DNA의 화학 구조. DNA 연구: DNA의 구조, 구조, 기능. 유전자 코드를 읽는 방법

DNA의 구조와 기능

DNA- 단량체가 데옥시리보뉴클레오티드인 중합체. 이중 나선 형태의 DNA 분자의 공간 구조 모델은 1953년에 제안되었습니다. J. Watson과 F. Crick(이 모델을 구축하기 위해 그들은 M. Wilkins, R. Franklin, E. Chargaff의 작업을 사용했습니다).

DNA 분자두 개의 폴리뉴클레오타이드 사슬에 의해 형성되고 서로 나선형으로 꼬이고 가상의 축 ᴛ.ᴇ을 중심으로 함께 꼬입니다. 이중 나선입니다(예외 - 일부 DNA 함유 바이러스에는 단일 가닥 DNA가 있음). DNA 이중 나선의 직경은 2 nm이고 인접한 뉴클레오티드 사이의 거리는 0.34 nm이며 나선의 회전당 10개의 염기쌍이 있습니다. 분자의 길이는 몇 센티미터에 이릅니다. 분자량 - 수천만 및 수억. 인간 세포핵에서 DNA의 총 길이는 약 2m이며, 진핵 세포에서 DNA는 단백질과 복합체를 형성하고 특정 공간적 구조를 갖는다.

DNA 단량체 - 뉴클레오티드(데옥시리보뉴클레오티드)- 1) 질소 염기, 2) 5탄당 단당류(5탄당) 및 3) 인산의 세 가지 물질의 잔기로 구성됩니다. 핵산의 질소 염기는 피리미딘과 퓨린 계열에 속합니다. DNA의 피리미딘 염기(분자에 하나의 고리가 있음) - 티민, 시토신. 퓨린 염기(두 개의 고리가 있음) - 아데닌과 구아닌.

DNA 뉴클레오티드의 단당류는 데옥시리보스로 표시됩니다.

염기의 이름은 해당 염기의 이름에서 파생됩니다. 뉴클레오티드 및 질소 염기는 대문자로 표시됩니다.

폴리뉴클레오티드 사슬은 뉴클레오티드 축합 반응의 결과로 형성됩니다. 이 경우, 한 뉴클레오티드의 데옥시리보스 잔기의 3"-탄소와 다른 뉴클레오티드의 인산 잔기 사이에, 포스포에테르 결합(강한 공유 결합의 범주에 속함). 폴리뉴클레오티드 사슬의 한쪽 끝은 5"탄소(5"말단이라고 함)로 끝나고 다른 쪽 끝은 3"탄소(3" 끝)로 끝납니다.

뉴클레오티드의 한 사슬에 대해 두 번째 사슬이 있습니다. 이 두 사슬의 뉴클레오티드 배열은 무작위가 아니지만 엄격하게 정의됩니다. 티민은 항상 다른 사슬의 한 사슬의 아데닌에 대해 위치하고 시토신은 항상 구아닌에 대해 위치하며 두 개의 수소 결합은 아데닌과 티민 사이, 구아닌과 시토신 사이에 발생합니다. - 3개의 수소 결합. 서로 다른 DNA 가닥의 염기가 엄밀하게 배열되어 있고(아데닌-티민, 구아닌-시토신) 선택적으로 서로 연결되어 있는 패턴을 통칭 상보성의 원리. J. Watson과 F. Crick은 E. Chargaff의 작품을 읽고 상보성의 원리를 이해하게 되었습니다. E. Chargaff는 다양한 유기체의 조직과 기관에 대한 수많은 샘플을 연구하여 모든 DNA 단편에서 구아닌 잔기의 함량이 항상 시토신의 함량과 정확히 일치하고 아데닌은 티민의 함량과 정확히 일치한다는 것을 발견했습니다. '샤가프 법칙') 그러나 그는 이 사실을 설명할 수 없었다.

상보성의 원리에 따르면 한 사슬의 뉴클레오티드 서열이 다른 사슬의 뉴클레오티드 서열을 결정합니다.

DNA 사슬은 역평행(반대), ᴛ.ᴇ입니다. 다른 사슬의 뉴클레오티드는 반대 방향에 위치하므로 한 사슬의 3"말단 반대편에 다른 사슬의 5"말단이 있습니다. DNA 분자는 때때로 나선형 계단에 비유됩니다. 이 사다리의 '난간'은 당-인산염 백본(데옥시리보스와 인산의 교대 잔기)입니다. 'steps' - 상보적인 질소 염기.

