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DNA 분자의 수명. DNA 란 무엇입니까 - 디옥시리보 핵산 DNA 유전학의 구조

DNA는 모든 살아있는 유기체의 특성을 결정하는 특별한 뉴클레오티드 서열을 사용하여 기록되는 유전 정보의 보편적인 원천이자 보관자입니다.

뉴클레오티드의 평균 분자량은 345로 가정되며, 뉴클레오티드 잔기의 수는 수백, 수천, 심지어 수백만에 달할 수 있습니다. DNA는 주로 세포의 핵에서 발견됩니다. 엽록체와 미토콘드리아에서 약간 발견됩니다. 그러나 세포핵의 DNA는 하나의 분자가 아닙니다. 그것은 서로 다른 염색체에 분포되는 많은 분자로 구성되며 그 수는 유기체에 따라 다릅니다. 이것이 DNA의 구조적 특징입니다.

DNA 발견의 역사

DNA의 구조와 기능은 제임스 왓슨(James Watson)과 프랜시스 크릭(Francis Crick)에 의해 발견되었으며, 그들은 1962년에 노벨상을 수상하기도 했습니다.

그러나 독일에서 일했던 스위스 과학자 프리드리히 요한 미셔(Friedrich Johann Miescher)가 최초로 핵산을 발견했습니다. 1869년에 그는 동물 세포인 백혈구를 연구했습니다. 그것을 얻기 위해 그는 병원에서 구한 고름이 묻은 붕대를 사용했습니다. Mischer는 고름에서 백혈구를 씻어내고 그로부터 단백질을 분리했습니다. 이 연구에서 과학자는 백혈구에 단백질 외에도 당시 알려지지 않은 물질이 있다는 것을 확인할 수있었습니다. 산성 환경이 조성되면 방출되는 실 모양 또는 응집성 퇴적물이었습니다. 알칼리를 첨가하면 침전물이 즉시 용해됩니다.

과학자는 현미경을 사용하여 백혈구를 염산으로 세척하면 세포에 핵이 남아 있다는 사실을 발견했습니다. 그런 다음 그는 핵에 알려지지 않은 물질이 있다는 결론을 내렸고 이를 뉴클레인(번역에서 핵이라는 단어는 핵을 의미함)이라고 불렀습니다.

화학 분석을 실시한 후 Miescher는 새로운 물질에 탄소, 수소, 산소 및 인이 포함되어 있음을 발견했습니다. 당시에는 유기인 화합물에 대해 알려진 바가 거의 없었기 때문에 프리드리히는 세포핵에서 발견된 새로운 종류의 화합물을 발견했다고 믿었습니다.

그리하여 19세기에 핵산의 존재가 발견되었습니다. 그러나 당시에는 자신이 맡은 중요한 역할에 대해 누구도 생각조차 할 수 없었습니다.

유전 물질

DNA의 구조는 계속해서 연구되었으며, 1944년에 오스왈드 에이버리(Oswald Avery)가 이끄는 일단의 세균학자들은 이 분자가 심각한 관심을 받을 가치가 있다는 증거를 받았습니다. 그 과학자는 폐렴이나 폐질환을 일으키는 유기체인 폐렴구균을 연구하는 데 수년을 보냈습니다. 에이버리는 질병을 일으키는 폐렴구균과 살아있는 유기체에 안전한 폐렴구균을 혼합하여 실험을 진행했습니다. 먼저 질병을 일으키는 세포를 죽인 다음 질병을 일으키지 않는 세포를 추가했습니다.

연구 결과는 모두를 놀라게 했습니다. 죽은 세포와 상호작용한 후 질병을 일으키는 법을 배운 살아있는 세포가 있었습니다. 과학자는 죽은 세포에서 살아있는 세포로 정보를 전달하는 과정에 관여하는 물질의 본질을 알아냈습니다. DNA 분자는 이 물질로 밝혀졌습니다.

구조

따라서 DNA 분자가 어떤 구조를 가지고 있는지 이해하는 것이 필요합니다. 그 구조의 발견은 생화학의 새로운 분야인 분자 생물학의 형성으로 이어진 중요한 사건이었습니다. DNA는 세포의 핵에서 다량으로 발견되지만 분자의 크기와 수는 유기체의 유형에 따라 다릅니다. 포유류 세포의 핵에는 이러한 세포가 많이 포함되어 있고 염색체를 따라 분포되어 있으며 그 중 46개가 있다는 것이 확인되었습니다.

1924년 포이겐은 DNA 구조를 연구하던 중 처음으로 위치를 확립했습니다. 실험에서 얻은 증거에 따르면 DNA는 미토콘드리아(1-2%)에 위치합니다. 다른 곳에서는 이러한 분자가 바이러스 감염 중에, 기초 신체 및 일부 동물의 알에서도 발견될 수 있습니다. 유기체가 복잡할수록 DNA의 질량이 더 커지는 것으로 알려져 있습니다. 세포에 존재하는 분자의 수는 기능에 따라 달라지며 일반적으로 1~10%입니다. 그 중 근세포에서 가장 적게 발견되고(0.2%), 생식세포에서 가장 많이 발견됩니다(60%).

