフラグメントでも、グアニン残基の含有量が常にシトシンの含有量に、アデニンがチミンに正確に対応することを発見しました（ 「シャルガフの法則」）、しかし、彼はこの事実を説明できませんでした。

相補性の原理から、ある鎖のヌクレオチド配列が別の鎖のヌクレオチド配列を決定することになります。

DNA鎖は逆平行（反対）です。異なる鎖のヌクレオチドは反対方向に位置しているため、一方の鎖の 3' 末端の反対側がもう一方の鎖の 5' 末端です。 DNA分子は時々比較されますらせん階段. このはしごの「レール」は、糖リン酸骨格 (デオキシリボースとリン酸の交互残基) です。「ステップ」は相補的な窒素塩基です。

DNAの機能- 遺伝情報の保存と伝達。

DNAの複製（複製）

- DNA分子の主な特性である自己倍加のプロセス。複製はマトリックス合成反応のカテゴリーに属し、酵素が関与します。酵素の作用により、DNA 分子は巻き戻され、テンプレートとして機能する各鎖の周りで、相補性と逆平行性の原則に従って新しい鎖が完成します。このように、それぞれの娘DNAは、一方の鎖が親鎖となり、もう一方の鎖が新たに合成されます。このような合成は 半保守的.

複製のエネルギー源である「建材」は、 デオキシリボヌクレオシド三リン酸(ATP、TTP、GTP、CTP) 3 つのリン酸残基を含みます。デオキシリボヌクレオシド三リン酸がポリヌクレオチド鎖に含まれる場合、リン酸の2つの末端残基が切断され、放出されたエネルギーがヌクレオチド間のホスホジエステル結合の形成に使用されます。

次の酵素が複製に関与しています。

ヘリカーゼ (DNA の「巻き戻し」);
タンパク質の不安定化;
DNA トポイソメラーゼ (DNA 切断);
DNA ポリメラーゼ (デオキシリボヌクレオシド三リン酸を選択し、DNA テンプレート鎖に相補的に結合します);
RNA プライマーゼ (フォーム RNA プライマー、プライマー);
DNA リガーゼ (DNA 断片を一緒に縫う)。

ヘリカーゼの助けを借りて、DNA は特定の領域でねじれを戻し、一本鎖 DNA 領域は不安定化タンパク質によって結合され、 複製フォーク. ヌクレオチドの 10 ペア (ヘリックスの 1 回転) の不一致により、DNA 分子はその軸の周りを完全に回転しなければなりません。この回転を防ぐために、DNA トポイソメラーゼは 1 つの DNA 鎖を切断し、2 番目の鎖の周りを回転できるようにします。

DNA ポリメラーゼは、前のヌクレオチドのデオキシリボースの 3" 炭素にのみヌクレオチドを結合できるため、この酵素はテンプレート DNA に沿って一方向にのみ移動できます。つまり、このテンプレート DNA の 3" 末端から 5" 末端です。 . 母体の DNA の鎖は逆平行であるため、その異なる鎖では、娘ポリヌクレオチド鎖のアセンブリが異なる方法で反対方向に発生します. 3 "-5" 鎖では、娘ポリヌクレオチド鎖の合成が中断することなく進行します。この娘チェーンは呼び出されます リーディング. チェーン上で 5 "-3" - 断続的に、断片的に ( 岡崎の欠片）、DNAリガーゼによる複製の完了後、1本の鎖に融合されます。この子チェーンは呼び出されます 遅れている (遅れている).

DNA ポリメラーゼの特徴は、 「種」 (プライマー）。「種」の役割は、RNA プライマーゼ酵素の関与によって形成され、テンプレート DNA と対になった短い RNA 配列によって実行されます。ポリヌクレオチド鎖の組み立てが完了した後、ＲＮＡプライマーを除去する。

複製は、原核生物と真核生物で同様に進行します。原核生物の DNA 合成速度は、真核生物 (1 秒あたり 100 ヌクレオチド) よりも桁違いに高い (1 秒あたり 1000 ヌクレオチド)。複製は、DNA 分子のいくつかの領域で同時に始まります。ある複製起点から別の複製起点までの DNA 断片は、複製単位を形成します。 レプリコン.

複製は細胞分裂の前に起こります。 DNAのこの能力のおかげで、母細胞から娘細胞への遺伝情報の伝達が行われます。

賠償（「修理」）

賠償金 DNA のヌクレオチド配列の損傷を修復するプロセスです。それは細胞の特別な酵素系によって行われます（ 修復酵素）。 DNA 構造修復の過程では、次の段階を区別することができます。 2) DNA ポリメラーゼは、2 番目の (「良い」) 鎖から情報をコピーすることにより、このギャップを埋めます。 3) DNA リガーゼがヌクレオチドを「架橋」し、修復を完了します。

3 つの修復メカニズムが最も研究されています: 1) 光修復、2) 切除または複製前修復、3) 複製後修復。

DNAの構造の変化は、反応性代謝物の作用により細胞内で絶えず起こり、紫外線、重金属およびそれらの塩など。したがって、修復システムの欠陥は突然変異プロセスの割合を増加させ、原因です遺伝性疾患（色素性乾皮症、早老症など）。

