핵산. NS
살아있는 유기체에는 두 가지 유형의 단백질과 핵산의 세 가지 주요 거대 분자가 있습니다. 덕분에 전체 유기체의 중요한 활동과 올바른 기능이 지원됩니다. 핵산이란 무엇입니까? 그들은 무엇을위한 것입니까? 이 기사의 뒷부분에서 이에 대해 자세히 설명합니다.
일반 정보
핵산은 뉴클레오티드의 잔기에 의해 형성되는 고분자량 유기 화합물인 생체 고분자입니다. 모든 유전 정보의 세대 간 전달은 핵산이 수행하는 주요 작업입니다. 아래 프레젠테이션에서 이 개념을 더 자세히 다룰 것입니다.
연구 이력
연구된 첫 번째 뉴클레오티드는 1847년 소의 근육에서 분리되었으며 "이노신산"으로 명명되었습니다. 화학구조를 연구한 결과 riboside-5'-phosphate가 N-glycosidic bond를 저장하고 있음이 밝혀졌고 1868년에 "nuclein"이라는 물질이 발견되었습니다. 스위스 화학자 프리드리히 미셔(Friedrich Miescher)가 일부 생물학적 물질을 연구하는 동안 발견했습니다. 이 물질의 조성에는 인이 포함되어 있습니다. 화합물은 산성 특성을 가지며 단백질 분해 효소에 의해 분해되지 않습니다.
이 물질은 공식 C29H49N9O22P3을 받았으며 유전 정보 전달 과정에서 핵이 참여한다는 가정은 화학 성분과 염색질의 유사성을 발견 한 결과 제시되었습니다. 이 원소는 염색체의 주성분으로 1889년 Richard Altmann에 의해 "핵산"이라는 용어가 처음 소개되었습니다. 단백질 불순물이없는 이러한 물질을 얻는 방법의 저자가 된 것은 그 사람이었습니다.핵산의 알칼리 가수 분해에 대한 연구에서 Levin과 Jacob은이 과정의 제품의 주요 구성 요소를 확인했습니다. 그들은 뉴클레오타이드와 뉴클레오사이드로 밝혀졌습니다. 1921년 Levin은 DNA가 테트라뉴클레오티드 구조를 가지고 있다고 제안했습니다. 그러나 이 가설은 확인되지 않았고 잘못된 것으로 밝혀졌다.
분류
핵산에는 DNA와 RNA의 두 가지 유형이 있습니다. 그들의 존재는 모든 살아있는 유기체의 세포에서 발견됩니다. DNA는 주로 세포의 핵에서 발견됩니다. RNA는 세포질에서 발견됩니다. 1935년에 DNA의 부드러운 단편화 동안 4개의 DNA 형성 뉴클레오티드가 얻어졌습니다. 이러한 구성 요소는 결정 상태로 제공됩니다. 1953년 Watston과 Crick은 DNA에 이중 나선이 있음을 확인했습니다.
선발 방법
천연 공급원에서 화합물을 제조하기 위한 다양한 방법이 개발되었습니다. 이러한 방법의 주요 조건은 핵산과 단백질의 효과적인 분리, 과정에서 얻은 물질의 최소 단편화입니다. 오늘날 고전적인 방법이 널리 사용됩니다. 이 방법의 본질은 생물학적 물질의 벽을 파괴하고 음이온성 세제로 추가 처리하는 데 있습니다. 그 결과 핵산이 용액에 남아 있는 동안 단백질 침전물이 생성됩니다. 다른 방법이 사용됩니다. 이 경우 핵산은 에탄올과 식염수를 이용하여 젤 상태로 증착할 수 있다. 그렇게 할 때 약간의 주의가 필요합니다. 특히 젤라틴 침전물을 얻기 위해서는 식염수에 에탄올을 세심하게 첨가해야 한다. 핵산이 방출된 농도, 그 안에 존재하는 불순물에 따라 분광광도법을 결정할 수 있습니다. 핵산은 특별한 종류의 효소인 뉴클레아제에 의해 쉽게 분해됩니다. 이러한 방출로 실험실 장비는 억제제로 의무적 인 치료를 받아야합니다. 여기에는 예를 들어 RNA 분리에 사용되는 DEPC 억제제가 포함됩니다.
물리적 특성
핵산은 물에 잘 녹고 유기화합물에는 거의 녹지 않습니다. 또한 온도 및 pH 판독값에 특히 민감합니다. 고분자량 핵산 분자는 기계적 힘의 영향으로 뉴클레아제에 의해 단편화될 수 있습니다. 여기에는 용액 저어주기, 흔들기 등이 포함됩니다.
핵산. 구조 및 기능
고려 중인 화합물의 중합체 및 단량체 형태는 세포에서 발견됩니다. 고분자 형태를 폴리뉴클레오티드라고 합니다. 이 형태에서 뉴클레오티드의 사슬은 인산 잔기에 의해 연결됩니다. 리보스 및 디옥소리보스라고 하는 두 가지 유형의 헤테로고리 분자의 함량으로 인해 산은 각각 리보핵 및 디옥시리보핵입니다. 그들의 도움으로 유전 정보의 저장, 전송 및 구현이 발생합니다. 핵산의 단량체 형태 중에서 가장 인기 있는 것은 아데노신 삼인산입니다. 그것은 신호 전송과 세포의 에너지 예비 제공에 관여합니다.