DNA의 구조는 고등 유기체의 염색체에서 알부민, 히스톤 및 기타 DNP(디옥시리보핵단백질)를 형성하는 단순 단백질과 연관되어 있음을 보여줍니다. 일반적으로 큰 분자는 불안정하며 진화 중에 그대로 유지되고 변하지 않기 위해 소위 복구 시스템이 만들어졌습니다. 이 시스템은 효소(리가제 및 뉴클레아제)로 구성되어 있으며 이는 "복구"를 담당합니다. 분자.

DNA의 화학 구조

DNA는 엄청난 수(최대 수만 개)의 모노뉴클레오티드로 구성된 폴리머, 폴리뉴클레오티드입니다. DNA의 구조는 다음과 같습니다. 모노뉴클레오티드에는 피리미딘 유도체의 질소 염기(시토신(C) 및 티민(T)), 퓨린 유도체의 아데닌(A) 및 구아닌(G)이 포함되어 있습니다. 질소 염기 외에도 인간과 동물 분자에는 작은 피리미딘 염기인 5-메틸시토신이 포함되어 있습니다. 질소 염기는 인산과 디옥시리보스와 결합합니다. DNA의 구조는 아래와 같습니다.

샤가프 규칙

DNA의 구조와 생물학적 역할은 1949년 E. Chargaff에 의해 연구되었습니다. 연구 과정에서 그는 질소 염기의 정량적 분포에서 관찰되는 패턴을 확인했습니다.

∑T + C = ∑A + G(즉, 피리미딘 염기의 수는 퓨린 염기의 수와 같습니다).
아데닌 잔기의 수는 항상 티민 잔기의 수와 같고, 구아닌 잔기의 수는 시토신의 수와 같습니다.
특이성 계수의 공식은 G+C/A+T입니다. 예를 들어 사람의 경우 1.5이고 황소의 경우 1.3입니다.
"A + C"의 합은 "G + T"의 합과 같습니다. 즉, 아데닌과 시토신이 구아닌과 티민만큼 많이 존재합니다.

DNA 구조 모델

왓슨과 크릭이 만들었습니다. 인산염과 디옥시리보스 잔기는 나선형으로 꼬인 두 개의 폴리뉴클레오티드 사슬의 골격을 따라 위치합니다. 피리미딘과 퓨린 염기의 평면 구조는 사슬 축에 수직으로 위치하여 나선형 형태의 사다리 계단을 형성하는 것으로 확인되었습니다. A는 항상 두 개의 수소 결합을 사용하여 T에 연결되고 G는 세 개의 동일한 결합에 의해 C에 연결된다는 사실도 확립되었습니다. 이 현상에 '선택성과 상보성의 원리'라는 이름이 붙었습니다.

구조적 조직 수준

나선형으로 구부러진 폴리뉴클레오티드 사슬은 3',5'-포스포디에스테르 결합으로 연결된 특정 정성적, 양적 모노뉴클레오티드 세트를 갖는 기본 구조입니다. 따라서 각 사슬에는 3' 말단(디옥시리보스)과 5' 말단(인산염)이 있습니다. 유전 정보를 담고 있는 영역을 구조 유전자라고 합니다.

이중 나선 분자는 2차 구조입니다. 더욱이, 폴리뉴클레오티드 사슬은 역평행하며 사슬의 상보적인 염기 사이의 수소 결합으로 연결됩니다. 이 나선의 각 회전에는 10개의 뉴클레오티드 잔기가 포함되어 있으며 길이는 3.4 nm인 것으로 확인되었습니다. 이 구조는 반발력과 인력을 포함한 동일한 사슬의 베이스 사이에서 관찰되는 반데르발스 상호작용력에 의해 뒷받침됩니다. 이러한 힘은 이웃 원자의 전자 상호 작용으로 설명됩니다. 정전기적 상호작용은 또한 2차 구조를 안정화시킵니다. 이는 양전하를 띤 히스톤 분자와 음전하를 띤 DNA 가닥 사이에서 발생합니다.

3차 구조는 히스톤 주위에 DNA 가닥이 감겨 있는 구조 또는 슈퍼코일링입니다. H1, H2A, H2B, H3, H4의 다섯 가지 유형의 히스톤이 설명되었습니다.

뉴클레오솜이 염색질로 접히는 것은 4차 구조이므로 수 센티미터 길이의 DNA 분자는 최대 5 nm까지 접힐 수 있습니다.

DNA의 기능

DNA의 주요 기능은 다음과 같습니다.

유전 정보 저장. 단백질 분자에서 발견되는 아미노산의 서열은 DNA 분자에서 뉴클레오티드 잔기가 위치하는 순서에 따라 결정됩니다. 또한 유기체의 특성과 특성에 대한 모든 정보를 암호화합니다.
DNA는 유전 정보를 다음 세대에 전달할 수 있습니다. 이는 복제 능력(자체 복제)으로 인해 가능합니다. DNA는 두 개의 상보 사슬로 분해될 수 있으며, 각각의 상보성 원리에 따라 원래의 뉴클레오티드 서열이 복원됩니다.
DNA의 도움으로 단백질, 효소 및 호르몬의 생합성이 발생합니다.

