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なぜDNAはほとんど常に右利きのヘリックスなのですか?キラリティの原因を探る

本質的にDNA分子の大部分は、B型DNAとして知られる右利きのらせん構造を採用しています。二重らせんが時計回りの方向にひねるこのキラルの好みは、細菌から人間まで、さまざまな生物で観察されています。左利きのDNAまたはZ-DNAのまれな例がありますが、それらは特定の条件下で発生し、右利きの形と比較して比較的不安定です。

DNAのほぼ排他的な右利きの背後にある理由は、その分子構造、熱力学、および進化的考慮事項に関連する要因の組み合わせに起因する可能性があります。ここにいくつかの主な理由があります:

1。ベースペアリングと水素結合:

ヌクレオチドであるDNAの構成要素は、糖リン酸骨格と窒素塩基で構成されています。二重らせん内のこれらの塩基のペアリングは、水素結合を介して発生し、アデニン(a)とチミン(t)、およびグアニン(g)とシトシン(c)などの塩基対を形成します。これらの塩基対のジオメトリと配置は、当然右利きのらせん構造を好みます。塩基ペア間の特定の角度と距離により、最適な水素結合と積み重ねの相互作用が可能になり、右利きの立体構造が安定します。

2。糖リン酸骨骨相互作用:

DNAの糖リン酸骨格は、その構造的完全性に寄与し、そのヘリカルの立体構造に影響を与えます。 DNAのデオキシリボース糖分子は、わずかにパッカレーションの立体構造を持ち、リン酸基に付着すると非対称の骨格が生成されます。この非対称性は、立体衝突を最小限に抑え、負に帯電したリン酸塩基間のより有利な静電相互作用を可能にするため、右利きのヘリックスを支持します。

3。熱力学と安定性:

右利きのB型DNAは、他の潜在的なヘリカルコンフォメーションよりも熱力学的に安定していることが示されています。右利きのヘリックス内の特定のジオメトリと相互作用により、梱包を最適化し、分子の自由エネルギーを最小限に抑えます。この熱力学的安定性は、最も好ましい構造形態としての右利きのDNAの有病率に寄与します。

4。タンパク質-DNA相互作用と酵素特異性:

複製、転写、修復に関与する酵素など、DNAと相互作用する多くのタンパク質は、右利きのDNA構造を認識して結合するように進化しました。これらのタンパク質のキラル特異性は、DNA分子との適切な相互作用を保証し、必須の細胞プロセスを促進します。したがって、右利きのDNAの有病率は、細胞機構が効率的に機能するための一貫した分子コンテキストを提供します。

5。進化的考慮事項:

進化の過程で、右利きのDNA構造は、その安定性と細胞プロセスとの互換性のために固定され、支配的になった可能性があります。主要な立体構造として右利きの形が確立されると、細胞機械と遺伝システムはこの特定のキラリティを排他的に認識し、利用するように進化しました。この進化的バイアスは、生物系における右利きのDNAの有病率をさらに強化します。

DNAのほぼ排他的な右利きの正確な理由は複雑であり、上記の要因の組み合わせが含まれる場合がありますが、右利きのB型DNAが生物系に最適な構造的および機能的特性を提供することは明らかです。この構造的一貫性は、遺伝情報の保存、複製、および寿命を支える複雑な分子プロセスに深い意味を持っています。

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