DNA
Deoxyribonucleic acid는 거대 분자입니다. 그것의 도움으로 유전 정보의 전송 및 구현 과정이 발생합니다. 이 정보는 살아있는 유기체의 발달 및 기능 프로그램에 필요합니다. 동물, 식물, 균류에서 DNA는 세포 핵에 있는 염색체의 일부이며 미토콘드리아와 색소체에서도 발견됩니다. 박테리아와 고세균에서 디옥시리보핵산 분자는 내부에서 세포막에 달라붙습니다. 이러한 유기체는 주로 원형 DNA 분자를 포함합니다. 그들은 "플라스미드"라고 불립니다. 화학적 구조면에서 디옥시리보핵산은 뉴클레오티드로 구성된 고분자 분자입니다. 이러한 구성 요소는 차례로 질소 염기, 설탕 및 인산염 그룹을 포함합니다. 뉴클레오타이드 사이에 결합이 형성되어 사슬을 만드는 것은 마지막 두 요소 때문입니다. 기본적으로 DNA 거대분자는 두 가닥의 나선 형태로 제시된다.
RNA
리보핵산은 뉴클레오티드의 긴 사슬입니다. 그들은 질소 염기, 리보스 설탕 및 인산염 그룹을 포함합니다. 유전 정보는 염기 서열을 사용하여 암호화됩니다. RNA는 단백질 합성을 프로그래밍하는 데 사용됩니다. 리보핵산은 전사 중에 생성됩니다. DNA 주형에 RNA를 합성하는 과정입니다. 그것은 특별한 효소의 참여로 발생합니다. RNA 중합효소라고 합니다. 그 후, 템플릿 리보핵산이 번역 과정에 관여합니다. 이것이 RNA 매트릭스에서 단백질 합성이 수행되는 방식입니다. 리보솜은 이 과정에 적극적으로 참여합니다. 나머지 RNA는 전사가 끝날 때 화학적 변형을 겪습니다. 발생하는 변화의 결과로 리보핵산의 2차 및 3차 구조가 형성됩니다. 그들은 RNA의 유형에 따라 기능합니다.
러시아 연방 교육 과학부
연방 주립 자치 교육 기관
고등 교육
"카잔 국립 연구 기술 대학"
식품 공학 연구소
식품생명공학과
주제에 대한 요약
핵산. DNA와 RNA
완성자: V. Radenko
그룹 625 M-52
핵산 -살아있는 유기체에서 유전(유전) 정보의 저장 및 전달을 제공하는 천연 고분자 유기 화합물. 모든 살아있는 유기체에는 리보핵산(RNA)과 데옥시리보핵산(DNA)의 두 가지 유형의 핵산이 있습니다. 알려진 가장 작은 핵산인 수송 RNA(tRNA)의 분자량은 약 25kDa입니다. DNA는 가장 큰 고분자 분자입니다. 그들의 분자량 범위는 1,000에서 1,000,000 kDa입니다. DNA와 RNA는 단량체 단위인 뉴클레오티드로 구성되므로 핵산을 폴리뉴클레오티드라고 합니다.
뉴클레오티드 구조
각 뉴클레오타이드는 화학적으로 다른 3가지 성분을 포함합니다: 헤테로고리 질소 염기, 단당류(5탄당) 및 인산 잔기. 분자 내 인산 잔기의 수에 따라 뉴클레오사이드 모노포스페이트(NMP), 뉴클레오사이드 디포스페이트(NDP) 및 뉴클레오사이드 트리포스페이트(NTP)가 구별됩니다(그림 4-1). 핵산의 구성에는 두 가지 유형의 질소 염기가 포함됩니다. 퓨린 - 아데닌(NS), 구아닌(G) 및 피리미딘 - 시토신(와 함께), 티민(티) 그리고 우라실(유). 염기의 원자 번호는 주기 내에 기록됩니다(그림 4-2). 뉴클레오티드의 오탄당은 리보스(RNA의 일부) 또는 데옥시리보스(DNA의 일부)로 표시됩니다. 오탄당의 원자 수와 염기의 원자 수를 구별하기 위해 주기 외부에서 기록하고 획(") - 1", 2", 3", 4 "및 5"를 추가합니다. 번호로 이동합니다(그림 4-3). Pentose는 베이스에 연결 N-글리코시드 결합,오탄당(리보스 또는 데옥시리보스)의 C 1 -원자와 피리미딘의 N 1 -원자 또는 퓨린의 N 9 -원자에 의해 형성됩니다(그림 4-4). 오탄당이 리보스로 대표되는 뉴클레오타이드를 리보뉴클레오타이드라고 하고, 리보뉴클레오타이드로 구성된 핵산을 리보핵산 또는 RNA라고 합니다. 데옥시리보스를 포함하는 단량체를 포함하는 핵산을 데옥시리보핵산 또는 DNA라고 합니다. 구조의 핵산은 다음과 같이 분류됩니다.