결론

DNA의 구조는 유전 정보의 관리자 역할을 할 수 있고 미래 세대에게 전달할 수도 있습니다. 이 분자는 어떤 특징을 갖고 있나요?

안정. 이는 글리코시드, 수소 및 포스포디에스테르 결합뿐만 아니라 유도 및 자연 손상의 복구 메커니즘으로 인해 가능합니다.
복제 가능성. 이 메커니즘을 통해 체세포에서 염색체의 이배체 수가 유지될 수 있습니다.
유전암호의 존재. 번역과 전사 과정을 통해 DNA에서 발견되는 염기 서열은 폴리펩티드 사슬에서 발견되는 아미노산 서열로 변환됩니다.
유전자 재조합 능력. 이 경우 서로 연결된 새로운 유전자 조합이 형성됩니다.

따라서 DNA의 구조와 기능은 DNA가 생명체에서 귀중한 역할을 할 수 있게 해줍니다. 각 인간 세포에서 발견되는 46개의 DNA 분자의 길이는 거의 2m에 달하고, 뉴클레오티드 쌍의 수는 32억개에 달하는 것으로 알려져 있습니다.

콘텐츠

약어 세포 DNA는 학교 생물학 과정에서 많은 사람들에게 친숙하지만 그것이 무엇인지 쉽게 대답할 수 있는 사람은 거의 없습니다. 졸업 직후에는 유전과 유전학에 대한 모호한 생각 만이 기억에 남습니다. DNA가 무엇인지, 그것이 우리 삶에 어떤 영향을 미치는지 아는 것이 때로는 매우 필요할 수 있습니다.

DNA 분자

생화학자들은 DNA, RNA 및 단백질의 세 가지 유형의 거대분자를 구별합니다. 디옥시리보핵산은 한 종의 유전적 특성, 특성 및 발달에 대한 데이터를 대대로 전송하는 역할을 하는 생체고분자입니다. 그 단량체는 뉴클레오티드입니다. DNA 분자란 무엇입니까? 염색체의 주성분이며 유전암호를 담고 있다.

DNA 구조

이전에 과학자들은 DNA 구조 모델이 동일한 뉴클레오티드 그룹(인산염과 당 분자의 조합)이 반복되는 주기적인 것이라고 상상했습니다. 뉴클레오티드 서열의 특정 조합은 정보를 "인코딩"하는 능력을 제공합니다. 연구 덕분에 유기체마다 구조가 다르다는 것이 분명해졌습니다.

미국 과학자 Alexander Rich, David Davis 및 Gary Felsenfeld는 DNA가 무엇인지에 대한 연구로 특히 유명합니다. 그들은 1957년에 3개의 나선으로 이루어진 핵산에 대한 설명을 발표했습니다. 28년 후, 과학자 막심 다비도비치 프랭크-카메니츠키(Maxim Davidovich Frank-Kamenitsky)는 두 개의 나선으로 구성된 디옥시리보핵산이 어떻게 H자 모양의 세 가닥으로 접히는지 보여주었습니다.

디옥시리보핵산의 구조는 이중 가닥이다. 그 안에는 뉴클레오티드가 쌍으로 연결되어 긴 폴리뉴클레오티드 사슬을 형성합니다. 이 사슬은 수소 결합을 사용하여 이중 나선의 형성을 가능하게 합니다. 단일 가닥 게놈을 가진 바이러스는 예외입니다. DNA에는 선형(일부 바이러스, 박테리아) DNA와 원형 DNA(미토콘드리아, 엽록체)가 있습니다.

DNA 구성

DNA가 무엇으로 구성되어 있는지 알지 못하면 의학적 발전도 없을 것입니다. 각 뉴클레오티드는 5탄당 잔기, 질소 염기, 인산 잔기의 세 부분으로 구성됩니다. 화합물의 특성에 따라 산은 디옥시리보핵산 또는 리보핵산으로 불릴 수 있습니다. DNA에는 시토신과 티민이라는 두 가지 염기로 구성된 수많은 모노뉴클레오티드가 포함되어 있습니다. 또한 피리미딘 유도체인 아데닌과 구아닌도 함유되어 있습니다.

생물학에는 DNA, 즉 정크 DNA라는 정의가 있습니다. 그 기능은 아직 알려지지 않았습니다. 이름의 대체 버전은 "비코딩"입니다. 이는 올바르지 않습니다. 여기에는 코딩 단백질과 트랜스포존이 포함되어 있지만 그 목적도 미스터리입니다. 작업 가설 중 하나는 이 거대분자의 특정 양이 돌연변이와 관련하여 게놈의 구조적 안정화에 기여한다는 것을 시사합니다.

어디에

세포 내부의 위치는 종의 특성에 따라 다릅니다. 단세포 유기체에서 DNA는 막에 위치합니다. 다른 생명체에서는 핵, 색소체, 미토콘드리아에 위치합니다. 인간의 DNA에 대해 이야기하면 염색체라고 합니다. 사실, 염색체는 염색질과 디옥시리보핵산의 복합체이기 때문에 이것은 전적으로 사실이 아닙니다.

