핵산의 특성

본질적으로 중요한 핵산에는 데 옥시 리보 핵산 또는 DNA, 리보 핵산 또는 RNA가 포함됩니다. 그들은 양성자 (즉, 수소 원자) 공여자이기 때문에 산이라고 불리며 따라서 음전하를 띠고 있습니다.

화학적으로 DNA와 RNA는 폴리머이며, 이는 반복 단위로 구성되며 종종 매우 많은 수로 구성됩니다. 이 단위는 뉴클레오타이드. 모든 뉴클레오타이드는 차례로 오탄당, 인산염 그룹 및 질소 염기의 세 가지 별개의 화학적 부분을 포함합니다.

DNA는 세 가지 주요 측면에서 RNA와 다릅니다. 하나는 핵산 분자의 구조적 "백본"을 구성하는 당이 데 옥시 리보스 인 반면 RNA에서는 리보스라는 것입니다. 화학적 명명법에 익숙하다면 이것이 전체 구조 체계에서 작은 차이임을 인식 할 것입니다. 리보스에는 4 개의 하이드 록실 (-OH) 그룹이 있고 데 옥시 리보스에는 3 개의 그룹이 있습니다.

두 번째 차이점은 DNA에서 발견되는 네 가지 질소 염기 중 하나가 티민이지만 RNA의 해당 염기는 우라실이라는 것입니다. 핵산의 질소 염기는 이들의 궁극적 인 특성을 결정합니다. 왜냐하면 인산염과 당 부분은 분자 내에서 또는 분자 사이에서 변하지 않기 때문입니다. 같은 유형.

마지막으로 DNA는 이중 가닥입니다. 즉, 두 개의 질소 염기에 의해 화학적으로 결합 된 두 개의 긴 뉴클레오티드 사슬로 구성됩니다. DNA는 양쪽 끝이 반대 방향으로 꼬인 유연한 사다리처럼 "이중 나선"모양으로 감겨 있습니다.

데 옥시 리보스는 5 원자 고리, 4 개의 탄소 및 산소로 구성되며, 오각형 또는 야구의 홈 플레이트 모양입니다. 탄소는 4 개의 결합과 2 개의 산소를 형성하기 때문에 4 개의 탄소 원자에 8 개의 결합 부위를 남겨 둡니다 (탄소 당 2 개, 고리 위와 아래에 하나씩). 이 지점 중 3 개는 히드 록실 (-OH) 그룹이 차지하고 5 개는 수소 원자가 차지합니다.

이 당 분자는 아데닌, 시토신, 구아닌 및 티민의 네 가지 질소 염기 중 하나에 결합 할 수 있습니다. 아데닌 (A)과 구아닌 (G)은 퓨린이고 시토신 (C)과 티민 (T)은 피리 미딘입니다. 퓨린은 피리 미딘보다 큰 분자입니다. 완전한 DNA 분자의 두 가닥이 질소 염기에 의해 중간에 결합되어 있기 때문입니다. 분자 전체에 걸쳐 두 염기의 총 크기를 대략적으로 유지하려면 하나의 퓨린과 하나의 피리 미딘 사이에 형성되어야합니다. 일정한. (참고 문헌에있는 것과 같이 읽을 때 핵산 다이어그램을 참조하는 것이 좋습니다.) 실제로 A는 DNA의 T에만 결합하고 C는 G에만 독점적으로 결합합니다.

질소 염기에 결합 된 데 옥시 리보스는 뉴 클레오 사이드. 인산기가 염기가 부착 된 두 지점에서 떨어진 탄소의 데 옥시 리보스에 추가되면 완전한 뉴클레오티드가 형성됩니다. 뉴클레오타이드의 다양한 원자에 대한 각 전기 화학적 전하의 특성은 다음과 같습니다. 자연적으로 나선 모양을 형성하는 이중 가닥 DNA와 분자의 두 DNA 가닥을 담당합니다. 불린다 보완적인 가닥.

RNA의 5 탄당은 데 옥시 리보스가 아니라 리보스입니다. 리보스는 고리 구조가 각각 3 개와 5 개가 아닌 4 개의 하이드 록실 (-OH) 그룹과 4 개의 수소 원자에 결합되어 있다는 점을 제외하면 데 옥시 리보스와 동일합니다. 뉴클레오타이드의 리보스 부분은 DNA와 마찬가지로 인산염 그룹과 질소 염기에 결합되어 있습니다. RNA "백본"을 형성하는 당. 위에서 언급 한 바와 같이 염기는 A, C 및 G를 포함하지만 RNA의 두 번째 피리 미딘은 오히려 우라실 (U)입니다. T보다.