RNAの構造と機能

モノマーが リボヌクレオチド. DNA とは異なり、RNA は 2 つではなく 1 つのポリヌクレオチド鎖によって形成されます (例外 - 一部の RNA 含有ウイルスは二本鎖 RNA を持っています)。 RNA ヌクレオチドは、互いに水素結合を形成することができます。 RNA 鎖は DNA 鎖よりもはるかに短いです。

RNA モノマー - ヌクレオチド (リボヌクレオチド)- 3 つの物質の残基で構成されています: 1) 窒素塩基、2) 5 炭素単糖 (ペントース)、および 3) リン酸。 RNA の窒素塩基も、ピリミジンとプリンのクラスに属します。

RNAのピリミジン塩基はウラシル、シトシンで、プリン塩基はアデニンとグアニンです。 RNAヌクレオチド単糖はリボースで表されます。

割り当てる 3種類のRNA: 1) 情報提供(マトリックス) RNA - mRNA (mRNA)、2) 輸送 RNA - tRNA、3) リボソーム RNA - rRNA。

すべての種類の RNA は分岐していないポリヌクレオチドであり、特定の空間的立体構造を持ち、タンパク質合成のプロセスに関与しています。すべての種類の RNA の構造に関する情報は、DNA に保存されています。 DNA テンプレートでの RNA 合成のプロセスは、転写と呼ばれます。

RNAの転送通常、76 (75 から 95) のヌクレオチドを含みます。分子量 - 25,000-30,000. tRNA の割合は、細胞内の総 RNA 量の約 10% を占めます。 tRNA 機能: 1) タンパク質合成部位、リボソームへのアミノ酸の輸送、2) 翻訳メディエーター。細胞内には約 40 種類の tRNA が存在し、それぞれに固有の塩基配列があります。ただし、すべての tRNA にはいくつかの分子内相補領域があり、そのために tRNA はクローバーの葉の形に似たコンフォメーションを獲得します。任意の tRNA は、リボソームと接触するためのループ (1)、アンチコドンループ (2)、酵素と接触するためのループ (3)、アクセプターステム (4)、およびアンチコドン (5) を持っています。アミノ酸は、アクセプターステムの 3' 末端に結合します。 アンティコドン- mRNA コドンを「認識する」3 つのヌクレオチド。特定の tRNA は、そのアンチコドンに対応する厳密に定義されたアミノ酸を輸送できることを強調しておく必要があります。アミノ酸と tRNA の結合の特異性は、酵素アミノアシル tRNA 合成酵素の特性により達成されます。

リボソーム RNA 3000-5000 ヌクレオチドを含みます。分子量 - 1,000,000-1,500,000. rRNA は、細胞内の総 RNA 量の 80-85% を占めます。リボソームタンパク質と組み合わせて、rRNA はリボソーム (タンパク質合成を行うオルガネラ) を形成します。真核細胞では、rRNA 合成は核小体で行われます。 rRNA 機能: 1) リボソームの必要な構造成分であり、したがってリボソームの機能を保証します。 2) リボソームと tRNA の相互作用を確保します。３）リボソームとｍＲＮＡ開始コドンの最初の結合と読み枠の決定、４）リボソームの活性中心の形成。

情報 RNAヌクレオチド含有量と分子量が異なります (50,000 から 4,000,000)。 mRNA の割合は、細胞内の総 RNA 量の最大 5% を占めます。 mRNAの機能: 1) DNA からリボソームへの遺伝情報の伝達、2) タンパク質分子の合成のためのマトリックス、3) タンパク質分子の一次構造のアミノ酸配列の決定。

ATPの構造と機能

アデノシン三リン酸（ATP）生きている細胞の普遍的なエネルギー源であり、主要なエネルギー蓄積器です。 ATP はすべての植物および動物の細胞に見られます。 ATP の平均量は (細胞の生の質量の) 0.04% であり、ATP の最大量 (0.2-0.5%) は骨格筋に見られます。

ATP は残基で構成されています: 1) 窒素塩基 (アデニン)、2) 単糖 (リボース)、3) 3 つのリン酸。 ATPには1つではなく3つのリン酸残基が含まれているため、リボヌクレオシド三リン酸に属します。

細胞内で発生するほとんどの種類の作業には、ATP 加水分解のエネルギーが使用されます。同時に、リン酸の末端残基が切断されるとATPはADP（アデノシン二リン酸）に変換され、2番目のリン酸残基が切断されるとAMP（アデノシン一リン酸）になります。リン酸の末端残基と 2 番目の残基の両方を除去する際の自由エネルギーの収量は、それぞれ 30.6 kJ です。 3 番目のリン酸基の切断には、わずか 13.8 kJ の放出が伴います。リン酸の末端と2番目、2番目、および1番目の残基との間の結合は、マクロ作動性（高エネルギー）と呼ばれます。

ATP リザーブは常に補充されます。すべての生物の細胞では、ATP合成はリン酸化の過程で起こります。 ADPへのリン酸の添加。リン酸化は、呼吸 (ミトコンドリア)、解糖 (細胞質)、光合成 (葉緑体) の間にさまざまな強度で発生します。

ATPがメインリンクエネルギーの放出と蓄積を伴うプロセスと、エネルギーコストで発生するプロセスの間。さらに、ATP は、他のリボヌクレオシド三リン酸 (GTP、CTP、UTP) とともに、RNA 合成の基質です。