새장에서의 역할

세포에서 DNA의 주요 역할은 유전 유전자의 전달과 미래 세대의 생존입니다. 미래 개인의 외부 데이터뿐만 아니라 성격과 건강도 이에 달려 있습니다. 디옥시리보핵산은 초나선 상태이지만, 고품질의 생명 과정을 위해서는 꼬이지 않아야 합니다. 효소는 토포이소머라제와 헬리카제와 같이 그녀를 돕습니다.

토포이소머라제는 뉴클레아제이며 비틀림 정도를 변경할 수 있습니다. 이들의 또 다른 기능은 전사 및 복제(세포 분열)에 참여하는 것입니다. 헬리카제는 염기 사이의 수소 결합을 끊습니다. 끊어진 결합을 "교차 연결"하는 리가제 효소와 새로운 폴리뉴클레오티드 사슬의 합성에 관여하는 중합효소가 있습니다.

DNA가 해독되는 방법

생물학에 대한 이 약어는 친숙합니다. DNA의 전체 이름은 디옥시리보핵산(deoxyribonucleic acid)입니다. 모든 사람이 처음으로 이 말을 할 수 있는 것은 아니기 때문에 DNA 해독은 음성에서 생략되는 경우가 많습니다. 단백질의 아미노산 서열로 구성된 RNA-리보 핵산의 개념도 있습니다. 그것들은 직접적으로 관련되어 있으며 RNA는 두 번째로 중요한 거대분자입니다.

인간 DNA

인간 염색체는 핵 내에서 분리되어 인간 DNA를 가장 안정적이고 완전한 정보 전달체로 만듭니다. 유전자 재조합 과정에서 나선이 분리되고 섹션이 교환된 후 연결이 복원됩니다. DNA 손상으로 인해 새로운 조합과 패턴이 형성됩니다. 전체 메커니즘은 자연 선택을 촉진합니다. 그것이 게놈 전달을 담당한 기간과 대사 진화가 무엇인지는 아직 알려지지 않았습니다.

누가 열었나

DNA 구조에 대한 최초의 발견은 1953년에 분자의 구조적 특징을 밝혀낸 영국의 생물학자 제임스 왓슨(James Watson)과 프란시스 크릭(Francis Crick)에 기인합니다. 1869년 스위스 의사 프리드리히 미셔(Friedrich Miescher)가 발견했습니다. 그는 화농성 병변에 집단적으로 축적되는 백혈구를 사용하여 동물 세포의 화학적 구성을 연구했습니다.

Miescher는 백혈구, 분리된 단백질을 세척하는 방법을 연구하던 중 그 외에 다른 것이 있다는 것을 발견했습니다. 가공 중에 접시 바닥에 플레이크 침전물이 형성되었습니다. 젊은 의사는 이러한 침전물을 현미경으로 조사한 결과 염산 처리 후에도 남아 있는 핵을 발견했습니다. 여기에는 프리드리히가 뉴클레인(라틴어 핵-핵)이라고 부르는 화합물이 포함되어 있습니다.

DNA의 특성은 구조에 따라 결정됩니다.

1. 다양성- DNA 구성의 원리는 모든 유기체에 동일합니다.

2. 특성- 질소 염기의 비율에 따라 결정됩니다. A + T,

이는 각 종마다 다릅니다. 따라서 인간의 경우 1.35, 박테리아의 경우 0.39입니다.

특이성은 다음에 따라 달라집니다.

뉴클레오티드의 수

뉴클레오티드의 종류

DNA 사슬의 뉴클레오티드 배열

2. 복제또는 DNA 자기복제: DNA←DNA. 세포 유기체의 유전 프로그램은 DNA의 뉴클레오티드 서열에 기록되어 있습니다. 유기체의 고유한 특성을 보존하려면 각 후속 세대에서 이 서열을 정확하게 재현하는 것이 필요합니다. 세포 분열 중에 각 딸세포가 DNA의 전체 스펙트럼을 받을 수 있도록 DNA 함량은 두 배가 되어야 합니다. 분열하는 인간의 체세포에서는 6.4 * 10 9 뉴클레오티드 쌍이 복사되어야 합니다. DNA가 배가되는 과정을 복제라고 합니다. 복제는 템플릿 합성 반응을 의미합니다. 복제하는 동안 두 개의 DNA 가닥 각각은 상보적인(딸) 가닥 형성을 위한 주형 역할을 합니다. 이는 세포주기 간기의 S 기간에 발생합니다. 복제 과정의 높은 신뢰성은 여러 세대에 걸쳐 유전 정보의 사실상 오류 없는 전송을 보장합니다. S 기간에 DNA 합성 시작을 유발하는 신호는 소위 S 인자(특정 단백질)입니다. 복제 속도와 진핵 염색체의 길이를 알면 복제 시간을 계산할 수 있는데, 이론적으로는 며칠에 달하지만 실제로는 복제가 6~12시간 안에 이루어집니다. 이로 인해 진핵생물의 복제는 하나의 DNA 분자의 여러 위치에서 동시에 시작됩니다.

