몫:
DNA 역사, 기능, 구조, 성분
그 DNA (디옥시리보 핵산)은 유기체를 생성하고 그 기능을 유지하는데 필요한 모든 정보를 포함하고있는 생체 분자입니다. 그것은 인산염 그룹, 5 탄소의 당 분자 및 질소 성 염기로 차례로 형성된 뉴클레오타이드라고 불리는 단위들로 구성되어있다.
아데닌 (A), 시토신 (C), 구아닌 (G) 및 티민 (T)의 네 가지 질소 염기가 있습니다. Adenine은 항상 thymine과 guanine과 함께 cytosine과 쌍을 이룹니다. DNA의 가닥에 들어있는 메시지는 전령 RNA로 변형되며 이것은 단백질의 합성에 관여한다..
DNA는 단백질 양의 음 (히스톤)과 관련된 생리 학적 pH를 충전 현저히 안정 분자 진핵 세포의 핵이 효율적으로 압축 될 것이다. DNA의 긴 가닥은 다양한 관련 단백질과 함께 염색체를 형성합니다..
색인
- 1 역사
- 2 구성 요소
- 3 구조
- 3.1 Chargaff의 법칙
- 3.2 이중 나선 모델
- 4 조직
- 4.1 히스톤
- 4.2 뉴 클레오 솜과 30 nm 섬유
- 4.3 염색체
- 4.4 원핵 생물 조직
- 4.5 DNA 양
- 5 DNA의 구조 형태
- 5.1 DNA-A
- 5.2 ADN-Z
- 6 함수
- 6.1 복제, 전사 및 번역
- 6.2 유전 암호
- 7 화학 및 물리적 특성
- 8 진화
- 9 DNA 시퀀싱
- 9.1 생거 법
- 10 새로운 발생 순서
- 11 참고
역사
1953 년, 미국의 제임스 왓슨과 프랜시스 크릭 영국 결정학 로잘린드 프랭클린과 모리스 윌킨스에 의해 수행 된 작업에, DNA의 3 차원 구조를 해명에 감사 성공했다. 그들은 또한 다른 저자의 저작에 대한 결론을 기반으로했다..
모두 염기 간의 수소 결합에 의해 연결되어있는 경우 두 평행 쇄의 나선이 시계 방향으로 회전 : 형성되는 분자의 구조를 추론하는 데 사용할 수있는 X 선 회절 패턴에 노출시킴으로써 DNA . 얻어진 패턴은 다음과 같다 :
구조는 브래그 회절 법 다음 가정 할 수있다 : 목적은 X 선 빔의 방향에서 오면 전자 대상 빔과 상호 작용하기 때문에, 이것이 reflectado이고.
1953 년 4 월 25 일 Watson과 Crick의 결과가 권위있는 저널에 실 렸습니다 자연, 2 쪽짜리 기사 "핵산의 분자 구조", 그것은 생물학 분야에 완전히 혁명을 일으킬 것이다..
이 발견 덕분에 연구자들은 납품 전에 사망 한 프랭클린을 제외하고는 1962 년에 노벨 의학상을 받았다. 현재이 발견은 새로운 지식을 습득하는 과학적 방법의 성공에 대한 훌륭한 지수 중 하나입니다.
구성 요소
DNA 분자는 뉴클레오타이드, 인산염 그룹에 부착 된 탄소 5 개와 질소 성 염기로 구성된 단위로 구성됩니다. DNA에서 발견되는 당의 유형은 데 옥시 리보스 (deoxyribose) 유형이며, 따라서 그 이름 인 데 옥시 리보 핵산.
체인을 형성하는 뉴클레오타이드는 당 및 공유 5'- fosfafo 다음 뉴클레오티드로부터 3 '히드 록 실기 (-OH)를 통해 포스 링크 유형에 의해 연결되어있는.
뉴클레오티드를 뉴 클레오 시드와 혼동하지 마십시오. 후자는 오탄당 (설탕)과 질소 성 염기만으로 형성된 뉴클레오타이드의 부분을 의미한다.
DNA는 아데닌 (A), 시토신 (C), 구아닌 (G) 및 티민 (T)의 네 가지 유형의 질소 염기로 이루어져 있습니다..
질소 염기는 퓨린과 피리 미딘의 두 가지 범주로 분류됩니다. 첫 번째 그룹은 다른 다섯 개의 링에 연결된 다섯 개의 원자로 이루어진 링으로 이루어져 있고, 피리 미딘은 단일 링으로 구성되어 있습니다.