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15.04.2015 13.10.2015

「二重らせん」の構造と機能の特徴

新生児の体に遺伝的習慣、特徴、遺伝的変化がない人を想像することは困難です。すべての情報は、ヌクレオチドの遺伝子鎖のキャリアである悪名高い遺伝子にエンコードされていることが判明しました。

DNAの発見の歴史

DNA 分子の構造が初めて世界に知られたのは 1869 年でした。もしも。ミッシャーは、生物の発生のための遺伝暗号の伝達に関与する細胞、またはむしろ分子からなるDNAのよく知られた呼称を推測しました。当初、この物質はヌクレインと呼ばれていましたが、長い間、構造の鎖の数やその機能方法を決定することはできませんでした。

今日、科学者たちは最終的に、4 種類のヌクレオチドを含む DNA の組成を推測しました。

リン残基 H3PO4;

ペプトース C5H10O4;

窒素ベース。

これらの要素はすべて細胞内にあり、DNA の一部であり、1953 年に F. クリックと D. ワトソンによって繁殖された二重らせんに接続されています。彼らの研究は科学と医学の世界で画期的な進歩を遂げ、その研究は多くの研究の基礎となっています。科学研究、各人の遺伝的遺伝の知識への扉を開きました。

接続構造

DNA分子は核内にあり、多くのことを行っていますさまざまな機能. 物質の主な役割は遺伝子情報の保存であるという事実にもかかわらず、化合物は次の種類の仕事を担当しています。

アミノ酸をコードする

体細胞の働きを制御します。

遺伝子の外部発現のためのタンパク質を生成します。

接続の各部分は、いわゆる染色分体と呼ばれるらせん状の糸を形成します。らせんの構造単位はヌクレオチドであり、鎖の中央に位置し、DNA の複製を可能にします。次のようになります。

1.体の細胞内の特別な酵素のおかげで、らせんがほどけます。

2. 水素結合が発散し、酵素 - ポリメラーゼが放出されます。

3. 親 DNA 分子は、30 ヌクレオチドの一本鎖フラグメントに接続されます。

4. 2 つの分子が形成されます。1 つのスレッドは親で、2 つ目は合成です。

なぜヌクレオチド鎖はまだ糸に巻き付いているのですか? 実際、酵素の数は非常に多く、したがって、それらは 1 つの軸に自由に収まります。この現象はスパイラル化と呼ばれ、スレッドは数回、時には最大 30 単位まで短縮されます。

DNAを医療に利用する分子遺伝学的手法

DNA分子のおかげで、人類はヌクレオチド化合物の構造をさまざまな方向に利用できるようになりました。まず、遺伝性疾患の診断について。連鎖遺伝の結果としての単一遺伝子疾患の場合。感染性、腫瘍学的過剰の病歴を特定する場合。また、個人識別のための法医学でも。

DNA の使用には多くの可能性があります。今日では、化合物の構造を開発し、分子バイオフィールドを診断するという概念のおかげで、致死的な疾患のリストから除外された単一遺伝子疾患のリストがあります。将来的には、「新生児の遺伝的文書」について話すことができます。これには、個々の性質の一般的な病気の全リストが含まれます。

すべての分子遺伝学的プロセスはまだ研究されていませんが、これはかなり複雑で時間のかかるメカニズムです。人の初期の生命の構造を変えることによって、近い将来、多くの遺伝病を予防できる可能性があります!

この物質に基づいて、将来他に何が計画されていますか?

ヌクレオチド鎖に基づくコンピュータープログラムは、超スマートコンピューティングロボットを作成する明るい見通しを持っています。このアイデアの祖先は、L. Adleman です。

本発明のアイデアは次のとおりです。各スレッドに対して、一連の分子塩基が合成され、互いに混合して形成されます各種オプション RNA。このようなコンピューターは、99.8% の精度でデータを実行できます。楽観的な科学者によると、この方向性はすぐに風変わりなものではなくなり、10 年後には目に見える現実になるでしょう。

DNA コンピューターは生きた細胞に実装され、身体の生化学的プロセスと相互作用するデジタルプログラムを実行します。そのような分子の最初のスキームはすでに発明されています。つまり、それらの連続生産が間もなく開始されます。

DNAに関する驚くべき驚くべき事実

面白い歴史的事実ホモ・サピエンスとネアンデルタール人が何年も前に交配した証拠。この情報はイタリアの医療センターで確認され、4万歳と推定される発見者のミトコンドリアDNAが決定されました。彼女は、何年も前に惑星地球から姿を消した突然変異の人々の世代からそれを継承しました.

別の事実は、DNAの組成について語っています。妊娠が双子として受胎する場合がありますが、胚の1つもう一方を「引き込みます」。これは、新生児の体内に 2 つの DNA があることを意味します。この現象は、生物が異なる動物のいくつかの体の部分を持っていたギリシャ神話の歴史の写真の多くで知られています. 今日、多くの人が生きていて、自分が二児の保因者であることを知りません構造化合物. 遺伝子研究でさえ、これらのデータを常に確認できるわけではありません。

注意: 世界には、DNA が永遠であり、人間が不滅である驚くべき生き物がいます。そうですか？老化の理論は非常に複雑です。おしゃべり簡単な言葉で、分裂するたびに、細胞はその力を失います。ただし、永続的な構造スレッドがあれば、永遠に生きることができます。一部のロブスター、カメは特別な条件下で非常に長く生きることができます。しかし、誰も病気をキャンセルしませんでした。それは、長命の動物の多くの死の原因になります。