쌀. 4-1. 아데노신의 뉴클레오사이드 모노-, 디- 및 트리포스페이트.뉴클레오타이드는 뉴클레오사이드의 인 에스테르입니다. 나머지 인산은 오탄당(5"-포스포에테르 결합)의 5"-탄소 원자에 부착됩니다.
쌀. 4-2. 퓨린 및 피리미딘 염기.
쌀. 4-3. 오탄당. RNA 뉴클레오티드의 일부인 β-D-리보스와 DNA 뉴클레오티드의 일부인 β-D-2-데옥시리보스의 두 가지 유형이 있습니다.
선형 중합체의 종류. 핵산 백본은 분자의 전체 길이를 따라 동일한 구조를 가지며 교대 그룹인 오탄당-인산-오탄당으로 구성됩니다(그림 4-5). 폴리뉴클레오티드 사슬의 가변 그룹은 질소 염기(퓨린 및 피리미딘)입니다. RNA 분자에는 아데닌(A), 우라실(U), 구아닌(G) 및 시토신(C), DNA - 아데닌(A), 티민(T), 구아닌(G) 및 시토신(C)이 포함됩니다. DNA 및 RNA 분자의 구조 및 기능적 개성의 고유성은 폴리뉴클레오티드 사슬의 질소 염기 서열인 1차 구조에 의해 결정됩니다.
쌀. 4-4. 퓨린 및 피리미딘 뉴클레오티드.
쌀. 4-5. DNA 사슬의 조각.
B. 디옥시리보핵산(DNA)의 구조
DNA의 1차 구조 -폴리뉴클레오티드 사슬에서 데옥시리보뉴클레오사이드 모노포스페이트(dNMP)의 교대 순서. 분자의 5" 말단에 있는 인 잔기를 제외하고 폴리뉴클레오타이드 사슬의 각 포스페이트 그룹은 2개의 인접한 데옥시리보스의 3" 및 5" 탄소 원자가 참여하여 2개의 에테르 결합 형성에 참여합니다. 단량체 사이의 결합은 3", 5"로 지정됩니다. DNA의 말단 뉴클레오티드는 구조에 따라 구별됩니다. 사슬의 5" 말단에 인산기가 있고 3" 말단에 유리 OH기가 있습니다. 이 말단을 5 "- 및 3" 말단이라고 합니다. 폴리머 DNA 사슬에서 데옥시리보뉴클레오티드의 선형 서열은 일반적으로 5"-에서 3"-말단으로 -AGCTTACA-와 같이 한 글자 코드를 사용하여 축약됩니다.
각 핵산 단량체는 인산 잔기를 포함합니다. pH 7에서 인산염 그룹은 완전히 이온화되므로 생체 내핵산은 다중음이온으로 존재합니다(여러 음전하를 가짐). 오탄당 잔기는 또한 친수성을 나타냅니다. 질소 염기는 물에 거의 녹지 않지만 퓨린과 피리미딘 고리의 일부 원자는 다음을 형성할 수 있습니다. 수소 결합.
DNA의 2차 구조. 1953년 J. Watson과 F. Crick은 DNA의 공간 구조 모델을 제안했습니다. 이 모델에 따르면, DNA 분자는 공통 축을 중심으로 서로에 대해 꼬인 두 개의 폴리뉴클레오티드 사슬에 의해 형성된 나선 모양을 가지고 있습니다. 이중 나선 오른 손잡이,폴리뉴클레오티드 사슬 역평행(그림 4-6), 즉. 그 중 하나가 3 "→ 5"방향으로 향하면 다른 하나는 5 "→ 3"방향입니다. 따라서 각 끝에서
쌀. 4-6. DNA의 이중 나선.
DNA 분자는 상보적인 뉴클레오티드 서열을 가진 두 개의 역평행 가닥으로 구성됩니다. 사슬은 오른쪽 나선에서 서로에 대해 꼬여 있어서 회전당 약 10개의 뉴클레오티드 쌍이 있습니다. DNA 사슬의 모든 염기는 이중 나선 내부에 있고 오탄당 인산 골격은 외부에 있습니다. 폴리뉴클레오티드 사슬은 상보적인 퓨린과 피리미딘 질소 염기 A와 T(2개의 결합) 및 G와 C(3개의 결합) 사이의 수소 결합으로 인해 서로에 대해 유지됩니다(그림 4-7). 이 조합으로 각 쌍은 세 개의 고리를 포함하므로 이러한 염기쌍의 총 크기는 분자의 전체 길이를 따라 동일합니다.
쌀. 4-7. DNA의 퓨린-피리미딘 염기쌍.
한 쌍의 다른 염기 조합에 대한 수소 결합이 가능하지만 훨씬 약합니다. 한 가닥의 염기서열은 두 번째 가닥의 염기서열과 완전히 상보적이다. 따라서 Chargaff의 법칙(1951년 Erwin Chargaff가 DNA 분자에서 퓨린과 피리미딘 염기의 비율에 패턴을 확립함)에 따르면 퓨린 염기의 수(A + G)는 피리미딘 염기의 수(T + C)와 같습니다. . 보완적인 기초는 나선의 핵심에 쌓여 있습니다. 스택에 있는 이중 가닥 분자의 염기 사이, 소수성 상호 작용,이중 나선 안정화.
