コア コンセプト
このチュートリアルでは、デオキシリボ核酸 (DNA) についてすべて学びます .まず、DNA の紹介とその構造の分析から始めます。次に、タンパク質合成における DNA の役割について説明し、DNA と RNA の違いについて考察します。最後に、DNA に関するその他の興味深い事実を紹介します!
他の記事で取り上げるトピック
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DNA の紹介
デオキシリボ核酸 (DNA) は、すべての生物の成長、発達、生殖、および機能に使用される遺伝物質 (生物学的指示) を含む分子です。
生物の DNA の完全なセットは、ゲノムとして知られています。ヒトゲノムは 23 対の染色体 (つまり、DNA でできた糸のような構造) で構成されています。各染色体には、遺伝の基本単位である数百または数千の遺伝子が含まれています。遺伝子は親から子へと受け継がれ、個人の特定の資質や特徴を決定するのに役立ちます。
DNA 構造
DNA は二重らせん構造を持っています。つまり、互いに絡み合った 2 つのリンクされた鎖で構成されています。 DNA 二重らせん (下図) は、らせん階段またはねじれたはしごの形に似ています。
DNA 鎖は、ヌクレオチドとして知られる化学構成要素で構成されています。各ヌクレオチドには、リン酸基、5炭素糖分子、および窒素含有塩基が含まれています。ヌクレオチドはホスホジエステル結合 (下図) によって結合され、DNA の糖-リン酸骨格を形成します。
相補的な塩基対間の水素結合は、DNA 二重らせんの 2 つの鎖を接続します。言い換えれば、DNA 分子中の 4 つの異なる窒素塩基 (アデニン、チミン、グアニン、およびシトシン) のそれぞれが、互いに結合して二本鎖を形成します。ワトソンとクリックの塩基対では、チミンは常にアデニンと対になり、シトシンは常にグアニンと対になります。
DNA の各鎖には、5' (5 プライム) 末端と 3' (3 プライム) 末端の 2 つの異なる末端があります。これらの指定は、遊離リン酸基 (5' 炭素) または遊離ヒドロキシル基 (3' 炭素) のいずれかを持つ糖分子の炭素数を指します。二重らせんの 2 本の DNA 鎖は逆平行です (つまり、反対方向に走っています)。一方の鎖の 5' 末端は、もう一方の鎖の 3' 末端と整列します。
DNA の仕組み
DNA は、タンパク質として知られる複雑な分子を合成するために使用される命令を保存します。タンパク質は、ペプチド結合によって結合されたアミノ酸の長い鎖で構成されています。それらは細胞内で幅広い機能を果たします (化学反応の触媒、構造サポートの提供、化学メッセンジャーとしての機能など)。
DNA を使用してタンパク質を生成するプロセスは、転写と翻訳という 2 つの重要なステップを経て行われます。
- 転写: DNA のセグメントは、転写中にリボ核酸 (RNA) の新しい分子にコピーされます。このプロセスは、RNA ポリメラーゼとして知られる酵素によって実行されます。この酵素は、DNA をテンプレートとして使用して、メッセンジャー RNA (mRNA) または非コード RNA (トランスファー RNA やリボソーム RNA など) を合成します。
- 翻訳: mRNA の分子 (転写中に合成される) は、翻訳中に細胞の細胞質にあるリボソームに情報を運びます。リボソームは mRNA 配列をアミノ酸の長鎖に解読し、タンパク質を形成します。
DNA vs. RNA
核酸には、主にデオキシリボ核酸 (DNA) とリボ核酸 (RNA) の 2 種類があります。以下は、DNA と RNA の主な違いの一部です。
- 砂糖: DNA には糖デオキシリボースが含まれていますが、RNA には糖リボースが含まれています。デオキシリボースとリボースはどちらも炭素数 5 (ペントース) の糖分子です。ただし、リボースは 2' 炭素に余分なヒドロキシル基を含んでいます。
- 基本組成: DNA と RNA の両方に次の窒素塩基が含まれています:アデニン、グアニン、およびシトシン。ただし、DNA は塩基チミンを使用しますが、RNA は塩基ウラシルを使用します。アデニンは、DNA ではチミン、RNA ではウラシルと対になります。
- ストランド数: ほとんどの場合、DNA は二本鎖ですが、RNA は一般に一本鎖です。
- 場所: DNAの大部分は、真核細胞の核または原核細胞の核様体に位置しています。しかし、ミトコンドリアや葉緑体にも少量の DNA が含まれています。 RNA の大部分は、真核細胞と原核細胞の両方の細胞質に見られます。
- 長さ: DNA は RNA よりもはるかに長い分子です。ヒト染色体 (単一の DNA 分子を含む) は、約 5000 万から 2 億 5000 万の塩基対の範囲です。一方、RNA 分子は通常、長さが数千塩基対にすぎません (せいぜい)。
デオキシリボ核酸 (DNA) に関する興味深い事実
- Johannes Friedrich Miescher というスイスの生化学者は、1869 年に白血球の研究中にデオキシリボ核酸 (DNA) を発見しました。
- James Watson と Francis Crick は、1953 年に DNA の二重らせん構造を発見しました (Rosalind Franklin や Maurice Wilkins などの他の研究者からの重要な貢献の助けを借りて)。
- すべての人間の遺伝子構造は、ほぼ 99.9% 同一です。個人によって異なる 0.1% の DNA 含有量は、特定の特徴 (目の色、血液型など) を決定したり、特定の病気を発症する可能性に影響を与えたりする可能性があります。
- 人体のほぼすべての細胞に DNA が含まれています。主な例外の 1 つは赤血球で、成熟するにつれて核 (および DNA) を失います。
- タンパク質をコードするヒトゲノムはわずか 1 ～ 2% です。残りの 98 ～ 99% は非コード DNA 配列であり、さまざまな機能を果たします (例:遺伝子発現の調節、非コード RNA の形成のための指示の提供)。
- 細胞分裂の前に、二本鎖 DNA 分子はそれ自体のコピーを作成し、DNA 複製として知られるプロセスを通じて 2 つの同一の DNA 分子を生成します。このプロセスは半保存的です。なぜなら、形成された DNA 分子の両方が 1 つの元の鎖と 1 つの新しく合成された鎖を含むからです。
- 突然変異 (つまり、DNA 配列の変化) は、DNA 複製中のエラー、または環境要因 (放射線や特定の化学物質への曝露など) の結果として発生する可能性があります。
- ゲノム編集は、科学者が最先端の技術を使用して生物の DNA を追加、削除、または変更する、刺激的な (しかし多少物議を醸す) 研究分野です。遺伝子編集ツール (CRISPR-Cas9 など) には、さまざまな遺伝病の予防と治療の可能性など、数多くの用途があります。
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