DNA는 정보 저장에만 관련이있는 반면 (유전자는 단일 단백질을 암호화하는 DNA 가닥 임) RNA 유형에 따라 서로 다른 기능을 수행합니다. 메신저 RNA 또는 mRNA는 일반적으로 이중 가닥 DNA가 전사 목적으로 두 개의 단일 가닥으로 분할 될 때 DNA에서 만들어집니다. 생성 된 mRNA는 궁극적으로 단백질이 생성되는 세포 부분으로 이동하여 DNA에 의해 전달되는이 과정에 대한 지침을 전달합니다. 두 번째 유형의 RNA 인 transfer RNA (tRNA)는 단백질 제조에 참여합니다. 이것은 리보솜이라고 불리는 세포 소기관에서 발생하며 리보솜 자체는 주로 리보솜 RNA (rRNA)라고하는 세 번째 유형의 RNA로 구성됩니다.

5 가지 질소 염기 – DNA의 아데닌 (A), 시토신 (C), 구아닌 (G) 및 티민 (T), 처음 3 개와 우라실 (U) RNA에서 – 궁극적으로 살아있는 유전자 산물의 다양성을 책임지는 핵산의 일부입니다. 소지품. 설탕과 인산염 부분은 구조와 발판을 제공한다는 점에서 필수적이지만 염기는 코드가 생성되는 곳입니다. 랩톱 컴퓨터를 핵산 ​​또는 최소한 일련의 뉴클레오티드로 생각하면 하드웨어 (예: 디스크 드라이브, 모니터 화면, 마이크로 프로세서)는 당과 인산염과 유사하지만 실행중인 소프트웨어와 앱은 질소와 같습니다. 시스템에로드 한 고유 한 프로그램 모음으로 인해 컴퓨터가 유일무이 한 "유기체."

앞에서 설명한 것처럼 질소 염기는 퓨린 (A 및 G) 또는 피리 미딘 (C, T 및 U)으로 분류됩니다. A는 항상 DNA 가닥에서 T와 쌍을 이루고 C는 항상 G와 쌍을 이룹니다. 중요한 것은 DNA 가닥이 RNA 합성 (전사)의 주형으로 사용될 때 성장하는 RNA 분자를 따라 각 지점에서 "모"DNA 뉴클레오티드에서 생성 된 RNA 뉴클레오티드에는 "모"염기가 항상 결합하는 염기가 포함됩니다. 에. 자세한 내용은 추가 섹션에서 설명합니다.

퓨린은 육각형과 한면을 공유하는 오각형과 같은 6 원 질소 및 탄소 고리와 5 원 질소 및 탄소 고리로 구성됩니다. 퓨린 합성은 리보스 설탕의 화학적 조정과 아미노 (-NH₂) 그룹. 피리 미딘은 또한 퓨린과 같은 6 원 질소 및 탄소 고리를 가지고 있지만 퓨린의 5 원 질소 및 탄소 고리가 없습니다. 따라서 퓨린은 피리 미딘보다 분자량이 더 높습니다.

피리 미딘을 포함하는 뉴클레오티드의 합성과 퓨린을 포함하는 뉴클레오티드의 합성은 하나의 중요한 단계에서 반대 순서로 발생합니다. 피리 미딘에서는 염기 부분이 먼저 조립되고 나머지 분자는 나중에 뉴클레오티드로 변형됩니다. 퓨린에서 궁극적으로 아데닌 또는 구아닌이되는 부분은 뉴클레오타이드 형성이 끝날 때까지 변형됩니다.

전사는 DNA 주형에서 mRNA 가닥을 생성하는 것으로, 주형이하는 것과 같은 특정 단백질을 만들기위한 동일한 지침 (즉, 유전 코드)을 전달합니다. 이 과정은 DNA가있는 세포핵에서 발생합니다. 이중 가닥 DNA 분자가 단일 가닥으로 분리되어 전사가 진행되면 하나에서 생성되는 mRNA가 "압축 해제 된"DNA 쌍의 가닥은 압축 해제 된 DNA의 다른 가닥의 DNA와 동일합니다. 단, mRNA에는 티. (다시 한 번 다이어그램을 참조하는 것이 유용합니다. 참고 문헌 참조) mRNA는 일단 완성되면 핵막의 구멍을 통해 핵을 떠납니다. mRNA가 핵을 떠나면 리보솜에 부착됩니다.

