DNA分子の重要性

DNAは、科学分野の中心にある数少ない文字の組み合わせの1つであり、 生物学や科学への生涯の露出がほとんどない人々でもかなりのレベルの理解 一般。 「それは彼女のDNAの中にある」というフレーズを聞いたほとんどの大人は、特定の特性が説明されている人から切り離せないことをすぐに認識します。 その特徴はどういうわけか生まれつきのものであり、消えることはなく、その人の子供たちやそれ以降に移すことができるということです。 これは、「DNA」が何を意味するのか、つまり「デオキシリボ核酸」を知らない人の心にも当てはまるようです。

人間は当然のことながら、両親から形質を継承し、自分の形質を子孫に伝えるという概念に魅了されています。 たとえそのような正式な言葉でそれを想像できる人はほとんどいないとしても、人々が自分の生化学的遺産について熟考するのは当然のことです。 私たち一人一人の中にある小さな目に見えない要因が人々の子供たちの見た目や行動さえも支配しているという認識は、確かに何百年もの間存在してきました。 しかし、20世紀半ばまで、現代科学は、遺伝の原因となる分子が何であるかだけでなく、それらがどのように見えるかを輝かしく詳細に明らかにしました。

デオキシリボ核酸は確かに、すべての生物が細胞内で維持している遺伝的青写真であり、各人間を作るだけでなく、独特の微視的な指紋です。 文字通りのユニークな個人（現在の目的を除いて一卵性双生児）が、から、すべての人に関する多くの重要な情報を明らかにします 人生の後半に特定の病気を発症する可能性、またはそのような病気を将来に伝達する可能性に、別の特定の人と関係がある可能性 世代。 DNAは、分子生物学および生命科学全体の自然な中心点であるだけでなく、法医学および生物工学の不可欠な要素にもなっています。

ジェームズ・ワトソンとフランシス・クリック（そしてあまり一般的ではないがロザリンド・フランクリンとモーリス・ウィルキンス）は、1953年にDNAが発見されたと広く信じられています。 ただし、この認識は誤りです。 批判的に、これらの研究者は実際にDNAが3次元の形で存在することを確立しました 二重らせん。これは基本的に、両端で異なる方向にねじられてらせんを作成するはしごです。 形状。 しかし、これらの断固とした、そしてしばしば祝われる科学者は、同じ一般的な情報を求めて苦労した生物学者の骨の折れる仕事に「ただ」基づいていました。 1860年代までさかのぼると、第二次世界大戦後の研究におけるワトソン、クリックなどの実験と同じように、それ自体が画期的な実験でした。 時代。

人間が月に旅行する100年前の1869年、フリードリッヒ・ミーシェルというスイスの化学者は 白血球（白血球）からタンパク質成分を抽出して、それらの組成を決定し、 関数。 彼が代わりに抽出したものは「ヌクレイン」と呼ばれ、将来の生化学者がどうなるかを学ぶために必要な機器が不足していましたが 学ぶことができた彼は、この「ヌクレイン」がタンパク質に関連しているが、それ自体はタンパク質ではなく、異常なものが含まれていることをすぐに認識しました。 リンの量、およびこの物質が分解したのと同じ化学的および物理的要因による分解に耐性があること タンパク質。

ミーシャーの仕事の真の重要性が最初に明らかになるまでには50年以上かかるでしょう。 1900年代の20年間に、ロシアの生化学者であるフィーバスレヴィーンが最初に提案しました。 それは、今日私たちがヌクレオチドと呼んでいるもので、糖部分、リン酸部分、そして塩基で構成されていました 部分; 砂糖がリボースであったこと。 そして、ヌクレオチド間の違いは、それらの塩基間の違いによるものでした。 彼の「ポリヌクレオチド」モデルにはいくつかの欠陥がありましたが、当時の基準では、それは著しく目標を達成していました。

1944年、ロックフェラー大学のオズワルド・エイブリーと彼の同僚は、DNAが遺伝単位または遺伝子で構成されていることを正式に示唆した最初の既知の研究者でした。 オーストリアの科学者エルヴィン・シャルガフは、彼らの仕事とレヴェンの仕事をフォローアップして、2つの重要な発見をしました。 1つは、Leveneが持っていたものとは逆に、DNAのヌクレオチド配列が生物の種によって異なることです。 提案; 2つ目は、どの生物においても、核酸塩基であるアデニン（A）とグアニン（G）の総量です。 組み合わせたものは、種に関係なく、実質的に常にシトシンの総量（C）と同じでした。 チミン（T）。 これにより、シャルガフはすべてのDNAでAがTとペアになり、CがGとペアになると結論付けることはできませんでしたが、後で他の人が到達した結論を裏付けるのに役立ちました。

最後に、1953年に、ワトソンと彼の同僚は、3次元の化学構造を視覚化する方法を急速に改善することで恩恵を受け、 これらの発見をまとめ、段ボールモデルを使用して、二重らせんがDNAについて知られているすべてのものに他の方法で適合しないことを確立しました たぶん...だろう。

DNAは、その構造が明らかになるかなり前に、生物の遺伝物質として特定されました。 実験科学ではよくあることですが、この重要な発見は実際には研究者のメインに付随するものでした 目的。
1930年代後半に抗生物質療法が登場する前は、感染症は彼らよりもはるかに多くの人命を奪っていました。 今日やっていること、そして責任のある生物の謎を解明することは微生物学研究の重要な目的でした。 1913年に、前述のオズワルド・エイブリーは、最終的に高多糖類を明らかにした作業を開始しました 肺炎から分離された肺炎球菌細菌種のカプセル中の（糖）含有量 患者。 エイブリーは、これらが感染者の抗体産生を刺激したと理論づけました。 一方、イギリスでは、ウィリアム・グリフィスが、ある種の病気の原因となる死んだ成分を示す作業を行っていました。 肺炎球菌は、無害な肺炎球菌の生体成分と混合され、以前の病気の原因となる形態を生み出す可能性があります 無害な種類; これは、死んだバクテリアから生きているバクテリアに移ったものは何でも遺伝性であることを証明しました。