DNA의 기능- 유전 정보의 저장 및 전송.

DNA의 구조와 기능 - 개념과 유형. 2017년, 2018년 "DNA의 구조와 기능" 카테고리의 분류 및 특징.

PCR 진단법의 본질에 대한 자세한 이해를 위해서는 학교 생물학 과정으로 잠시 빠져들 필요가 있다.

학교 교과서에서도 우리는 디옥시리보핵산(DNA)이 지구상에 존재하는 모든 유기체의 유전 정보와 유전적 특성의 보편적인 운반체라는 것을 알고 있습니다. 유일한 예외는 바이러스와 같은 일부 미생물입니다. 유전 정보의 보편적 운반자는 RNA - 단일 가닥 리보 핵산입니다.

DNA 분자의 구조

DNA 분자의 발견은 1953년에 이루어졌습니다. Francis Crick과 James Watson은 DNA 이중 나선 구조를 발견했고, 그들의 연구는 이후 노벨상을 수상했습니다.

DNA는 나선으로 꼬인 이중 가닥입니다. 각 가닥은 순차적으로 연결된 뉴클레오티드의 "벽돌"로 구성됩니다. 각 DNA 뉴클레오티드는 4개의 질소 염기 중 하나를 포함합니다. 구아닌(G), 아데닌(A)(퓨린), 티민(T) 및 시토신(C)(피리미딘)은 데옥시리보스와 관련되어 있으며, 후자는 차례로 인산염 그룹이 첨부되어 있습니다. 그들 사이에 인접한 뉴클레오티드는 3'-히드록실(3'-OH)과 5'-인산기(5'-PO3)에 의해 형성된 포스포디에스테르 결합에 의해 사슬로 연결됩니다. 이 특성은 DNA의 극성, 즉 반대 방향, 즉 5'-및 3'-말단의 존재를 결정합니다. 한 가닥의 5'-말단은 두 번째 가닥의 3'-말단에 해당합니다.

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DNA 구조

DNA의 기본 구조는 사슬에서 DNA 뉴클레오티드의 선형 서열입니다. DNA 사슬의 뉴클레오티드 시퀀스는 DNA 문자 공식의 형태로 작성됩니다. 예를 들어 -AGTCATGCCAG, 레코드는 DNA 사슬의 5'-말단에서 3'-말단까지입니다.

DNA의 2차 구조는 뉴클레오타이드(대부분 질소성 염기)가 서로 상호작용하는 수소 결합으로 인해 형성됩니다. DNA의 2차 구조의 고전적인 예는 DNA 이중 나선입니다. DNA 이중 나선은 자연에서 가장 흔한 형태의 DNA로 두 개의 폴리뉴클레오티드 DNA 가닥으로 구성됩니다. 각각의 새로운 DNA 사슬의 구성은 상보성의 원리에 따라 수행됩니다. 즉, 한 DNA 사슬의 각 질소 염기는 다른 사슬의 엄격하게 정의된 염기에 해당합니다. 상보적 쌍에서 반대쪽 A는 T이고 반대쪽 G C 등이다.

DNA 합성. 복제

DNA의 고유한 특성은 복제(복제)하는 능력입니다. 자연에서 DNA 복제는 다음과 같이 발생합니다. 촉매(반응을 가속화하는 물질) 역할을 하는 특수 효소(자이라제)의 도움으로 나선은 복제(DNA의 배가 )가 발생해야 합니다. 또한 실을 묶는 수소 결합이 끊어지고 실이 갈라집니다.

새로운 사슬의 구성에서 특수 효소인 DNA 중합효소는 활성 "빌더" 역할을 합니다. DNA 복제는 또한 작은 이중 가닥 DNA 단편인 계층 블록 또는 "기초"가 필요합니다. 이 시작 블록 또는 오히려 부모 DNA 사슬의 상보적인 부분은 20-30개 뉴클레오티드의 단일 가닥 단편인 프라이머와 상호 작용합니다. DNA 복제 또는 복제는 두 가닥 모두에서 동시에 발생합니다. 두 개의 DNA 분자는 하나의 DNA 분자에서 형성되며, 한 가닥은 부모 DNA 분자에서 나오고 두 번째 가닥인 딸은 새로 합성됩니다.