DNA は、あらゆる生物の生命を改善し、深刻な病気の診断を助け、より発達した完璧な人格になるための希望を与えます。

DNA分子は、二重らせんを形成する2本の鎖で構成されています。その構造は、1953 年にフランシスクリックとジェームズワトソンによって初めて解読されました。

最初は、互いにねじれた一対のヌクレオチド鎖からなる DNA 分子が、なぜこのような形をしているのかという疑問が生じました。科学者はこの現象を相補性と呼びました。これは、特定のヌクレオチドのみがそのスレッド内で互いに反対側に配置できることを意味します。たとえば、アデニンは常にチミンの反対側にあり、グアニンは常にシトシンの反対側にあります。 DNA分子のこれらのヌクレオチドは相補的と呼ばれます。

概略的には、これは次のように示されます。

T - A

C - G

これらのペアは、アミノ酸が配置される順序を決定する化学ヌクレオチド結合を形成します。最初のケースでは、彼女は少し弱いです。 CとGのつながりが強い。非相補的なヌクレオチドは互いにペアを形成しません。

構造について

ですから、DNA 分子の構造は特殊です。このような形状には理由があります。実際には、ヌクレオチドの数が非常に多く、長い鎖を収容するには多くのスペースが必要です。チェーンがらせん状のねじれに固有であるのはこのためです。この現象はスパイラル化と呼ばれ、スレッドを 5 倍または 6 倍短くすることができます。

そのような計画のいくつかの分子は体によって非常に活発に使用され、他の分子はめったに使用されません。後者は、らせん化に加えて、スーパーコイルなどの「コンパクトパッキング」も受けます。そして、DNA 分子の長さは 25 ～ 30 分の 1 に減少します。

分子の「パッケージング」とは何ですか?

ヒストンタンパク質は、スーパーコイルのプロセスに関与しています。それらは、糸またはロッド用のスプールの構造と外観を持っています。らせん状の糸が巻き付けられているため、すぐに「コンパクトに詰め込まれ」、場所を取りません。 1つまたは別のスレッドを使用する必要が生じると、たとえばヒストンタンパク質のコイルから巻き戻され、ヘリックスが2本の平行なチェーンに巻き戻されます. DNA分子がこの状態にあるとき、そこから必要な遺伝データを読み取ることができます。ただし、1つ条件があります。 DNA分子の構造がねじれていない場合にのみ、情報を得ることができます。読み取り可能な染色体はユークロマチンと呼ばれ、それらがスーパースパイラル化されている場合、これらはすでにヘテロクロマチンです。

核酸

核酸は、タンパク質と同様に生体高分子です。主な機能は、遺伝（遺伝情報）の保存、実装、伝達です。 DNA と RNA (デオキシリボ核酸とリボ核酸) の 2 種類があります。それらのモノマーはヌクレオチドであり、それぞれがリン酸残基、5炭素糖（デオキシリボース/リボース）、および窒素含有塩基を持っています。 DNA コードには、アデニン (A) / グアニン (G) / シトシン (C) / チミン (T) の 4 種類のヌクレオチドが含まれています。それらは、含まれる窒素塩基が異なります。

DNA 分子では、ヌクレオチドの数は、数千から数千万から数億に及ぶ膨大な数になる可能性があります。このような巨大分子は、電子顕微鏡で見ることができます。この場合、ヌクレオチドの窒素含有塩基の水素結合によって相互接続されたポリヌクレオチド鎖の二重鎖を見ることができる。

リサーチ

研究の過程で、科学者は、異なる生物の DNA 分子のタイプが異なることを発見しました。また、一方の鎖のグアニンはシトシンにしか結合できず、チミンはアデニンにしか結合できないこともわかりました。 1 つの鎖のヌクレオチドの配置は、平行するものと厳密に一致します。ポリヌクレオチドのこの相補性により、DNA分子は複製および自己複製が可能です。しかし、最初に、対になったヌクレオチドを破壊する特別な酵素の影響下で、相補鎖が発散し、その後、欠落している鎖の合成がそれぞれで始まります。これは、大量に遊離ヌクレオチドの各セル内。その結果、「親分子」の代わりに、組成と構造が同じ2つの「娘」分子が形成され、DNAコードは元の分子になります。このプロセスは、細胞分裂の前兆です。これにより、母細胞から娘細胞へのすべての遺伝データの転送だけでなく、その後のすべての世代への転送も保証されます。

遺伝子コードはどのように読み取られるのですか？

今日では、DNA 分子の質量が計算されるだけでなく、以前は科学者が利用できなかったより複雑なデータを見つけることも可能です。たとえば、身体が自身の細胞をどのように使用しているかについての情報を読み取ることができます。もちろん、最初はこの情報はコード化された形式で、特定のマトリックスの形式を持っているため、RNAである特別なキャリアに転送する必要があります。リボ核酸は、核膜を通して細胞内に浸透し、すでに内部にあるコード化された情報を読み取ることができます. したがって、RNA は核から細胞への隠されたデータのキャリアであり、デオキシリボースの代わりにリボースを含み、チミンの代わりにウラシルを含むという点で DNA とは異なります。さらに、RNAは一本鎖です。