이 구조는 질소 잔류물과 물의 접촉을 배제하지만 베이스 스택은 절대적으로 수직일 수 없습니다. 염기쌍은 서로 약간 오프셋되어 있습니다. 형성된 구조에서 두 개의 홈이 구별됩니다. 큰 홈은 2.2nm 너비이고 작은 홈은 너비가 1.2nm입니다. 주요 및 보조 홈 영역의 질소 염기는 염색질 구조의 구성에 관여하는 특정 단백질과 상호 작용합니다.
DNA 3차 구조(DNA 슈퍼코일링)각 DNA 분자는 별도의 염색체에 포장되어 있습니다. 인간 이배체 세포에는 46개의 염색체.세포의 모든 염색체 DNA의 총 길이는 1.74m이지만 직경이 수백만 배 작은 핵에 포장되어 있습니다. 세포의 핵에 DNA를 위치시키기 위해서는 매우 조밀한 구조가 형성되어야 합니다. DNA 압축 및 슈퍼코일링은 DNA 구조의 특정 서열과 상호작용하는 다양한 단백질을 사용하여 수행됩니다. 진핵생물 DNA에 결합하는 모든 단백질은 두 그룹으로 나눌 수 있습니다. hisgon 및 비-히스톤 단백질.세포의 핵 DNA와 단백질의 복합체를 염색질이라고 합니다.
히스톤- 많은 아르기닌 및 라이신 잔기를 포함하는 11-21 kDa의 분자량을 갖는 단백질. 양전하로 인해 히스톤은 DNA 이중 나선 외부에 위치한 음전하를 띤 인산염 그룹과 이온 결합을 형성합니다. 히스톤에는 5가지 종류가 있습니다. 4개의 히스톤 Н2А, Н2В, НЗ 및 Н4는 8량체 단백질 복합체(Н2А, Н2В, НЗ, Н4) 2를 형성하며, 이는 뉴클레오솜 코어(영어에서. 뉴클레오솜 코어). DNA 분자는 히스톤 팔량체의 표면에 "감겨져" 있어 1.75바퀴(약 146개 염기쌍)를 만듭니다. 이러한 히스톤 단백질과 DNA의 복합체는 염색질의 주요 구조 단위 역할을 하며, 이를 "뉴클레오솜".뉴클레오솜 입자에 결합하는 DNA를 링커 DNA라고 합니다. 평균 링커 DNA는 60개 염기쌍입니다. 히스톤 H1 분자는 뉴클레오솜 사이 영역(링커 서열)에서 DNA에 결합하고 이 영역을 뉴클레아제로부터 보호합니다(그림 4-8).
쌀. 4-8. 뉴클레오솜 구조.
8개의 히스톤 분자(Н2А, Н2В, НЗ, Н4) 2 는 뉴클레오솜 핵을 구성하고, 그 주위에서 DNA가 약 1.75 회전을 형성합니다. DNA. 라이신, 아르기닌 및 히스톤의 말단 아미노 그룹의 아미노산 잔기는 아세틸화, 인산화, 메틸화 또는 단백질 유비퀴틴(비히스톤 단백질)과 상호작용하여 변형될 수 있습니다. 변형은 가역적이고 비가역적이며, 히스톤의 전하와 형태를 변화시키며, 이는 히스톤과 DNA 간의 상호작용에 영향을 미칩니다. 변형을 담당하는 효소의 활성은 조절되며 세포 주기의 단계에 따라 다릅니다. 수정은 염색질의 구조적 재배열을 가능하게 합니다.
비 히스톤 염색질 단백질.진핵 세포의 핵에는 수백 가지의 가장 다양한 DNA 결합 비히스톤 단백질이 포함되어 있습니다. 각 단백질은 특정 DNA 염기서열과 상보적입니다. (DNA 사이트).이 그룹에는 "징크 핑거" 유형의 부위 특이적 단백질 패밀리가 포함됩니다(섹션 1 참조). 각 징크 핑거는 5개의 뉴클레오티드 쌍으로 구성된 특정 부위를 인식합니다. 부위 특이적 단백질의 또 다른 패밀리는 동종이량체입니다. DNA와 접촉하는 그러한 단백질의 단편은 나선-회전-나선 구조를 가지고 있습니다(섹션 1 참조). 염색질과 지속적으로 결합하는 구조 및 조절 단백질 그룹에는 이동성이 높은 단백질이 포함됩니다. HMG 단백질- 영어로부터, 높은 이동성 젤 단백질). 분자량이 30kDa 미만이고 하전된 아미노산 함량이 높은 것이 특징입니다. HMG 단백질은 분자량이 낮기 때문에 폴리아크릴아미드 겔 전기영동 동안 이동성이 높습니다. 복제, 전사 및 복구 효소도 비히스톤 단백질에 속합니다. DNA 및 RNA 합성에 관여하는 구조적 조절 단백질 및 효소의 참여로 뉴클레오솜 가닥은 단백질과 DNA의 고도로 축합된 복합체로 전환됩니다. 결과 구조는 원래 DNA 분자보다 10,000배 더 짧습니다.