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따라서 DNA 복제(배증) 과정에는 세 가지 주요 단계가 포함됩니다.

• DNA 나선 풀기 및 가닥 분리
• 프라이머 부착
• 딸 가닥의 새로운 DNA 가닥 형성

PCR 분석은 현대 과학자들이 인공적으로 재현할 수 있었던 DNA 복제의 원리인 DNA 합성을 기반으로 합니다. 실험실에서 의사는 DNA 배가를 유발하지만 전체 DNA 사슬이 아니라 작은 단편을 유발합니다.

DNA의 기능

인간의 DNA 분자는 유전 정보의 운반체이며 유전 코드를 사용하여 일련의 뉴클레오티드 형태로 작성됩니다. 위에서 설명한 DNA 복제의 결과로 DNA 유전자가 세대에서 세대로 전달됩니다.

DNA의 뉴클레오티드 서열 변화(돌연변이)는 신체의 유전적 장애를 유발할 수 있습니다.

DNA의 특성은 구조에 따라 결정됩니다.

1. 다양성- DNA 구성의 원리는 모든 유기체에 대해 동일합니다.

2. 특성- 질소 염기의 비율에 의해 결정됩니다. A + T,

이는 각 종에 고유합니다. 따라서 인간의 경우 1.35이고 박테리아의 경우 0.39입니다.

특이성은 다음에 따라 달라집니다.

뉴클레오타이드의 수

뉴클레오타이드의 종류

DNA 사슬의 뉴클레오티드 배열

2. 복제또는 DNA 자가 복제: DNA↔DNA. 세포 유기체의 유전 프로그램은 DNA의 염기 서열에 기록됩니다. 유기체의 고유한 특성을 보존하려면 다음 세대마다 이 서열을 정확하게 재현해야 합니다. 세포 분열 동안 DNA 함량은 두 배가 되어야 각 딸세포가 DNA의 전체 스펙트럼을 받을 수 있습니다. 분열하는 인간 체세포에서는 6.4 * 10 9 뉴클레오티드 쌍이 복사되어야 합니다. DNA 복제 과정을 복제라고 합니다. 복제는 매트릭스 합성의 반응을 나타냅니다. 복제하는 동안 DNA의 두 가닥 각각은 상보적(딸) 가닥의 형성을 위한 주형 역할을 합니다. 그것은 세포주기의 간기의 S-주기에서 진행됩니다. 복제 프로세스의 높은 신뢰성은 여러 세대에 걸쳐 유전 정보의 거의 오류 없는 전송을 보장합니다. S-기에서 DNA 합성의 시작 신호는 소위 S-인자(특정 단백질)입니다. 복제율과 진핵염색체의 길이를 알면 복제시간을 계산할 수 있는데 이론적으로는 며칠, 실제로 복제에는 6~12시간이 걸린다. 이것으로부터 진핵생물의 복제는 단일 DNA 분자의 여러 위치에서 동시에 시작됩니다.

복제 단위는 레플리콘입니다. 복제는 복제가 일어나는 DNA의 한 부분입니다.진핵생물의 간기 염색체당 레플리콘의 수는 100개 이상에 도달할 수 있습니다. 포유 동물 세포에는 인간의 경우 약 50,000 개의 레플리콘이있을 수 있습니다. 고정 사슬 성장률 (진핵 생물의 경우 - 초당 100 개의 뉴클레오티드)에서 다중 개시는 프로세스의 빠른 속도와 감소를 제공합니다 염색체의 확장된 부분을 복제하는 데 필요한 시간, 즉. 진핵생물에서 폴리레플리콘복제. (그림 21)

레플리콘은 복제를 가능하게 하는 모든 필수 유전자와 조절 서열을 포함합니다. 세포 분열 과정에서 각 레플리콘은 한 번 활성화됩니다. 복제는 시작 단계에서 제어됩니다. 배가 프로세스가 시작되면 전체 복제가 두 배가 될 때까지 계속됩니다.

원핵생물에서 모든 DNA는 하나의 복제물입니다.