RNA合成

DNA の詳細な分析により、RNA が核を離れた後、細胞質に入り、そこでテンプレートとしてリボソーム (特殊な酵素システム) に組み込まれることが示されました。受け取った情報に基づいて、タンパク質アミノ酸の適切な配列を合成できます。どんなものについて有機化合物発生期のタンパク質鎖に結合する必要があるため、リボソームはトリプレットコードから学習します。各アミノ酸には、それをコードする固有のトリプレットがあります。

鎖の形成が完了すると、それは特定の空間的形態を獲得し、そのホルモン、構築、酵素およびその他の機能を実行できるタンパク質に変わります. あらゆる生物にとって、それは遺伝子産物です。そこから、遺伝子のあらゆる種類の性質、特性、および発現が決定されます。

遺伝子

まず第一に、DNA分子の構造がいくつの遺伝子を持っているかについての情報を得ることを目的として、配列決定プロセスが開発されました。研究により、科学者はこの問題を大きく前進させることができましたが、正確な数を知ることはまだ不可能です.

数年前まで、DNA 分子には約 10 万個の遺伝子が含まれていると考えられていました。少し後に、その数字は80,000に減少し、1998年に、遺伝学者は、1つのDNAに50,000個の遺伝子しか存在しないと述べました。これは、DNAの全長のわずか3％です. しかし、彼らは遺伝学者の最新の結論に衝撃を受けました。現在、彼らは、ゲノムには言及されたユニットが 25 ～ 40,000 含まれていると主張しています。染色体 DNA のわずか 1.5% がタンパク質のコード化に関与していることが判明しました。

研究はそこで止まりませんでした。遺伝子工学の専門家の並行チームは、1 つの分子内の遺伝子の数が正確に 32,000 であることを発見しました。ご覧のとおり、決定的な答えを得ることはまだ不可能です。矛盾が多すぎる。すべての研究者は、自分の発見だけに頼っています。

進化はありましたか？

分子の進化の証拠がないという事実にもかかわらず（DNA分子の構造は壊れやすく、サイズが小さいため）、それでも科学者は1つの仮定を立てました. 実験室のデータに基づいて、彼らは次の内容のバージョンを発声しました: 初期その外観の一部は、古代の海に含まれる最大 32 のアミノ酸を含む単純な自己複製ペプチドの形をしていました。

自己複製の後、自然選択の力により、分子は外部要素の影響から自分自身を保護する能力を持ちます。彼らは長生きし、大量に繁殖し始めました。脂質バブルの中にいる分子は、自分自身を複製するあらゆる機会を得ました。一連の連続したサイクルの結果として、脂質の泡は細胞膜の形を取り、さらによく知られている粒子になりました。今日、DNA分子のどの部分も複雑で十分に機能する構造であり、そのすべての特徴は科学者によってまだ十分に研究されていないことに注意する必要があります.

現代世界

最近、イスラエルの科学者が、毎秒数兆回の演算を実行できるコンピューターを開発しました。今日はそれが一番速い車地面に。全体の秘密は、革新的なデバイスが DNA から機能するという事実にあります。教授たちは、近い将来、そのようなコンピューターはエネルギーを生成することさえできるようになるだろうと言います。

レホボト (イスラエル) のワイツマン研究所の専門家は、1 年前に、分子と酵素で構成されるプログラム可能な分子コンピューターの作成を発表しました。彼らはシリコンマイクロチップをそれらに置き換えました。今日まで、チームは前進してきました。現在、コンピューターに必要なデータを提供し、必要な燃料を提供できるのは、たった 1 つの DNA 分子だけです。

生化学的な「ナノコンピューター」はフィクションではなく、すでに自然界に存在し、すべての生物に現れています。しかし、多くの場合、それらは人々によって制御されていません。人間は、たとえば「Pi」という数値を計算するために、植物のゲノムを操作することはまだできません。

DNA を使用してデータを保存/処理するというアイデアは、1994 年に最初に科学者の頭を悩ませました。その時、単純な数学の問題を解くために分子が使用されました。それ以来、多くの研究グループが DNA コンピューターに関連するさまざまなプロジェクトを提案してきました。しかし、ここではすべての試みがエネルギー分子のみに基づいていました。このようなコンピュータは、肉眼では見ることができず、試験管内の透明な水溶液のように見えます。そこには機械部品はなく、数兆個の生体分子デバイスしかありません。これはたった 1 滴の液体の中にあります。

ヒトDNA

1953年、科学者がDNAの二本鎖モデルを初めて世界に示すことができたとき、人々はどのような種類のヒトDNAに気づきました. このために、カークとワトソンは受け取ったノーベル賞、この発見は20世紀に基本的なものになったからです。

もちろん、時間の経過とともに、彼らは、提案されたバージョンのように見えるだけでなく、構造化された人間の分子がどのように見えるかを証明しました. より詳細な DNA 分析の後、彼らは Z の A 型、B 型、および左利き型を発見しました。フォームA-は水分が不足している場合にのみ形成されるため、多くの場合例外です. しかし、これは実験室での研究でのみ可能です。自然環境ではこれは異常であり、生きている細胞ではそのようなプロセスは発生しません。

B型は定番で右利きのダブルチェーンとして知られていますが、Z型はねじれただけではありません。逆方向、左側ですが、よりジグザグに見えます。科学者は、G-四重鎖の形態も特定しました。その構造では、2 スレッドではなく 4 スレッドです。遺伝学者によると、この形態はグアニンが過剰な領域で発生します。