복제 단위는 레플리콘(replicon)이다. 레플리콘(replicon)은 복제가 일어나는 DNA 부분이다.진핵생물의 간기 염색체당 레플리콘 수는 100개 이상에 달할 수 있습니다. 포유동물 세포에는 20~30,000개의 레플리콘이 있을 수 있지만 인간의 경우에는 약 50,000개입니다. 고정된 사슬 성장 속도(진핵생물의 경우 초당 100개 뉴클레오티드)에서 다중 개시는 프로세스 속도를 높이고 속도를 감소시킵니다. 염색체의 확장된 부분을 복제하는 데 필요한 시간. 진핵생물에서는 이것이 수행된다 다중복제체복제. (그림 21)

레플리콘에는 복제를 가능하게 하는 모든 필수 유전자와 조절 서열이 포함되어 있습니다. 각 레플리콘은 세포 분열 중에 한 번 활성화됩니다. 복제는 시작 단계에서 제어됩니다. 복제 프로세스가 시작되면 전체 복제본이 복제될 때까지 계속됩니다.

원핵생물에서는 모든 DNA가 하나의 레플리콘입니다.

그림 21. 진핵생물 염색체 DNA의 복제. 복제는 소포 형성과 함께 서로 다른 복제 원점(Ori)에서 두 방향으로 진행됩니다. "거품" 또는 "눈"은 복제되지 않은 DNA 내의 복제된 DNA 영역입니다. (A. S. Konichev, G. A. Sevastyanova, 2005, p. 213)

복제 과정에 관여하는 효소는 다중 효소 복합체로 결합됩니다.. 원핵생물에서는 15개의 효소가 DNA 복제에 관여하고, 진핵생물에서는 30개 이상의 효소가 관여합니다. 복제는 매우 복잡하고 초정밀 다단계 효소 과정입니다. 효소 복합체에는 다음과 같은 효소가 포함됩니다.

1) DNA 중합효소(I, III)는 상보적인 복사를 촉매합니다. 딸 체인의 성장을 담당합니다. (그림 22) 원핵생물은 초당 1000개의 뉴클레오티드 속도로 복제하고, 진핵생물은 초당 100개의 뉴클레오티드 속도로 복제합니다. 진핵생물에서 감소된 합성 속도는 DNA 중합효소가 복제 분기점의 DNA 사슬을 따라 전진하기 위해 제거되어야 하는 히스톤 단백질의 해리가 어려운 것과 관련이 있습니다.

2) DNA - 프리마제. DNA 중합효소는 기존 뉴클레오티드를 결합하여 폴리뉴클레오티드 사슬을 늘릴 수 있습니다. 따라서 DNA 중합효소가 DNA 합성을 시작하기 위해서는 프라이머(English Primer) 또는 프라이머(Primer)가 필요합니다. DNA 프리마제는 이러한 프라이머를 합성한 후 DNA 세그먼트로 대체됩니다. (그림 22).

3) DNA 리가아제는 포스포디에스테르 결합을 형성하여 Okazaki 단편을 서로 연결합니다.

4) DNA – 헬리카제는 DNA 나선을 풀고 DNA 나선 사이의 수소 결합을 끊습니다. 결과적으로 서로 다른 방향으로 향하는 두 개의 단일 DNA 가지가 형성됩니다(그림 22).

5) SSB - 단일 가닥 DNA에 결합하여 이를 안정화시키는 단백질, 즉 그들은 보완적인 짝짓기를 위한 조건을 만듭니다.

DNA 복제는 분자의 임의의 지점에서 시작되지 않고 복제 영역의 원점(Ori)이라고 불리는 특정 위치에서 시작됩니다. 이들은 사슬 분리를 용이하게 하는 특정 뉴클레오티드 서열을 가지고 있습니다(그림 21). Ori 지점에서 복제가 시작된 결과, 부모 DNA 가닥이 분리되는 위치인 하나 또는 두 개의 복제 포크가 형성됩니다. 복사 과정은 DNA가 완전히 복제될 때까지 또는 인접한 두 복제 원점의 복제 분기점이 합쳐질 때까지 계속됩니다. 진핵생물의 복제 기점은 염색체를 따라 20,000개의 뉴클레오티드 쌍 거리에 흩어져 있습니다(그림 21).

그림 22. DNA 복제(텍스트 설명). (B. Alberts et al., 1994, vol. 2, p. 82)

효소 – 헬리케이스– 수소 결합을 끊습니다. 즉, 이중 사슬을 풀어 두 개의 서로 다른 방향의 DNA 가지를 형성합니다(그림 22). 단일 가닥 영역은 특수하게 연결됩니다. SSB 단백질, 각 마더 체인 외부에 줄을 서서 서로 멀어지게 합니다. 이는 질소성 염기가 상보적인 뉴클레오티드에 결합할 수 있게 해줍니다. 이들의 수렴에 DNA 복제 방향으로 분기하면 DNA 중합 효소 효소가 위치하여 과정을 촉매하고 상보 합성의 정확성을 제어합니다. 이 효소 작용의 특징은 단방향성입니다. 건설 DNA의 딸 가닥에서 방향으로 간다 5" 끝까지 3" . 한쪽 모가닥에서 딸 DNA 합성이 일어난다. 계속해서(리딩 체인). 그녀는에서 성장 5" ~ 3"복제 분기점의 이동 방향으로 끝나므로 단 한 번의 시작 작업만 필요합니다. 또 다른 모체인에서는 딸체인의 합성이 일반적인 짧은 단편의 형태로 일어난다. 5" - 3" 극성과 효소의 도움으로 - 리가제그들은 하나의 연속적인 지연 체인으로 꿰매어집니다. 따라서 지연 사슬의 합성에는 여러 가지 개시 행위(점)가 필요합니다.