エイブリーがグリフィスの結果を知ったとき、彼は分離するために浄化実験を行うことに着手しました 遺伝性であり、核酸、より具体的には、 ヌクレオチド。 DNAは、当時一般に「形質転換」と呼ばれていたものを持っているとすでに強く疑われていました 原則」であるため、エイブリーと他の人々は、遺伝物質を さまざまなエージェント。 DNAの完全性を破壊するが、タンパク質やDNAには無害であることが知られている、DNAaseと呼ばれるものは ある細菌世代から 次。 一方、タンパク質を解きほぐすプロテアーゼは、そのような損傷を与えませんでした。

エイブリーとグリフィスの作品の持ち帰りのメッセージは、ワトソンやクリックなどの人々が彼らの貢献に対して正当に称賛されている一方で、 分子遺伝学にとって、DNAの構造を確立することは、実際にはこの壮大な分子について学ぶプロセスへのかなり遅い貢献でした。

シャルガフは明らかにDNAの構造を完全には説明していませんでしたが、 （A + G）=（C + T）に加えて、DNAに含まれることが知られている2本の鎖は常に同じ距離でした 離れて。 これは、 プリン （AとGを含む）常に結合 ピリミジン （CとTを含む）DNA。 プリンはピリミジンよりもかなり大きいのに対し、すべてのプリンは本質的に同じサイズであり、すべてのピリミジンは本質的に同じサイズであるため、これは三次元的に意味がありました。 これは、一緒に結合された2つのプリンがDNA鎖間でかなり多くのスペースを占めることを意味します 2つのピリミジンよりも多く、また、任意のプリン-ピリミジンペアリングが同じ量の スペース。 このすべての情報を入れるには、AがTにのみバインドし、このモデルが成功した場合はCとGにも同じ関係が成り立つことが必要でした。 そしてそれは持っています。

塩基（これらについては後で詳しく説明します）は、はしごの横木のように、DNA分子の内部で互いに結合します。 しかし、ストランド、つまり「サイド」自体はどうでしょうか。 ロザリンド・フランクリンは、ワトソンとクリックと協力して、この「背骨」が砂糖でできていると仮定しました （具体的にはペントース糖、または5原子環構造を持つもの）とリン酸基を結合する 砂糖。 新たに明らかになった塩基対の考えにより、フランクリンらは2本のDNA鎖に気づきました。 単一の分子では、「相補的」であるか、事実上、それらのレベルでの互いの鏡像でした。 ヌクレオチド。 これにより、ねじれた形のDNAのおおよその半径を一定の精度で予測することができ、X線回折分析によりらせん構造が確認されました。 らせんが二重らせんであるという考えは、1953年にDNAの構造が所定の位置に収まる最後の主要な詳細でした。

ヌクレオチドはDNAの繰り返しサブユニットであり、これはDNAがヌクレオチドのポリマーであると言うのとは逆です。 各ヌクレオチドは、1つの酸素と4つの炭素分子を持つ五角形の環構造を含むデオキシリボースと呼ばれる糖で構成されています。 この糖はリン酸基に結合しており、この位置から環に沿って2つのスポットがあり、核酸塩基にも結合しています。 リン酸基は糖を結合してDNA骨格を形成し、その2本の鎖は二重らせんの中央にある結合した窒素の多い塩基の周りでねじれています。 らせんは、10塩基対ごとに約1回、完全に360度ねじれます。

窒素塩基にのみ結合する糖は、 ヌクレオシド.

RNA（リボ核酸）は、3つの重要な点でDNAと異なります。1つは、ピリミジンウラシルがチミンの代わりに使用されることです。 第二に、ペントース糖はデオキシリボースではなくリボースです。 そして3つ目は、RNAはほとんどの場合一本鎖であり、複数の形態がありますが、その説明はこの記事の範囲を超えています。

DNAは、コピーが作成されるときに、2つの相補的な鎖に「解凍」されます。 これが起こっているとき、娘ストランドは単一の親ストランドに沿って形成されます。 そのような娘鎖の1つは、酵素の作用下で、単一ヌクレオチドの付加によって連続的に形成されます。 DNAポリメラーゼ. この合成は、親DNA鎖の分離の方向に沿って単純に続きます。 他の娘鎖は、と呼ばれる小さなポリヌクレオチドから形成されます 岡崎フラグメント それは実際には親鎖の解凍の反対方向に形成され、次に酵素によって一緒に結合されます DNAリガーゼ.

2つの娘鎖も互いに相補的であるため、それらの塩基は最終的に互いに結合して、親のものと同一の二本鎖DNA分子を作ります。

単細胞で原核生物と呼ばれる細菌では、細菌のDNA（ゲノムとも呼ばれる）の単一のコピーが細胞質に存在します。 核は存在しません。 多細胞真核生物では、DNAは染色体の形で核に見られます。 高度にコイル状に巻かれ、空間的に凝縮されたDNA分子は、長さがわずか100万分の1メートルであり、タンパク質 と呼ばれる ヒストン. 顕微鏡検査では、ヒストンの「スプール」と単純なヒストンが交互に現れる染色体部分 DNAの鎖（このレベルの組織ではクロマチンと呼ばれます）は、多くの場合、ビーズ上のビーズに例えられます。 ストリング。 いくつかの真核生物のDNAは、 ミトコンドリア.