人工DNA

今日、人工DNAはすでに存在しており、これは本物と同一のコピーです。自然の二重らせんの構造を完全に繰り返します。しかし、元のポリヌクレオチドとは異なり、人工のものには 2 つのヌクレオチドしか追加されていません。

吹き替えは、実在のDNAのさまざまな研究の過程で得られた情報に基づいて作成されたため、コピー、自己複製、進化することもできます。専門家は、このような人工分子の作成に約 20 年間取り組んできました。その結果、遺伝子コードを天然の DNA と同じように使用できる驚くべき発明が生まれました。

既存の 4 つの窒素ベースに、遺伝学はさらに 2 つを追加しました。これらは、天然のベースの化学修飾の方法によって作成されました。天然とは異なり、人工の DNA は非常に短いことが判明しました。 81 塩基対しか含まれていません。しかし、それはまた再生し、進化します。

ポリメラーゼによって人工的に得られた分子の複製が起こる連鎖反応、しかしこれまでのところ、これは単独で起こっているのではなく、科学者の介入によって起こっています。彼らは独自に必要な酵素を前述の DNA に追加し、特別に準備された液体培地に入れます。

最終結果

DNA 発生のプロセスと最終結果は、突然変異などのさまざまな要因の影響を受ける可能性があります。これにより、分析の結果が信頼できる信頼できるものになるように、物質のサンプルの必須の研究が行われます。例として、父子鑑定があります。しかし、突然変異などの事件がまれであることを喜ぶことはできません。それにもかかわらず、分析に基づいてより正確な情報を得るために、物質のサンプルは常に再チェックされます。

植物DNA

ハイテクシーケンシング (HTS) のおかげで、ゲノミクスの分野に革命が起こりました。植物からの DNA の分離も可能になりました。もちろん植物素材由来分子量高品質の DNA は、次のような問題を引き起こします。多数ミトコンドリアと葉緑体 DNA のコピー、および高レベルの多糖類とフェノール化合物。この場合、検討している構造を分離するためにさまざまな方法が使用されます。

DNAの水素結合

DNA 分子の水素結合は、電気陰性原子に結合している正電荷を帯びた水素原子間に生じる電磁引力の原因です。この双極子相互作用は、化学結合の基準には該当しません。しかし、それは分子間または分子のさまざまな部分、つまり分子内で実現できます。

水素原子は、この結合の供与体である電気陰性原子に結合しています。電気陰性原子は、窒素、フッ素、酸素です。それは、分散化によって、水素原子核からそれ自体に電子雲を引き付け、水素原子を (部分的に) 正に帯電させます。 Hは他の分子や原子に比べてサイズが小さいため、電荷も小さいです。

DNAの解読

DNA 分子を解読する前に、科学者はまず膨大な数の細胞を採取します。最も正確で成功する作業には、約 100 万個が必要です。研究中に得られた結果は常に比較され、記録されます。今日、ゲノム配列決定はもはや珍しいものではなく、手頃な価格の手順です。

もちろん、単一細胞のゲノムを解読することは不適切な作業です。そのような研究の過程で得られたデータは、科学者にとって何の関心もありません。ただし、現在存在するすべてのデコード方法は、その複雑さにもかかわらず、十分に効率的ではないことを理解することが重要です。 DNA の 40 ～ 70% しか読み取れません。

しかし、ハーバード大学の教授たちは最近、ゲノムの 90% を解読できる方法を発表しました。この技術は、DNA複製を開始する助けを借りて、単離された細胞にプライマー分子を追加することに基づいています。しかし、この方法でさえ成功したとは言えず、科学で公然と使用される前に改良する必要があります。

略語の細胞 DNA は、学校の生物学のコースでよく知られていますが、それが何であるかを簡単に答えられる人はほとんどいません。卒業直後の記憶には、遺伝と遺伝学の漠然とした考えだけが残っています。 DNA とは何か、それが私たちの生活にどのような影響を与えるかを知ることは、非常に必要な場合があります。

DNA分子

生化学者は、DNA、RNA、タンパク質の 3 種類の高分子を区別します。デオキシリボ核酸世代から世代への種の遺伝的形質、特性および発達に関するデータの伝達を担う生体高分子です。そのモノマーはヌクレオチドです。 DNA分子とはそれは染色体の主要な構成要素であり、遺伝暗号を含んでいます。

DNA構造

以前、科学者たちは、DNA 構造モデルは周期的であり、ヌクレオチドの同じグループ (リン酸分子と糖分子の組み合わせ) が繰り返されると考えていました。ヌクレオチド配列の特定の組み合わせは、情報を「コード化」する能力を提供します。研究のおかげで、さまざまな生物の構造が異なることが判明しました。

アメリカの科学者、アレクサンダー・リッチ、デビッド・デイビス、ゲイリー・フェルセンフェルドは、DNA とは何かという問題の研究で特に有名です。 1957 年に、彼らは 3 ヘリックス核酸の記述を提示しました。 28 年後、科学者マキシムダビドビッチフランクカメニツキーは、2 本のヘリックスからなるデオキシリボ核酸がどのように 3 本鎖の H 型に折り畳まれるかを実証しました。