언급 된 염기 중에서 아데닌 및 구아닌은 퓨린 유도체이다. 대조적으로, 피리 미딘 군은 티민, 시토신 및 우라실 (RNA 분자에 존재 함)에 속하며,.
구조
DNA 분자는 두 개의 뉴클레오타이드 체인으로 구성됩니다. 이 "사슬"은 DNA 가닥으로 알려져 있습니다..
2 개의 가닥은 상보적인 염기 사이의 수소 결합에 의해 결합된다. 질소 성 염기는 당 및 인산염의 골격에 공유 결합되어있다.
하나의 가닥에 위치한 각각의 뉴클레오타이드는 다른 가닥의 다른 특정 뉴클레오티드와 결합하여 공지 된 이중 나선을 형성 할 수있다. 효율적인 구조를 형성하기 위해, A는 두 개의 수소 교량을 통해 T와 항상 결합하고, 세 개의 교량을 통해 C와 G를 결합시킨다.
차 거프의 법칙
DNA에서 질소 염기의 비율을 연구하면, A의 양은 T의 양과 동일하고 G와 C와 동일하다는 것을 알 수 있습니다.이 패턴은 Chargaff의 법칙으로 알려져 있습니다.
이 페어링은 설탕 - 인산염 골격의 분자를 따라 유사한 거리를 유지하면서 구조를 따라 비슷한 너비를 유지할 수 있기 때문에 에너지 적으로 유리합니다. 링의베이스는 링 중 하나와 결합된다.
이중 나선의 모델
이중 나선은 3.4 나노 미터의 중심 간 거리에 의해 분리 된 1 턴당 10.4 뉴클레오티드로 구성되는 것이 제안되어있다. 롤링 공정은 구조물에 홈을 형성하게하고, 주요 홈과 부 홈을 관측 할 수있게한다..
그루브는 염기 쌍의 글리코 시드 결합이 그들의 직경에 대해 서로 반대가 아니기 때문에 발생한다. 마이너 그루브에는 피리 미딘 O-2 및 퓨린 N-3가 있고, 주 홈은 대향 영역에 위치한다.
사다리의 비유를 사용하는 경우, 렁은 서로 보완적인 기본 쌍으로 구성되며 골격은 두 개의 그립 레일에 해당합니다..
DNA 분자의 끝은 동일하지 않으므로 우리는 "극성"을 말합니다. 그 말단 중 하나 인 3 '은 -OH 그룹을 갖고, 5'말단은 자유 인산 그룹.
두 가닥은 반 평행으로 위치하며, 이는 다음과 같이 극성과 반대 방향에 위치합니다.
또한 스레드 중 하나의 시퀀스는 파트너와 상보되어야하며 위치 A가 발견되면 반 평행 스레드에서 T.
조직
각각의 인간 세포에는 약 2 미터의 DNA가 효율적으로 포장되어야합니다.
가닥은 세포 부피의 10 % 만 차지하는 직경 6 μm의 미세한 코어에 포함될 수 있도록 압축되어야합니다. 이것은 다음과 같은 압축 수준 덕분입니다.
히스톤 스
진핵 생물에는 DNA 분자에 결합하는 능력을 가진 히스톤 (histone)이라고 불리는 단백질이 있는데, 이것은 가닥의 첫 번째 압축 단계입니다. 히스톤은 DNA의 음성 전하와 상호 작용할 수있는 양전하를 띠고 인산염이 기여한다.
돌연변이의 낮은 비율이 분자에 선택적 압력이 강한 것을 나타냅니다 것을 기억 - 히스톤 진화 단백질의 과정에서 실질적으로 변경되었습니다 진핵 생물에 매우 중요하다. 히스톤의 결함으로 인해 DNA 압축이 불량해질 수 있습니다..
히스톤은 생화학 적으로 변형 될 수 있으며이 과정은 유전 물질의 압축 수준을 수정합니다.
히스톤이 "hypoacetylated"되면 아세틸 화 된 형태가 단백질의 라이신 (양전하를 띤 아미노산)의 양전하를 중화하기 때문에 염색질이 더 응축됩니다.