기사의 내용
핵산- 개별 생물체에 대한 모든 정보를 저장하고 성장 및 발달을 결정하며 다음 세대로 전달되는 유전적 특성을 결정하는 생물학적 고분자 분자. 핵산은 모든 식물 및 동물 유기체의 세포 핵에서 발견되어 이름(위도 . 핵 - 핵심).
핵산의 고분자 사슬의 구성.
핵산의 고분자 사슬은 인산 H 3 PO 3 의 단편과 푸란 유도체인 헤테로고리 분자의 단편으로 구성되어 있습니다. 핵산에는 두 가지 유형만 있으며, 각각은 리보스 또는 데옥시리보스의 두 가지 유형의 헤테로사이클 중 하나를 기반으로 합니다(그림 1).
쌀. 1. 리보스와 디옥시리보스의 구조.
리보스의 이름(위도에서 . 갈비뼈 - 갈비뼈, 종이 클립)에는 끝 부분이 있습니다 - oza는 설탕 종류 (예 : 포도당, 과당)에 속함을 나타냅니다. 두 번째 화합물에는 리보스에서 빨간색으로 표시된 OH기(옥시기)가 없습니다. 이와 관련하여, 3중 화합물은 데옥시리보스(deoxyribose), 즉 옥시기가 없는 리보스(ribose)라고 불린다.
리보스(ribose)와 인산(phosphoric acid)의 단편으로 구성된 폴리머 사슬은 핵산 중 하나인 리보핵산(RNA)의 기초입니다. 이 화합물의 이름에서 "산"이라는 용어는 인산의 산성 OH기 중 하나가 치환되지 않은 채로 남아 있어 전체 화합물에 약산성을 부여하기 때문에 사용됩니다. 리보스 대신에 데옥시리보스가 폴리머 사슬의 형성에 참여하면 데옥시리보핵산이 형성되어 잘 알려진 DNA 약어가 널리 받아들여집니다.
DNA 구조.
DNA 분자는 유기체의 성장과 발달의 출발점 역할을 합니다. 그림에서. 도 2는 두 가지 유형의 교대 출발 화합물이 어떻게 고분자 사슬로 결합되는지를 보여주며, 합성 방법이 표시되지 않고 DNA 분자의 조립에 대한 개략도가 표시됩니다.
최종 버전에서 폴리머 DNA 분자는 측면 프레임에 질소 함유 헤테로사이클을 포함합니다. 이러한 화합물의 4가지 유형이 DNA 형성에 관여하는데, 그 중 2개는 6원 고리이고 2개는 축합 고리로, 6원 고리가 5원 고리에 납땜되어 있습니다(그림 3).
쌀. 삼. 질소 함유 이종고리의 구조 DNA를 구성하는
조립의 두 번째 단계에서 위에 표시된 질소 함유 헤테로사이클릭 화합물은 데옥시리보스의 유리 OH 그룹에 부착되어 폴리머 사슬에 측면 펜던트를 형성합니다(그림 4).
중합체 사슬에 부착된 아데닌, 티민, 구아닌 및 시토신 분자는 출발 화합물 이름의 첫 글자로 표시됩니다. 즉, NS, NS, NS그리고 씨.
고분자 DNA 사슬 자체에는 특정 방향이 있습니다. 정신적으로 분자를 따라 정방향 및 역방향으로 이동할 때 사슬을 구성하는 동일한 그룹이 다른 순서로 만납니다. 한 인 원자에서 다른 인 원자로 한 방향으로 이동할 때 먼저 CH 2 그룹이 경로를 따라 이동한 다음 두 개의 CH 그룹(산소 원자는 무시할 수 있음)을 반대 방향으로 이동할 때 이러한 그룹의 순서가 반대로 됩니다. (그림 5) ...
쌀. 5. DNA 고분자 사슬의 방향성... 부착된 헤테로사이클이 교대하는 순서를 설명할 때 순방향, 즉 CH 2 그룹에서 CH 그룹으로의 방향을 사용하는 것이 일반적입니다.
"사슬 방향"이라는 개념은 두 개의 DNA 가닥이 결합될 때 어떻게 위치하는지 이해하는 데 도움이 되며 또한 단백질 합성과 직접적인 관련이 있습니다.
다음 단계에서 두 개의 DNA 분자가 결합되어 사슬의 시작과 끝이 반대 방향으로 향하도록 배치됩니다. 이 경우 두 사슬의 헤테로고리가 서로 마주보고 특정 최적의 위치에 위치하는 것으로 판명되었습니다. 즉, 수소 결합이 C = O와 NH 2 기의 쌍뿐만 아니라 N과 NH 사이에서 발생함을 의미합니다 =, 이는 헤테로사이클( 센티미터... 수소 결합). 그림에서. 도 6은 두 사슬이 서로에 대해 어떻게 위치하는지와 헤테로사이클 사이에 수소 결합이 어떻게 발생하는지를 보여줍니다. 가장 중요한 세부 사항은 수소 결합 쌍이 엄격하게 정의된다는 것입니다. NS항상 상호 작용 NS그리고 조각 NS- 항상 함께 씨... 이 그룹의 엄격하게 정의된 기하학은 이러한 쌍이 서로 매우 가깝다는 사실로 이어집니다(자물쇠의 열쇠처럼). 에두 개의 수소 결합으로 묶인 쌍 G-C- 세 개의 링크.