그림 21. 진핵생물 염색체 DNA의 복제. 복제는 소포의 형성과 함께 다른 복제 기점(Ori)에서 두 방향으로 진행됩니다. "거품" 또는 "눈"은 복제되지 않은 DNA 내의 복제된 DNA 영역입니다. (A. S. Konichev, G. A. Sevastyanova, 2005, p. 213)

복제 과정에 관여하는 효소는 다중 효소 복합체로 결합됩니다.. 원핵생물에서는 15개의 효소가 DNA 복제에 관여하고 진핵생물에서는 30개 이상의 효소가 관여합니다. 복제는 매우 복잡하고 정밀한 다단계 효소 과정입니다. 효소 복합체에는 다음과 같은 효소가 포함됩니다.

1) DNA 중합효소(I, III)는 상보적 복제를 촉매합니다. 자식 사슬의 성장을 책임집니다. (그림 22) 원핵생물은 초당 1000개 뉴클레오티드의 속도로 복제하고 진핵생물은 초당 100개 뉴클레오티드의 속도로 복제합니다. 진핵생물의 합성 속도 감소는 히스톤 단백질의 해리 장애와 관련이 있으며, 히스톤 단백질은 DNA 가닥을 따라 복제 분기점에 있는 DNA 중합효소를 이동시키기 위해 제거해야 합니다.

2) DNA - 프라이머. DNA 중합효소는 기존 뉴클레오티드를 연결하여 폴리뉴클레오티드 사슬을 늘릴 수 있습니다. 따라서 DNA 중합효소가 DNA 합성을 시작하려면 시드 또는 프라이머(영어 프라이머 - 시드)가 필요합니다. DNA-primase는 그러한 프라이머를 합성한 다음 DNA 세그먼트로 대체됩니다. (그림 22).

3) DNA - 리가아제는 포스포디에스테르 결합의 형성으로 인해 오카자키 단편을 서로 연결합니다.

4) DNA - 헬리카제는 DNA 나선을 풀고 그들 사이의 수소 결합을 끊습니다. 결과적으로 두 개의 단일 다방향 DNA 가지가 형성됩니다(그림 22).

5) SSB - 단백질은 단일 가닥 DNA에 결합하여 이를 안정화합니다. 그들은 보완적인 페어링을 위한 조건을 만듭니다.

DNA 복제는 분자의 임의의 지점에서 시작되지 않고 복제 기점(Ori)의 영역(지점)이라고 하는 특정 위치에서 시작됩니다. 그들은 사슬의 분리를 용이하게 하는 특정 뉴클레오티드 서열을 가지고 있습니다(그림 21). Ori 지점에서 복제가 시작된 결과, 모체 DNA 가닥의 분리 부위인 하나 또는 두 개의 복제 분기가 형성됩니다. 복제 과정은 DNA가 완전히 복제되거나 두 개의 인접한 복제 기점의 복제 분기가 병합될 때까지 계속됩니다. 진핵생물의 복제 기점은 염색체를 따라 20,000 염기쌍과 같은 거리에 흩어져 있습니다(그림 21).

그림 22. DNA 복제(텍스트 설명). (B. Alberts et al., 1994, vol. 2, p. 82)

효소 - 헬리케이스– 수소 결합을 끊습니다. 이중 가닥을 풀어서 반대 방향으로 향하는 두 개의 DNA 가지를 형성합니다(그림 22). 단일 가닥 영역은 특수 요소로 연결됩니다. SSB 단백질, 각 상위 체인의 외부에 정렬되어 분리됩니다. 이것은 상보적 뉴클레오티드에 결합하는 데 질소 염기를 사용할 수 있게 합니다. 이러한 점에서 DNA 복제 방향으로 가지가 있는 것은 효소 DNA 중합효소로 이 과정을 촉매하고 상보적 합성의 정확도를 제어합니다. 이 효소의 작업의 특징은 단방향성입니다. 건설 DNA의 딸 가닥에서 방향으로 간다 5" 끝내다 3" . 한 부모 가닥에서 딸 DNA 합성이 진행됩니다. 계속해서(리딩 체인). 그녀는 성장 5"에서 3"복제 포크의 이동 방향으로 끝나므로 한 번의 시작 동작만 필요합니다. 다른 부모 사슬에서 딸 사슬의 합성은 보통의 짧은 단편 형태로 일어난다. 5" - 3" 극성 및 효소의 도움으로 - 리가제그들은 하나의 연속 지연 사슬로 가교됩니다. 따라서 지연 가닥의 합성에는 몇 가지 시작 단계(포인트)가 필요합니다.