이 합성 방법을 간헐적인 복제.지연가닥에서 합성된 단편 영역은 발견자의 이름을 따서 단편이라고 명명됩니다. 오카자키. 그들은 원핵생물과 진핵생물 모두 복제되는 모든 DNA에서 발견됩니다. 그 길이는 원핵생물의 경우 1000~2000개 뉴클레오티드, 진핵생물의 경우 100~200개에 해당합니다. 따라서 복제의 결과로 2개의 동일한 DNA 분자가 형성되며, 한 가닥은 모 가닥이고 다른 가닥은 새로 합성됩니다. 이러한 유형의 복제를 '복제'라고 합니다. 반 보수적.이 복제 방법에 대한 가정은 J. Watson과 F. Crick에 의해 만들어졌으며 1958년에 입증되었습니다. 중. 메셀슨그리고 F. 스탈렘. 복제 후 염색질은 동원체에 의해 결합된 압축 해제된 2개의 DNA 분자로 구성된 시스템입니다.

복제 과정에서 원핵생물과 진핵생물에서 동일한 빈도로 발생하는 오류가 발생할 수 있습니다. 10 8 -10 10 뉴클레오티드당 하나, 즉. 게놈당 평균 3개의 오류. 이는 복제 프로세스의 높은 정확성과 조정을 증명합니다.

복제 오류는 DNA 중합효소 III("교정 메커니즘") 또는 복구 시스템에 의해 수정됩니다.

2. 배상- 이는 무결성을 복원하는 DNA의 속성입니다. 수리 손상. 왜곡되지 않은 형태로 유전 정보를 전달하는 것은 개별 유기체와 종 전체의 생존을 위해 가장 중요한 조건입니다. 대부분의 변화는 돌연변이를 일으키거나, DNA 복제를 차단하거나, 세포 사멸을 일으키는 등 세포에 해롭습니다. DNA는 자연적(복제 오류, 뉴클레오티드 구조 파괴 등) 및 유도된(UV 조사, 전리 방사선, 화학적 및 생물학적 돌연변이 유발 물질) 환경 요인에 지속적으로 노출됩니다. 진화 과정에서 DNA의 위반을 바로잡을 수 있는 시스템이 개발되었습니다. DNA 복구 시스템. 그 활동의 결과로 DNA 손상 1000개당 단 하나만 돌연변이가 발생합니다. 손상은 정상적인 이중 가닥 구조에서 벗어나는 DNA의 변화입니다.

1) 단일 가닥 파손의 출현;

2) 염기 중 하나가 제거되어 그 결과 상동체가 짝을 이루지 않은 상태로 유지됩니다.

3) 보완적인 쌍의 한 염기를 다른 염기로 교체하고 파트너 염기와 잘못 쌍을 이룬다.

4) 한 DNA 가닥의 염기 사이 또는 반대쪽 가닥의 염기 사이에 공유 결합이 나타납니다.

복구는 DNA 배가되기 전(복제 전 복구)과 DNA 배가 후에(복제 후) 발생할 수 있습니다. 돌연변이원의 성질과 DNA 손상 정도에 따라 세포 내에서는 빛(광반응), 어둠, SOS 복구 등이 일어납니다.

생각해보세요 광활성화 DNA 손상이 자연 조건(유기체의 생리적 특성, 자외선을 포함한 정상적인 환경 요인)으로 인해 발생하는 경우 세포에서 발생합니다. 이 경우 DNA 무결성 복원은 가시광선의 참여로 발생합니다. 복구 효소는 가시광선 양자에 의해 활성화되고 손상된 DNA에 연결되며 손상된 영역의 피리미딘 이량체를 분리하고 DNA 가닥의 무결성을 복원합니다.

다크리페어(절제)전리 방사선, 화학 물질 등에 노출된 후에 관찰됩니다. 이는 손상된 부위를 제거하고 DNA 분자의 정상적인 구조를 복원하는 것을 포함합니다(그림 23). 이러한 유형의 복구에는 두 번째 상보적인 DNA 가닥이 필요합니다. 다크 복구는 다단계로 이루어지며 다음과 같은 효소 복합체가 포함됩니다.

1) DNA 사슬의 손상된 부분을 인식하는 효소

2) DNA - 엔도뉴클레아제는 손상된 DNA 가닥을 절단합니다.

3) 엑소뉴클레아제는 DNA 가닥의 변화된 부분을 제거합니다.

4) DNA 중합효소 I은 삭제된 DNA 부분을 대체하기 위해 새로운 DNA 부분을 합성합니다.