수소 결합은 일반 원자가 결합보다 눈에 띄게 약하지만 전체 중합체 분자를 따라 많은 수로 인해 두 사슬의 연결이 상당히 강해집니다. DNA 분자에는 수만 개의 그룹이 포함되어 있습니다. NS, NS, NS그리고 씨하나의 고분자 분자 내에서의 교번 순서는 다를 수 있습니다. 예를 들어 사슬의 특정 부분에서 순서는 다음과 같을 수 있습니다. NS-NS-NS-NS-씨-NS-NS-NS-. 상호 작용 그룹이 엄격하게 정의되어 있기 때문에 두 번째 폴리머 분자의 반대 위치에는 반드시 순서가 있습니다. NS-NS-NS-씨-NS-씨-NS-NS-. 따라서 한 사슬에서 헤테로고리의 배열 순서를 알면 다른 사슬에서 배열을 나타낼 수 있습니다. 이 대응으로부터 배가 된 DNA 분자의 총 그룹 수는 다음과 같습니다. NS그룹 수와 동일 NS, 그룹 수 NS- 수량 씨(E. Chargaff의 법칙).
두 개의 수소 결합 DNA 분자가 그림 1에 나와 있습니다. 5는 두 개의 납작한 사슬 형태로 되어 있지만 실제로는 다른 방식으로 배열되어 있습니다. 결합 각도와 수축하는 수소 상호 작용에 의해 결정되는 모든 결합 공간의 실제 방향은 중합체 사슬의 특정 굽힘과 복소환 평면의 회전으로 이어지며, 이는 그림 1의 첫 번째 비디오 조각에 대략적으로 표시됩니다. 7 구조식을 사용합니다. 훨씬 더 정확하게, 전체 공간 구조는 체적 모델의 도움으로만 전달될 수 있습니다(그림 7, 두 번째 비디오 조각). 이 경우 복잡한 그림이 나오므로 단순화된 이미지를 사용하는 것이 일반적이며, 이는 핵산이나 핵산의 구조를 묘사할 때 특히 널리 사용됩니다. 단백질... 핵산의 경우 고분자 사슬이 납작한 리본 형태로 나타나며, 헤테로고리기 NS, NS, NS그리고 씨- 측면 막대 또는 다른 색상을 가진 단순 원자가 선의 형태로, 또는 끝에 해당 헤테로사이클의 문자 지정을 포함합니다(그림 7, 세 번째 비디오 조각).
수직축을 중심으로 전체 구조가 회전하는 동안(그림 8), 두 개의 고분자 분자의 나선형 모양이 명확하게 보입니다. 즉, 실린더 표면에 감겨 있는 것이 잘 알려진 이중 DNA의 나선.
이러한 단순화된 이미지로 주요 정보는 사라지지 않습니다 - 그룹화 교대 순서 NS, NS, NS그리고 씨, 각 생물체의 개성을 결정짓는 모든 정보는 4글자의 코드로 기록됩니다.
폴리머 사슬의 구조와 네 가지 유형의 헤테로 사이클의 필수 존재는 살아있는 세계의 모든 대표자에게 동일합니다. 모든 동물과 고등 식물에는 쌍의 수가 있습니다. NS – NS항상 쌍보다 약간 더 NS – 씨... 포유류 DNA와 식물 DNA의 차이점은 포유류에는 한 쌍의 DNA가 있다는 것입니다. NS – NS체인의 전체 길이를 따라 쌍보다 약간 더 자주(약 1.2배) 발생합니다. NS – 씨... 식물의 경우 첫 번째 쌍에 대한 선호도가 훨씬 더 두드러집니다(약 1.6배).
DNA는 오늘날 알려진 가장 큰 고분자 분자 중 하나이며, 일부 유기체에서 DNA의 고분자 사슬은 수억 개의 연결로 구성됩니다. 이러한 분자의 길이는 수 센티미터에 이르며 이는 분자 물체에 매우 큰 값입니다. 때문에 분자의 단면적은 2nm(1nm = 10-9m)에 불과하며 그 비율은 수십 킬로미터 길이의 철도 레일과 비교할 수 있습니다.
DNA의 화학적 성질.
물에서 DNA는 점성 용액을 형성하며, 이러한 용액이 60°C 또는 알칼리 작용 하에 가열되면 이중 나선이 두 개의 구성 사슬로 분해되어 초기 조건으로 돌아가면 다시 합쳐질 수 있습니다. 약산성 조건에서 가수분해가 일어나 결과적으로 단편 -PO-CH 2 -가 부분적으로 절단되어 각각 -P-OH 및 HO-CH 2 단편이 형성되어 결과적으로 단량체, 이량체(이중) 또는 DNA 가닥이 조립되는 연결인 삼량체(삼중) 산이 형성됩니다(그림 9).
쌀. 아홉. DNA를 소화하여 얻은 단편.