이 합성 방법을 불연속 복제.지연 가닥에서 합성된 단편 영역은 발견자를 기리기 위해 단편으로 명명됩니다. 오카자키. 그들은 원핵 생물과 진핵 생물 모두에서 복제하는 모든 DNA에서 발견됩니다. 그들의 길이는 원핵생물에서 1000-2000개 뉴클레오티드, 진핵생물에서 100-200개 뉴클레오티드에 해당합니다. 따라서 복제의 결과 한 가닥은 모체이고 다른 가닥은 새로 합성되는 2개의 동일한 DNA 분자가 형성됩니다. 이러한 유형의 복제를 반 보수적.이러한 복제 방법의 가정은 J. Watson과 F. Crick에 의해 만들어졌으며 1958년에 증명되었습니다. 중. 메셀슨그리고 F. 스탈렘. 복제 후 염색질은 중심체로 결합된 2개의 분해된 DNA 분자 시스템입니다.

복제 과정에서 원핵생물과 진핵생물이 같은 빈도를 갖는 오류가 발생할 수 있습니다. 10 8 -10 10 뉴클레오티드 중 하나, 즉. 게놈당 평균 3개의 오류. 이것은 복제 프로세스의 높은 정확도와 조정의 증거입니다.

복제 오류는 DNA 중합효소 III("교정기 메커니즘") 또는 복구 시스템에 의해 수정됩니다.

2. 배상- 이것은 무결성을 복원하는 DNA의 속성입니다. 수리 손상. 왜곡되지 않은 형태로 유전 정보를 전달하는 것은 개별 유기체와 종 전체의 생존을 위한 가장 중요한 조건입니다. 대부분의 변화는 세포에 유해하며 돌연변이를 일으키거나 DNA 복제를 차단하거나 세포 사멸을 유발합니다. DNA는 자발적(복제 오류, 뉴클레오티드 구조의 파괴 등) 및 유도(UV 조사, 전리 방사선, 화학적 및 생물학적 돌연변이원) 환경 요인에 지속적으로 노출됩니다. 진화 과정에서 DNA 위반을 수정할 수있는 시스템이 개발되었습니다. DNA 복구 시스템. 그 활동의 결과로, 1000개의 DNA 손상마다 단 하나만 돌연변이가 발생합니다. 손상은 정상적인 이중 가닥 구조에서 벗어나는 DNA의 모든 변화입니다.

1) 단일 가닥 파손의 출현;

2) 염기 중 하나를 제거하여 그 상동체가 짝을 이루지 않은 상태로 유지됩니다.

3) 상보적 쌍의 한 염기를 파트너 염기와 잘못 쌍을 이루는 다른 염기로 교체;

4) 한 DNA 사슬의 염기 사이 또는 반대 사슬의 염기 사이에 공유 결합의 출현.

복구는 DNA 이중화 전(복제 전 복구)과 DNA 이중화 후(복제 후)에 발생할 수 있습니다. 돌연변이원의 성질과 세포 내 DNA 손상 정도에 따라 빛(광반응), 어둠, SOS-복구 등이 있다.

라고 생각해 광활성화 DNA 손상이 자연적 조건(생물체의 생리적 특성, 자외선을 포함한 일반적인 환경 요인)에 의해 유발된 경우 세포에서 발생합니다. 이 경우 가시광선의 참여로 DNA 무결성이 복원됩니다. 복구 효소는 가시광선 양자에 의해 활성화되고 손상된 DNA에 연결하고 손상된 부위의 피리미딘 이량체를 분리하고 DNA 가닥의 무결성을 복원합니다.

다크 리페어(절제)전리방사선, 화학약품 등의 작용 후에 관찰된다. 여기에는 손상된 부위의 제거, DNA 분자의 정상적인 구조 복원이 포함됩니다(그림 23). 이러한 유형의 복구에는 두 번째 상보적인 DNA 가닥이 필요합니다. 다크 리페어는 다단계이며 다음과 같은 복잡한 효소가 포함됩니다.

1) DNA 사슬의 손상된 부분을 인식하는 효소

2) DNA - 엔도뉴클레아제, 손상된 DNA 사슬을 끊음

3) 엑소뉴클레아제는 DNA 가닥의 변형된 부분을 제거합니다.