뉴 클레오 솜과 30 nm 섬유
DNA 가닥은 히스톤에서 감겨져 뉴 클레오 솜 (nucleosomes)이라 불리는 진주 목걸이의 구슬과 비슷한 구조를 형성합니다. 이 구조의 중심에는 H2A, H2B, H3 및 H4와 같은 히스톤의 각 유형이 두 개 있습니다. 다른 히스톤의 합집합은 "히스톤 8 량체".
8 량체는 146 쌍의 염기로 둘러싸여있어 2 번 미만이됩니다. 인간 배수체 세포는 약 6.4 x 109 3 천만 개의 뉴 클레오 솜으로 조직화 된 뉴클레오타이드.
뉴 클레오 솜의 조직은 원래 길이의 1/3 이상에서 DNA를 압축 할 수 있습니다.
생리 조건 하에서 유전 물질을 추출하는 과정에서 뉴 클레오 솜은 30 나노 미터.
염색체
염색체는 상속의 기능적 단위이며, 그 기능은 개체의 유전자를 운반하는 것입니다. 유전자는 단백질 (또는 일련의 단백질)을 합성하기위한 정보가 들어있는 DNA의 한 부분입니다. 그러나 RNA와 같은 조절 요소를 암호화하는 유전자도 있습니다.
모든 인간 세포 (생식 세포 및 혈액 적혈구 제외)에는 각 염색체의 사본이 두 개 있는데, 하나는 아버지로부터 상속 받고 다른 하나는 어머니로부터 상속받은 것입니다..
염색체는 위에서 언급 한 단백질 복합체와 관련된 DNA의 긴 직선 부분으로 구성된 구조입니다. 일반적으로 진핵 생물에서 핵에 포함 된 모든 유전 물질은 일련의 염색체.
원핵 조직
원핵 생물은 핵이없는 생물이다. 이 종에서, 유전 물질은 저 분자량 알칼리성 단백질과 함께 매우 감겨져있다. 이러한 방식으로, DNA는 압축되어 박테리아의 중앙 영역에 위치한다.
일부 저자는 보통이 구조에 "박테리아 염색체"라고 명명하지만, 진핵 생물 염색체의 동일한 특성을 나타내지는 않습니다.
DNA의 양
모든 생물 종에는 동일한 양의 DNA가 포함되어있는 것은 아닙니다. 사실이 값은 종간에 매우 다양하며 DNA 양과 생물체의 복잡성 사이에는 아무런 관련이 없습니다. 이 모순은 "C 값의 역설".
논리적 추론은 유기체가 더 복잡할수록 소유하고있는 DNA가 많다는 것을 직감하는 것입니다. 그러나 이것은 실제로 사실이 아닙니다..
예를 들어, 폐어의 게놈 프로토 터 테루스에 티오 피 쿠스 인간 게놈의 무게는 단지 3.5 pg 인 반면, 크기는 132 pg (DNA는 picograms = pg로 정량화 할 수 있음).
유기체의 모든 DNA가 단백질을 코딩하는 것은 아니며, 많은 양이 조절 요소 및 다양한 종류의 RNA와 관련되어 있음을 기억하십시오.
DNA의 구조 형태
Watson과 Crick 모델은 X 선 회절 패턴에서 추론되며 B-DNA 나선으로 알려져 있으며 "전통적인"가장 잘 알려진 모델입니다. 그러나 DNA-A와 DNA-Z라는 두 가지 다른 형태가 있습니다.
DNA-A
변종 "A"는 DNA-B와 같이 오른쪽으로 회전하지만 짧고 넓습니다. 상대 습도가 감소하면이 형태가 나타납니다..
DNA-A는 매 11 염기쌍으로 회전하며, 주요 그루브는 B-DNA보다 좁고 깊다. 마이너 홈에 관해서는, 이것은 더 표면적이며 넓다..
ADN-Z
세 번째 변종은 Z-DNA입니다. 가장 좁은 형태로, 반 평행 사슬의 이중으로 구성된 hexanucleotide 그룹에 의해 형성됩니다. 이 형식의 가장 눈에 띄는 특징 중 하나는 왼쪽으로 바뀌는 반면 다른 두 형식은 오른쪽으로 이동한다는 것입니다..
Z-DNA는 피리 미딘과 퓨린이 번갈아 가며 짧은 서열이있을 때 나타난다. 큰 그루브는 평평하고 작은 것은 B-DNA에 비해 더 좁고 깊다..