デオキシリボ核酸の構造は二本鎖です。その中で、ヌクレオチドはペアで接続され、長いポリヌクレオチド鎖を形成します。これらの鎖は、水素結合によって、二重らせんの形成を可能にします。例外は、一本鎖ゲノムを持つウイルスです。線状の DNA (一部のウイルス、細菌) と環状 (ミトコンドリア、葉緑体) があります。

DNAの構成

DNAが何でできているかを知らなければ、医学の成果はありません。各ヌクレオチドは、ペントース糖残基、窒素含有塩基、リン酸残基の 3 つの部分で構成されています。化合物の特性に基づいて、酸はデオキシリボ核酸またはリボ核酸と呼ばれます。 DNA には、シトシンとチミンの 2 つの塩基からなる膨大な数のモノヌクレオチドが含まれています。さらに、ピリミジン誘導体、アデニン、グアニンを含みます。

生物学における DNA の定義は、ジャンク DNA です。その機能はまだ不明です。代替バージョン名前 - 「非コーディング」、これは真実ではありません。コードタンパク質、トランスポゾンが含まれていますが、その目的も謎です。作業仮説の 1 つは、この巨大分子の一定量が突然変異に関連するゲノムの構造安定化に寄与していることを示唆しています。

どこですか

細胞内の位置は、種の特性によって異なります。単細胞では、DNAは膜にあります。他の生物では、核、色素体、ミトコンドリアに存在します。人間のDNAについて言えば、それは染色体と呼ばれます。確かに、染色体はクロマチンとデオキシリボ核酸の複合体であるため、これは完全に真実ではありません。

檻の中の役割

細胞における DNA の主な役割は、遺伝的遺伝子の伝達と将来の世代の生存です。将来の個人の外部データだけでなく、その性格と健康もそれに依存します。デオキシリボ核酸はスーパーコイル状態にありますが、質の高い生命プロセスのためにはねじれを解かなければなりません。酵素 - トポイソメラーゼとヘリカーゼがこれを助けます。

トポイソメラーゼはヌクレアーゼであり、ねじれの程度を変えることができます。それらの機能のもう 1 つは、転写と複製 (細胞分裂) への参加です。ヘリカーゼは、塩基間の水素結合を切断します。壊れた結合を「架橋」するリガーゼ酵素と、新しいポリヌクレオチド鎖の合成に関与するポリメラーゼがあります。

DNAが解読される仕組み

この生物学の略語はよく知られています。 DNAの正式名称はデオキシリボ核酸です。誰もが初めてこれを言えるわけではないので、DNA の解読はスピーチで省略されることがよくあります。タンパク質のアミノ酸の配列からなるRNA - リボ核酸の概念もあります。それらは直接つながっており、RNA は 2 番目に重要な高分子です。

ヒトDNA

核内のヒト染色体は分離されているため、ヒト DNA は最も安定した完全な情報伝達媒体になります。遺伝子組換えの際に、ヘリックスが分離され、部位が交換され、その後接続が復元されます。 DNAの損傷により、新しい組み合わせとパターンが形成されます。全体のメカニズムは自然淘汰を促進します。彼女がゲノムの転送にどのくらいの期間関与しているか、および彼女の代謝進化がどのようなものであるかはまだわかっていません。

誰が発見したか

DNA の構造の最初の発見は、1953 年に分子の構造的特徴を明らかにした英国の生物学者ジェームズワトソンとフランシスクリックによるものです。 1869年、スイスの医師フリードリヒ・ミーシャーによって発見されました。彼は、化膿性病変に大量に蓄積する白血球の助けを借りて、動物細胞の化学組成を研究しました。

ミッシャーは、分離されたタンパク質である白血球を洗浄する方法を研究していたとき、白血球以外にも何かがあることを発見しました。処理中に皿の底にフレーク状の沈殿物が形成されました。これらの堆積物を顕微鏡で調べた後、若い医師は処理後に残った核を発見しました。塩酸. それには、フリードリヒがヌクレイン (ラテン語の nucleus - nucleus から) と呼んだ化合物が含まれていました。

多くの人は、親が持つ特徴のいくつかが子供に伝わる理由に常に関心を持っています (たとえば、目の色、髪、顔の形など)。科学は、この形質の伝達が遺伝物質または DNA に依存することを証明しています。

DNAとは何ですか？

ヌクレオチド

前述のように、デオキシリボ核酸の基本構造単位はヌクレオチドです。これは複雑な教育です。 DNAヌクレオチドの組成は次のとおりです。

ヌクレオチドの中心には 5 成分の糖があります (DNA では、リボースを含む RNA とは異なります)。窒素塩基がそれに付着しており、そのうち5つのタイプが区別されます：アデニン、グアニン、チミン、ウラシル、シトシン。さらに、各ヌクレオチドにはリン酸残基も含まれています。

DNAの組成には、これらの構造単位を持つヌクレオチドのみが含まれます。

すべてのヌクレオチドは鎖状に配置され、互いに続きます。トリプレット (それぞれ 3 つのヌクレオチド) にグループ化され、各トリプレットが特定のアミノ酸に対応する配列を形成します。結果はチェーンです。

それらは、窒素塩基間の結合によって結合されています。ヌクレオチド間の基本結合並列回路- 水素。

ヌクレオチド配列は遺伝子の基礎です。それらの構造の違反は、タンパク質の合成の失敗と突然変異の発現につながります。 DNA の構成には、ほとんどすべての人で決定され、他の生物と区別するのと同じ遺伝子が含まれています。