효소는 리보솜 복합체에 부착되어 번역 과정을 돕습니다. 번역은 mRNA의 지시를 단백질로 변환하는 것입니다. 이것은 단백질의 하위 단위 인 아미노산이 mRNA 가닥의 3 개 뉴클레오티드 "코돈"에서 생성 될 때 발생합니다. 이 과정은 또한 rRNA (번역이 리좀에서 일어나기 때문에)와 tRNA (아미노산 조립에 도움이 됨)를 포함합니다.

DNA 가닥은 관련 요인의 합류로 인해 이중 나선으로 조립됩니다. 이들 중 하나는 분자의 다른 부분에 자연적으로 위치하는 수소 결합입니다. 나선이 형성됨에 따라 질소 염기의 결합 쌍은 전체적으로 이중 나선의 축에 수직입니다. 각 전체 회전에는 총 약 10 개의 기본 염기 결합 쌍이 포함됩니다. "사다리"로 배치되었을 때 DNA의 "측면"이라고 불릴 수 있었던 것이 이제 이중 나선의 "사슬"이라고합니다. 이들은 거의 전적으로 뉴클레오티드의 리보스 및 인산염 부분으로 구성되며 염기는 내부에 있습니다. 나선에는 궁극적으로 안정적인 모양을 결정하는 주요 홈과 보조 홈이 모두 있다고합니다.

염색체는 매우 긴 DNA 가닥으로 설명 될 수 있지만 이것은 총체적인 단순화입니다. 이론적으로 주어진 염색체가 풀려서 하나의 깨지지 않은 DNA 분자를 드러 낼 수 있다는 것은 사실이지만 이것은 DNA가 형성하는 과정에서 복잡한 코일 링, 스풀링 및 클러스터링을 나타내지 않습니다. 염색체. 하나의 염색체는 수백만 개의 DNA 염기쌍을 특징으로하며, 모든 DNA가 나선을 깨지 않고 늘어난다면 그 길이는 몇 밀리미터에서 1 센티미터 이상으로 늘어날 것입니다. 실제로 DNA는 훨씬 더 압축되어 있습니다. 히스톤이라고하는 단백질은 4 쌍의 서브 유닛 단백질 (모두 8 개의 서브 유닛)에서 형성됩니다. 이 옥타 머는 DNA 이중 나선이 실처럼 두 번 감싸는 일종의 스풀 역할을합니다. 이 구조, 옥타 머와 그 주위를 둘러싼 DNA를 뉴 클레오 솜이라고합니다. 염색체가 염색체라고하는 가닥으로 부분적으로 풀리면 이러한 뉴 클레오 솜은 현미경 검사에서 끈의 구슬로 나타납니다. 그러나 정확한 메커니즘은 아직 파악하기 어렵지만 뉴 클레오 솜 수준 이상에서는 유전 물질의 추가 압축이 발생합니다.

DNA, RNA 및 단백질이 고려됩니다. 바이오 폴리머 그것들은 생물과 관련된 정보와 아미노산의 반복적 인 순서이기 때문입니다 ( "생물"은 "생명"을 의미). 오늘날 분자 생물 학자들은 어떤 형태로든 DNA와 RNA가 생명체의 출현보다 앞선다는 것을 알고 있습니다. 지구, 하지만 2018 년 현재, 아무도 초기 바이오 폴리머에서 단순한 생활로가는 길을 찾지 못했습니다. 소지품. 어떤 사람들은 어떤 형태로든 RNA가 DNA를 포함한이 모든 것의 원천이라고 이론화했습니다. 이것이 "RNA 세계 가설"입니다. 그러나 이것은 생물 학자들에게 일종의 닭고기와 달걀 시나리오를 제시합니다. 왜냐하면 충분히 큰 RNA 분자는 전사. 어쨌든 과학자들은 점점 더 열정적으로 RNA를 최초의 자기 복제 분자의 표적으로 조사하고 있습니다.

핵산의 구성 성분을 모방 한 화학 물질이 오늘날 약물로 사용되고 있으며이 분야에서 더 많은 발전이 진행되고 있습니다. 예를 들어, 약간 변형 된 우라실 형태 인 5- 플루오로 우라실 (5-FU)은 결장암을 치료하기 위해 수십 년 동안 사용되어 왔습니다. 이것은 새로 제조 된 DNA에 삽입 될 수 있도록 충분히 밀접하게 진정한 질소 염기를 모방함으로써 이루어집니다. 이것은 궁극적으로 단백질 합성의 붕괴로 이어집니다.

뉴 클레오 사이드의 모방 체 (리보스 당과 질소 염기)는 항균 및 항 바이러스 요법에 사용되었습니다. 때로는 변형을 겪는 뉴 클레오 시드의 염기 부분이고, 다른 경우에는 약물이 당 부분을 표적으로 삼습니다.