5) DNA 리가아제는 오래된 DNA 가닥의 끝을 새로 합성된 DNA 가닥과 연결합니다. DNA의 두 끝을 닫습니다(그림 23). 25개의 효소 단백질이 인간의 암흑 복구에 참여합니다.

세포의 생명을 위협할 정도의 DNA 손상이 큰 경우에 켜집니다. SOS 배상. SOS 배상은 1974년에 발견되었습니다. 이러한 유형의 수리는 다량의 전리 방사선에 노출된 후에 관찰됩니다. SOS 복구의 특징은 1차 DNA 구조의 복원이 부정확하다는 것입니다. 이것이 바로 SOS 복구라는 이름을 받은 이유입니다. 오류가 발생하기 쉬운 배상. SOS 복구의 주요 목표는 세포 생존력을 유지하는 것입니다.

복구 시스템의 교란은 조기 노화, 암 발병, 자가면역 질환, 세포 또는 유기체의 사망으로 이어질 수 있습니다.

쌀. 23. 변형된 뉴클레오티드 잔기를 교체하여 손상된 DNA를 복구합니다(다크 복구 또는 절제 복구). (M. Singer, P. Berg, 1998, vol. 1, p. 100)

핵산은 복잡한 고분자 생체고분자입니다. 이 물질은 세포핵에서 처음 발견되었으므로 이름이 붙여졌습니다(라틴어 핵-핵). 나중에 핵산이 세포의 세포질에도 존재한다는 것이 밝혀졌습니다.

F. Miescher, E. Chargaff, R. Franklin 등과 같은 많은 과학자들이 핵산의 구조를 해독하는 데 참여했지만 미국의 생화학자인 J. Watson과 영국의 유전학자인 F. Crick은 마침내 핵산의 구조를 풀었습니다. 1953년에 그들은 노벨상을 수상했으며, 그들의 발견은 20세기 가장 위대한 발견 중 하나로 인정받았습니다.

핵산에는 두 가지 유형이 있습니다. DNA - 디옥시리보핵산그리고 RNA - 리보핵산.그들의 분자는 단량체가 뉴클레오티드인 중합체입니다. 실 모양의 DNA 분자의 길이는 인체 세포에서 수 센티미터에 이릅니다. 인간 염색체 26쌍의 DNA 전체 길이는 약 1.5m입니다. RNA 분자는 더 짧습니다. 각각의 길이는 0.01mm를 초과하지 않습니다.

뉴클레오티드 - 핵산의 단량체는 복잡한 구조를 가지고 있습니다. 각 뉴클레오티드는 질소 염기, 단순 오탄당 탄수화물, 인산 잔기의 세 부분으로 구성됩니다.

DNA 뉴클레오티드는 RNA 뉴클레오티드와 구조가 다릅니다. DNA 분자에는 아데닌, 구아닌, 시토신 및 티민 등 질소 염기가 서로 다른 네 가지 유형의 뉴클레오티드가 포함되어 있습니다. 네 가지 유형의 질소 염기 중 어느 것이 DNA 뉴클레오티드의 일부인지에 따라 각각 아데닌, 구아닌, 시토신 또는 티민이라고 합니다. 뉴클레오티드는 A, G, C, T로 축약됩니다. LNA 뉴클레오티드의 일부인 탄수화물입니다. 그것은 항상 동일합니다. 모든 DNA 뉴클레오티드의 일정하고 변하지 않는 구성 요소는 인산 잔기입니다. 따라서 DNA 뉴클레오티드 중 하나(예: 아데닌 A)는 다음과 같이 개략적으로 묘사될 수 있습니다.

뉴클레오티드는 하나의 디옥시리보스와 다음 뉴클레오티드의 인산 잔기 사이에 공유 결합을 형성함으로써 하나의 사슬로 연결됩니다(그림 1).

DNA 분자는 하나가 아닌 두 개의 뉴클레오티드 사슬로 구성되며, 이는 질소 염기에 의해 서로 향하고 그 사이에 수소 결합이 발생합니다. 서로 다른 질소 염기 사이의 이러한 결합 수는 동일하지 않으며 결과적으로 쌍으로만 연결될 수 있습니다. 한 폴리뉴클레오티드 사슬의 질소 염기 아데닌은 항상 다른 사슬의 티민과 두 개의 수소 결합으로 연결됩니다. 및 구아닌 - 반대편 폴리뉴클레오티드 사슬의 질소 염기 시토신과 3개의 수소 결합에 의해. 뉴클레오티드를 선택적으로 결합하는 이러한 능력을 상보성(라틴어 보완 - 추가에서).

쌀. 1. DNA의 구조

우주에서 DNA 분자는 뒤틀린 이중 나선(DNA의 2차 구조)이며, 이는 다시 추가 공간 포장을 거쳐 3차 구조인 초나선을 형성합니다. 이 구조는 진핵 염색체 DNA의 특징이며 DNA와 핵 단백질 사이의 상호 작용으로 인해 발생합니다. 따라서 인간 염색체 중 가장 큰 DNA의 길이는 8cm인데, 이를 꼬아서 최종적으로는 5nm를 넘지 않게 된다.