더 깊은 가수분해를 통해 인산에서 디옥시리보스 부위를 분리할 수 있을 뿐만 아니라 그룹화할 수 있습니다. NS디옥시리보스로부터, 즉 DNA 분자를 구성 성분으로 더 자세히 분해하기 위해. 강산의 작용(-P(O) -O-CH 2 - 단편의 붕해 이외에) 하에, 기 NS그리고 NS... 다른 시약(예: 히드라진)의 작용으로 그룹을 분리할 수 있습니다. NS그리고 씨... 구성 요소로의 DNA의보다 섬세한 절단은 생물학적 제제-췌장에서 분비되는 데옥시리보뉴클레아제를 사용하여 수행됩니다. 아자항상이 물질이 생물학적 기원의 촉매-효소임을 나타냅니다. 제목의 첫 부분 - 데옥시리보뉴클레아제- 이 효소에 의해 절단되는 화합물을 나타냅니다. 이러한 모든 DNA 절단 방법은 우선 구성에 대한 자세한 분석에 중점을 둡니다.
DNA 분자에 포함된 가장 중요한 정보는 그룹의 순서입니다. NS, NS, NS그리고 씨, 특별히 개발된 기술을 사용하여 얻습니다. 이를 위해 DNA 분자에서 엄격하게 정의된 서열을 찾는 광범위한 효소가 만들어졌습니다. 예를 들어, 씨-NS-NS-씨-NS-NS(또한 반대쪽 체인의 해당 시퀀스 NS-NS-씨-NS-NS-씨) 체인에서 분리합니다. 이 성질은 효소 Pst I (상품명, 그것은 그 미생물의 이름에서 형성됩니다 NS로비덴시아 성이 효소가 얻어지는 uartii). 다른 효소 Pal I를 사용할 때 서열을 찾을 수 있습니다. NS-NS-씨-씨... 또한, 이전에 개발된 방식에 따라 다양한 효소의 작용으로 얻은 결과를 비교하여 특정 DNA 부위에서 이러한 그룹의 서열을 결정할 수 있습니다. 이제 이러한 기술은 널리 사용되는 단계에 이르렀으며, 예를 들어 생물체의 유골을 확인하거나 친족 정도를 설정하는 등 과학적 생화학적 연구와는 거리가 먼 다양한 분야에서 사용됩니다.
RNA 구조
여러 면에서 DNA와 유사하지만 차이점은 주쇄에서 인산 단편이 데옥시리보스가 아닌 리보스와 번갈아 나타난다는 것입니다(그림). 두 번째 차이점은 헤테로사이클 우라실( 가지다) 대신 티민( NS), 기타 헤테로사이클 NS, NS그리고 씨 DNA와 동일하다. Uracil은 그림 1에서 고리에 부착된 메틸기가 없다는 점에서 티민과 다릅니다. 10 이 메틸 그룹은 빨간색으로 강조 표시됩니다.
쌀. 십. 우라실과 티민의 차이점- 티민에서 빨간색으로 강조 표시된 메틸 그룹의 두 번째 화합물이 없습니다.
RNA 분자의 단편이 그림 1에 나와 있습니다. 11, 그룹화 순서 NS, 가지다, NS그리고 씨, 양적 비율뿐만 아니라 다를 수 있습니다.
그림 11. RNA 분자의 단편... DNA와의 주요 차이점은 리보스(빨간색)와 우라실 조각(파란색)에 OH기가 있다는 것입니다.
RNA의 고분자 사슬은 DNA보다 10배 정도 짧다. 추가 차이점은 RNA 분자는 두 분자로 구성된 이중 나선으로 결합하지 않고 일반적으로 단일 분자의 형태로 존재하며 일부 영역에서는 선형 영역과 교대로 이중 나선 나선 단편을 자체적으로 형성할 수 있다는 것입니다. 나선형 섹션에서 쌍의 상호 작용은 DNA에서와 같이 엄격하게 관찰됩니다. 수소 결합으로 연결되어 나선을 형성하는 쌍( NS-가지다그리고 NS-씨), 그룹 배열이 그러한 상호 작용에 유리한 것으로 판명 된 영역에서 발생합니다 (그림 12).
대다수의 살아있는 유기체에 대해 쌍의 양적 내용 NS-가지다이상 NS-씨, 포유류에서는 1.5-1.6배, 식물에서는 1.2배. 살아있는 유기체에서 역할이 다른 여러 유형의 RNA가 있습니다.
RNA의 화학적 성질
DNA의 특성과 유사하지만 리보스에 추가 OH기가 존재하고 안정화된 나선 영역의 함량이 낮기 때문에(DNA와 비교하여) RNA 분자가 화학적으로 더 취약합니다. 산 또는 알칼리의 작용하에 고분자 사슬 P(O)-O-CH 2의 주요 단편은 쉽게 가수분해되며, NS, 가지다, NS그리고 씨더 쉽게 헤어집니다. 화학적으로 결합된 헤테로고리를 보존하면서 단량체 단편(그림 9와 유사)을 얻을 필요가 있는 경우 리본쿨라아제라고 하는 섬세하게 작용하는 효소가 사용됩니다.