ヌクレオチド修飾

場合によっては、特定の機能をより安定して転写するために、窒素含有塩基の修飾が使用されます。化学組成 DNA は、メチル基 (CH3) の追加によって変更されます。そのような（1つのヌクレオチドに対する）修飾により、遺伝子発現の安定化と形質の娘細胞への伝達が可能になります。

分子構造のこの「改善」は、窒素塩基の結合にはまったく影響しません。

この修飾は、X 染色体の不活性化にも使用されます。その結果、バー体が形成されます。

発がん性の増強により、DNA 分析は、ヌクレオチドの鎖が多くの塩基でメチル化を受けていたことを示しています。行われた観察では、突然変異の原因は通常メチル化シトシンであることが注目されました。通常、腫瘍プロセスでは、脱メチル化はプロセスを停止するのに役立ちますが、その複雑さのために、この反応は実行されません.

DNA構造

分子の構造には、2種類の構造が区別されます。最初のタイプは、ヌクレオチドによって形成される線形配列です。それらの構造は特定の法律の対象となります。 DNA 分子へのヌクレオチドの書き込みは、5' 末端から始まり、3' 末端で終わります。反対側に位置する 2 番目の鎖は同じ方法で構築されますが、空間的な関係においてのみ、分子は互いに反対側にあり、1 つの鎖の 5' 末端は 2 番目の鎖の 3' 末端の反対側に位置します。

DNAの二次構造はらせんです。これは、互いに反対側に位置するヌクレオチド間の水素結合の存在によって引き起こされます。相補的な窒素含有塩基間で水素結合が形成されます (たとえば、チミンのみが最初の鎖のアデニンの反対側になり、シトシンまたはウラシルはグアニンの反対側になる可能性があります)。このような正確さは、2番目の鎖の構築が最初の鎖に基づいて行われるという事実によるものであり、したがって、窒素塩基間に正確な対応があります。

分子の合成

DNA分子はどのように形成されますか?

その形成のサイクルでは、3つの段階が区別されます。

チェーンの切断。
チェーンの 1 つへの合成ユニットの結合。
相補性の原理による第 2 鎖の完成。

分子の分離の段階では、主な役割は酵素 - DNA ジャイレースによって行われます。これらの酵素は、鎖間の水素結合の破壊に焦点を当てています。

鎖が分岐した後、主要な合成酵素である DNA ポリメラーゼが作用します。その添付ファイルは、セクション 5' で観察されます。さらに、この酵素は 3' 末端に向かって移動し、同時に必要なヌクレオチドを対応する窒素含有塩基に結合します。 3'末端の特定の部位（ターミネーター）に到達すると、ポリメラーゼは元の鎖から切断されます。

娘鎖が形成された後、塩基間に水素結合が形成され、新しく形成された DNA 分子が一緒に保持されます。

この分子はどこにありますか?

細胞や組織の構造を詳しく調べると、主に DNA が新しい娘細胞またはそのクローンの形成に関与していることがわかります。同時に、その中にいると、新しく形成された細胞間で均等に（クローンが形成されます）、または部分的に分割されます（この現象は、減数分裂中にしばしば観察されます）。核の敗北は、突然変異につながる新しい組織の形成の違反を伴います。

そのほか、特殊タイプ遺伝物質はミトコンドリアに含まれています。それらでは、DNAは核内のDNAとは多少異なります（ミトコンドリアのデオキシリボ核酸はリング形状をしており、多少異なる機能を果たします）.

分子自体は体のあらゆる細胞から分離することができます（研究では、頬の内側または血液からの塗抹標本が最もよく使用されます）. 剥脱上皮と一部の血液細胞 (赤血球) のみに遺伝物質はありません。

機能

DNA分子の組成は、世代から世代へと情報を伝達する機能のパフォーマンスを決定します。これは、1つまたは別の遺伝子型（内部）または表現型（外部 - たとえば、目や髪の色）の特徴の発現を引き起こす特定のタンパク質の合成が原因で発生します。

情報の転送は、遺伝子コードから実装することによって実行されます。遺伝暗号で暗号化された情報に基づいて、特定の情報、リボソーム、およびトランスファー RNA が生成されます。それぞれが特定の作用を担っています。メッセンジャー RNA はタンパク質の合成に使用され、リボソーム RNA はタンパク質分子の組み立てに関与し、トランスポート RNA は対応するタンパク質を形成します。

彼らの仕事の失敗や構造の変化は、実行された機能の違反と非定型の機能（突然変異）の出現につながります。

DNA 父子鑑定では、人々の間に関連する形質の存在を判断できます。

遺伝子検査

現在、遺伝物質の研究は何に使用できますか?

DNA分析は、身体の多くの要因や変化を特定するために使用されます。

まず第一に、この研究により、先天性、遺伝性疾患の存在を判断できます。そのような病気には、ダウン症候群、自閉症、マルファン症候群が含まれます。

DNA を調べて家族のつながりを調べることもできます。父子鑑定は、多くの、主に法的なプロセスで長い間広く使用されてきました。この研究非嫡出子間の遺伝的関係を決定する際に規定されています。多くの場合、相続の申請者は、当局から疑問が生じたときにこのテストを受けます。