생리 조건 하에서 DNA 분자는 대부분 B 형태로 존재하지만, 기술 된 두 가지 변이체의 존재는 유전 물질의 유연성과 역 동성을 노출시킨다.
기능들
DNA 분자는 유기체의 건설에 필요한 모든 정보와 지침을 포함합니다. 생물체에서 유전 정보의 완전한 집합은 게놈.
메시지는 "생물학적 알파벳"에 의해 코드화됩니다 : 앞에서 언급 한 네 가지 기지, A, T, G 및 C.
이 메시지는 다양한 유형의 단백질을 형성하거나 규제 요소를 코딩 할 수 있습니다. 이 기지가 메시지를 전달할 수있는 프로세스는 다음과 같습니다.
복제, 전사 및 번역
A, T, G 및 C의 네 글자로 암호화 된 메시지는 결과적으로 표현형을 제공합니다 (단백질에 대한 모든 DNA 서열 코드는 아님). 이를 위해 DNA는 세포 분열의 모든 과정에서 스스로 복제해야합니다..
DNA 복제는 반 보수적이다 : 가닥은 새로운 딸 분자의 형성을위한 주형으로 작용한다. 다른 효소는 DNA primase, DNA helicase, DNA ligase 및 topoisomerase.
이어서, 염기 서열 언어로 작성된 메시지는 중간 분자 : RNA (ribonucleic acid)로 전달되어야한다. 이 과정을 전사라고합니다..
전사가 일어나기 위해서는 RNA 폴리머 라제 (RNA polymerase).
이 효소는 DNA 메시지를 복사하고 이것을 메신저 RNA 분자로 전환시키는 역할을합니다. 다시 말하면, 전사의 목적은 전령을 얻는 것이다..
마지막으로 메시지는 메신저 RNA 분자로 번역됩니다. 이는 리보솜 덕분입니다..
이러한 구조는 전령 RNA를 취하고 번역 기계와 함께 특정 단백질을 형성합니다.
유전 암호
메시지는 "triplets"또는 단백질의 구조 블록 인 아미노산을 지정하는 세 글자의 그룹으로 읽습니다. 유전 암호가 이미 완전히 밝혀 졌기 때문에 세 쌍의 메시지를 해독하는 것이 가능하다..
번역은 항상 아미노산 메티오닌으로 시작합니다.이 아미노산은 시작 삼중 항 : AUG에 의해 코딩됩니다. "U"는 우라실 염기를 나타내고 RNA의 특징이며 티민을 대신합니다.
예를 들어, 메신저 RNA가 다음과 같은 서열을 갖는 경우, 이는 메티오닌, 프롤린, 루신, 페닐알라닌 및 페닐알라닌과 같은 아미노산으로 번역된다. 두 개의 트리플렛 (이 경우 UUU와 UUA)은 동일한 아미노산 : 페닐알라닌을 암호화 할 수 있습니다.
이 특성에있어서, 번역의 시작을 지시하는 아미노산 메티오닌을 제외하고, 아미노산은 하나 이상의 세 쌍의 염기에 의해 암호화되기 때문에 유전 암호가 퇴화되었다고한다.
이 과정은 UAA, UAG 및 UGA와 같은 특정 종료 또는 중지 세 쌍을 사용하여 중지됩니다. 그들은 각각 황토, 호박 및 오팔의 이름으로 알려져 있습니다. 리보솜이이를 검출하면 체인에 더 이상 아미노산을 더 이상 첨가 할 수 없습니다.
화학적 및 물리적 특성
핵산은 성질 상 산성이며 물에 용해됩니다 (친수성). 포스페이트 기와 펜 토즈의 수산기 사이의 수소 결합이 물과 함께 형성 될 수있다. 그것은 생리 학적 pH에서 음전하를 띤다..
DNA 용액은 매우 단단한 이중 나선의 변형에 대한 저항력으로 인해 매우 점성이 있습니다. 핵산이 단일 가닥이면 점도가 감소한다..
그들은 매우 안정한 분자입니다. 논리적으로이 특징은 유전 정보를 가지고있는 구조에서 필수적이어야한다. RNA와 비교할 때 수산기가 없으므로 DNA가 훨씬 안정적입니다..
열에 의해 DNA가 변성 될 수 있습니다. 즉, 분자가 고온에 노출 될 때 가닥이 분리됩니다..