DNA 분자의 주요 특성은 자기 복제 능력입니다. 복제) (그림 2).

복제 전에 DNA 분자의 이중나선은 풀리고 두 개의 사슬로 분해되는데, 각 사슬은 DNA 집합을 위한 매트릭스(형태) 역할을 합니다.

원칙 상보성새로운 (하위) 체인. 새로운 DNA 사슬을 만들기 위한 물질은 뉴클레오티드로, 이는 항상 자유 상태로 핵에 존재합니다. 이 과정은 세포 분열 전에 발생하며 염색체 수가 두 배로 늘어나는 기초가 됩니다.

쌀. 2. DNA 이중나선 복제

DNA 분자의 뉴클레오티드는 단백질 분자의 아미노산 서열을 암호화합니다. 이는 유전 정보를 저장하는 DNA의 주요 기능입니다. 단백질 분자의 하나의 아미노산은 DNA 분자의 3개의 뉴클레오티드를 암호화합니다. 유전자는 하나의 단백질 분자의 아미노산 서열이 기록되어 있는 DNA 분자의 한 부분입니다.

PCR 진단 방법의 본질을 자세히 이해하려면 학교 생물학 과정을 잠시 견학해야합니다.

우리는 또한 학교 교과서를 통해 디옥시리보핵산(DNA)이 지구상에 존재하는 모든 유기체의 유전 정보와 유전 특성을 전달하는 보편적인 운반체라는 것을 알고 있습니다. 유일한 예외는 바이러스와 같은 일부 미생물입니다. 유전 정보의 보편적인 운반체는 단일 가닥 리보핵산인 RNA입니다.

DNA 분자의 구조

DNA 분자의 발견은 1953년에 일어났습니다. 프란시스 크릭(Francis Crick)과 제임스 왓슨(James Watson)은 DNA 이중 나선 구조를 발견했으며, 이후 그들의 연구로 노벨상을 수상했습니다.

DNA는 나선형으로 꼬인 이중 가닥입니다. 각 스레드는 "브릭"(직렬로 연결된 뉴클레오티드)으로 구성됩니다. 각 DNA 뉴클레오티드에는 구아닌(G), 아데닌(A)(퓨린), 티민(T), 시토신(C)(피리미딘) 등 4개의 질소 염기 중 하나가 포함되어 있으며, 디옥시리보스와 결합되어 인산기가 부착되어 있습니다. 인접한 뉴클레오티드는 3'-하이드록실(3'-OH)과 5'-포스페이트 그룹(5'-PO3)에 의해 형성된 포스포디에스테르 결합에 의해 사슬에서 서로 연결됩니다. 이 특성은 DNA의 극성, 즉 반대 방향, 즉 5' 및 3' 끝의 존재를 결정합니다. 한 가닥의 5' 끝은 두 번째 가닥의 3' 끝과 일치합니다.

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DNA 구조

DNA의 기본 구조는 사슬에 있는 DNA 뉴클레오티드의 선형 서열입니다. DNA 사슬의 뉴클레오티드 서열은 문자 DNA 공식의 형태로 기록됩니다: 예를 들어 - AGTCATGCCAG, 항목은 DNA 사슬의 5'에서 3' 끝으로 이루어집니다.

DNA의 2차 구조는 뉴클레오티드(대부분 질소 염기)가 서로 상호작용하는 수소 결합으로 인해 형성됩니다. DNA 2차 구조의 전형적인 예는 DNA 이중나선이다. DNA 이중나선은 자연계에서 가장 흔한 형태의 DNA로 두 개의 DNA 폴리뉴클레오티드 사슬로 구성됩니다. 각각의 새로운 DNA 사슬의 구성은 상보성의 원리에 따라 수행됩니다. 즉, 한 DNA 사슬의 각 질소 염기는 엄격하게 정의된 다른 사슬의 염기에 해당합니다. 상보적 쌍에서 T는 A의 반대편이고 C는 반대입니다. G 등

DNA 합성. 복제

DNA의 독특한 특성은 이중(복제) 능력입니다. 자연적으로 DNA 복제는 다음과 같이 발생합니다. 촉매(반응을 가속화하는 물질) 역할을 하는 특수 효소(자이라제)의 도움으로 복제가 발생해야 하는 영역의 세포에서 나선이 풀립니다(DNA 배가). 다음에는 실을 묶고 있는 수소결합이 끊어져 실이 갈라집니다.

새로운 사슬을 구성할 때 활성 "빌더"는 특수 효소인 DNA 중합효소입니다. DNA 배가를 위해서는 작은 이중 가닥 DNA 단편인 지층 블록 또는 "기초"도 필요합니다. 이 시작 블록, 더 정확하게는 모 DNA 사슬의 상보적인 부분은 20-30개의 뉴클레오티드로 구성된 단일 가닥 단편인 프라이머와 상호작용합니다. DNA 복제 또는 복제는 두 가닥에서 동시에 발생합니다. 하나의 DNA 분자에서 두 개의 DNA 분자가 형성되는데, 그 중 한 가닥은 모체 DNA 분자에서 나오고 두 번째 가닥은 새로 합성됩니다.

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