단백질 합성에서 DNA와 RNA의 참여
핵산의 주요 기능 중 하나입니다. 단백질은 모든 살아있는 유기체의 필수 구성 요소입니다. 포유류의 근육, 내장, 뼈 조직, 피부 및 모발은 단백질... 이들은 다양한 아미노산에서 살아있는 유기체에 수집되는 고분자 화합물입니다. 이러한 조립에서 핵산은 제어 역할을 하며, 이 과정은 두 단계로 진행되며 각 단계에서 결정 요소는 질소 함유 DNA와 RNA 헤테로사이클의 상호 방향입니다.
DNA의 주요 임무는 기록된 정보를 저장하고 단백질 합성이 시작되는 순간에 제공하는 것입니다. 이와 관련하여 RNA에 비해 DNA의 화학적 안정성이 증가한 것은 이해할 수 있습니다. 자연은 기본 정보를 최대한 그대로 유지하기 위해 세심한 주의를 기울였습니다.
첫 번째 단계에서 이중 나선의 일부가 열리고 해제 된 가지가 분기되고 그룹으로 NS, NS, NS그리고 씨그것이 가능해지면 전령 RNA라고 불리는 RNA 합성이 시작되는데, 이는 매트릭스의 사본처럼 DNA의 열린 부분에 기록된 정보를 정확하게 재생하기 때문입니다. 그룹 반대 NS DNA 분자에 속하는 그룹을 포함하는 미래 메신저 RNA의 단편이 있습니다. 가지다, 다른 모든 그룹은 DNA 이중 나선이 형성되는 동안 발생하는 방식과 정확히 일치하여 서로 반대편에 위치합니다(그림 13).
이 방식에 따르면 수천 개의 단량체 단위를 포함하는 고분자 전령 RNA 분자가 형성됩니다.
두 번째 단계에서 매트릭스 DNA는 세포 핵에서 핵 주위 공간인 세포질로 이동합니다. 다양한 아미노산을 운반(수송)하는 소위 수송 RNA는 생성되는 메신저 RNA에 적합합니다. 특정 아미노산이 적재된 각 수송 RNA는 메신저 RNA의 엄밀히 결정된 영역에 접근하고 동일한 그룹 대응 원리를 사용하여 원하는 위치를 찾습니다. NS
중요한 세부 사항은 메신저와 수송 RNA의 시간적 상호 작용이 세 그룹, 예를 들어 트라이어드를 통과한다는 것입니다. 씨-씨-가지다매트릭스 산, 해당 삼중항만 NS-NS-NS확실히 아미노산 글리신을 운반하는 수송 RNA(그림 14). 트라이어드도 마찬가지로 NS-NS-가지다세트만 더 가까이 올 수 있어 씨-가지다-NS아미노산 류신만 운반. 따라서 메신저 RNA에서 그룹의 순서는 아미노산이 연결되어야 하는 순서를 나타냅니다. 또한 시스템에는 암호화된 추가 규제 규칙이 포함되어 있습니다. 세 그룹의 메신저 RNA의 일부 시퀀스는 단백질 합성이 이 지점에서 중지되어야 함을 나타냅니다. 분자가 필요한 길이에 도달했습니다.
그림에 나와 있습니다. 14 단백질 합성은 세 번째 유형의 RNA 산의 참여로 이루어지며 리보솜의 일부이므로 리보솜이라고합니다. 리보솜 RNA의 특정 단백질들의 앙상블인 리보솜은 메신저와 수송 RNA 사이의 상호작용을 제공하여 두 아미노산의 연결이 일어난 후 메신저 RNA를 한 단계 이동시키는 컨베이어 벨트의 역할을 한다.
그림에 표시된 2 단계 계획의 요점. 도 13 및 14는 단백질 분자의 고분자 사슬이 다양한 아미노산으로부터 계획된 순서로 그리고 특정 DNA 단편에 코딩된 형태로 기록된 계획에 따라 엄격하게 조립된다는 사실로 구성된다. 따라서 DNA는 이 전체 프로그램된 프로세스의 시작점입니다.
중요한 활동의 과정에서 단백질은 끊임없이 소비되므로 설명 된 계획에 따라 정기적으로 재생됩니다. 수백 개의 아미노산으로 구성된 단백질 분자의 전체 합성은 약 1 분 이내에 살아있는 유기체에서 발생합니다.
핵산에 대한 최초의 연구는 19세기 후반에 이루어졌으며, 생명체에 대한 모든 정보가 DNA에 암호화되어 있다는 이해는 20세기 중반에 이르러 DNA의 이중 나선 구조가 확립되었습니다. 1953년 J. Watson과 F. Crick이 데이터 X선 구조 분석을 기반으로 하여 20세기 최대의 과학적 성과로 인정받고 있습니다. 20세기 70년대 중반. 핵산의 상세한 구조를 해독하는 방법이 등장하고, 그 지시 합성 방법이 개발되었다. 오늘날 핵산의 참여로 살아있는 유기체에서 발생하는 모든 과정과는 거리가 멀고 오늘날 가장 집중적으로 발전하는 과학 분야 중 하나입니다.
미하일 레비츠키