적용해야만하는 열의 양은 분자의 G-C 퍼센트에 의존하는데, 그 이유는 이들 염기가 세 개의 수소 결합으로 결합되어 분리 저항성을 증가시키기 때문입니다.
빛의 흡수에 관해서는 핵산이 단일 가닥 일 때 증가하는 260 나노 미터에서 피크를 가지는데, 이는 뉴클레오타이드의 고리를 노출시키고 이들이 흡수를 담당하기 때문이다.
진화
Lazcano에 따르면 외. 1988 DNA는 RNA 역사에서 가장 중요한 사건 중 하나 인 전이 단계에서 발생합니다.
저자들은 핵산과 유사한 분자가 존재하고 나중에 게놈이 RNA로 형성되고 마지막 단계로 이중 밴드 DNA 게놈이 나타나는 첫 번째 단계.
일부 증거는 RNA에 기초한 1 차 세계의 이론을지지한다. 첫째, 단백질 합성은 DNA가없는 경우에 일어날 수 있지만 RNA가 없으면 일어나지 않습니다. 또한, 촉매 특성을 지닌 RNA 분자가 발견되었습니다.
데 옥시 리보 뉴클레오티드 (DNA에 존재 함)의 합성에 관해서는, 이들은 항상 리보 뉴클레오타이드 (RNA에 존재 함).
DNA 분자의 진화 적 혁신은 DNA 전구체를 합성하고 RNA의 역전사 (retrotranscription)에 관여하는 효소의 존재를 필요로 했음에 틀림 없다.
현재의 효소를 연구함으로써 이러한 단백질이 여러 차례 진화했으며 RNA에서 DNA 로의 전이가 이전에 생각했던 것보다 더 복잡하다는 결론을 내릴 수 있습니다. 유전자 전달 및 손실 과정과 비 정형 적 대체 과정을 포함합니다..
DNA 시퀀싱
DNA 염기 서열 분석은 DNA 염기 서열을 밝히는 4 가지 염기의 관점에서 DNA 염기 서열을 해명하는 것으로 구성되어있다.
이 시퀀스에 대한 지식은 생물 과학 분야에서 매우 중요합니다. 그것은 두 종류의 형태 학적으로 매우 유사한 종을 구별하고, 질병, 병리 또는 기생충을 검출하고 법의학 적 적용 성을 소유하기 위해 사용될 수 있습니다.
Sanger의 시퀀싱은 1900 년대에 개발되었으며 시퀀스를 명확히하는 전통적인 기술입니다. 그것의 나이에도 불구하고, 그것은 연구자들이 널리 사용하는 유효한 방법입니다.
생거의 방법
이 방법은 세포에서 DNA를 복제하는 신뢰할 수있는 효소 인 DNA 중합 효소를 사용하여 기존의 또 다른 지침을 사용하여 새로운 DNA 사슬을 합성합니다. 효소는 처음 또는 프라이머를 사용하여 합성을 시작하십시오. 프라이머는 서열에 넣고 자하는 분자에 상보적인 작은 DNA 분자입니다.
반응에서, 효소에 의해 새로운 DNA 가닥으로 통합 될 뉴클레오타이드가 추가된다.
"전통적인"뉴클레오티드 이외에, 상기 방법은 각각의 염기에 대한 일련의 디데 옥시 뉴클레오타이드를 포함한다. 그들은 두 가지 특징으로 표준 뉴클레오타이드와 다르다 : 구조적으로 그들은 DNA 중합 효소가 딸 쇄에 더 많은 뉴클레오타이드를 부가시키지 않고 각각의 염기에 대해 다른 형광 표지를 갖도록 허용하지 않는다.
결과는 dideoxynucleotides가 무작위로 통합되어 다른 단계에서 복제 과정을 중지하기 때문에 길이가 다른 다양한 DNA 분자입니다.
이러한 분자의 다양성은 길이에 따라 분리 될 수 있으며 뉴클레오타이드의 동일성은 형광 라벨로부터의 빛 방출을 통해 읽혀집니다..
차세대 시퀀싱
최근에 개발 된 시퀀싱 기술로 수백만 개의 샘플을 동시에 엄청나게 분석 할 수 있습니다.
가장 뛰어난 방법 중에는 파이로 시퀀싱 (pyrosequencing), 합성에 의한 시퀀싱, 이온 토런트 (Ion Torrent)에 의한 라이 게이션 및 차세대 시퀀싱에 의한 시퀀싱이 있습니다..
참고 문헌
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