4) DNA - 중합효소 I은 제거된 DNA 조각을 대체하기 위해 새로운 DNA 조각을 합성합니다.

5) DNA 리가아제는 오래된 DNA 가닥의 끝을 새로 합성된 가닥과 결합합니다. DNA의 두 끝을 닫습니다(그림 23). 25개의 효소 단백질은 인간의 암수복에 관여합니다.

세포의 생명을 위협하는 큰 DNA 손상으로 SOS 배상. SOS 수리는 1974년에 발견되었습니다. 이러한 유형의 수리는 다량의 전리 방사선의 작용 후에 나타납니다. SOS 수리의 특징은 이름을받은 DNA의 기본 구조 복원이 부정확하다는 것입니다. 오류가 발생하기 쉬운 배상. SOS 수리의 주요 목표는 세포 생존력을 유지하는 것입니다.

복구 시스템을 위반하면 조기 노화, 암 발병, 자가 면역 시스템 질환, 세포 또는 유기체 사망으로 이어질 수 있습니다.

쌀. 23. 변형된 뉴클레오타이드 잔기를 교체하여 손상된 DNA의 복구(암흑 또는 절제 복구). (M. Singer, P. Berg, 1998, v. 1, p. 100)

오른쪽은 2016년 4월 23일 기네스북에 등재된 불가리아 바르나 해변의 사람들로부터 만들어진 가장 큰 인간 DNA 나선입니다.

데옥시리보핵산. 일반 정보

DNA(디옥시리보핵산)는 일종의 생명의 청사진이며 유전 정보에 대한 데이터가 포함된 복잡한 코드입니다. 이 복잡한 거대 분자는 유전 유전 정보를 저장하고 대대로 전달할 수 있습니다. DNA는 유전 및 가변성과 같은 살아있는 유기체의 특성을 결정합니다. 그것에 인코딩 된 정보는 모든 살아있는 유기체의 전체 개발 프로그램을 결정합니다. 유전적으로 내재된 요인은 사람과 다른 유기체의 전체 삶의 과정을 미리 결정합니다. 외부 환경의 인위적 또는 자연적 영향은 개별 유전 형질의 전반적인 심각도에 약간의 영향을 미치거나 프로그램된 프로세스의 발달에 영향을 미칠 수 있습니다.

데옥시리보핵산(DNA)는 생물체의 발달 및 기능을 위한 유전 프로그램의 저장, 세대 간 전달 및 구현을 제공하는 거대분자(3가지 주요 분자 중 하나, 나머지 두 개는 RNA와 단백질)입니다. DNA에는 다양한 유형의 RNA 및 단백질 구조에 대한 정보가 들어 있습니다.

진핵 세포(동물, 식물 및 곰팡이)에서 DNA는 염색체의 일부로 세포 핵과 일부 세포 소기관(미토콘드리아 및 색소체)에서 발견됩니다. 원핵 생물(박테리아 및 고세균)의 세포에서 원형 또는 선형 DNA 분자, 이른바 핵체는 내부에서 세포막으로 부착됩니다. 그들과 하등 진핵생물(예: 효모)은 또한 플라스미드라고 하는 작은 자율적이고 대부분 원형인 DNA 분자를 가지고 있습니다.

화학적 관점에서 DNA는 반복되는 블록인 뉴클레오티드로 구성된 긴 고분자 분자입니다. 각 뉴클레오티드는 질소 염기, 당(디옥시리보스) 및 인산염 그룹으로 구성됩니다. 사슬의 뉴클레오티드 사이의 결합은 디옥시리보스에 의해 형성됩니다( 와 함께) 및 인산염( 에프) 그룹(포스포디에스테르 결합).

쌀. 2. 핵은 질소 염기, 당(디옥시리보스) 및 인산염 그룹으로 구성

압도적인 대다수의 경우(단일 가닥 DNA를 포함하는 일부 바이러스 제외), DNA 거대분자는 질소 염기에 의해 서로 배향된 두 개의 사슬로 구성됩니다. 이 이중 가닥 분자는 나선으로 꼬여 있습니다.

DNA에는 네 가지 유형의 질소 염기가 있습니다(아데닌, 구아닌, 티민 및 시토신). 사슬 중 하나의 질소 염기는 상보성 원리에 따라 수소 결합에 의해 다른 사슬의 질소 염기에 연결됩니다. 아데닌은 티민과만 결합합니다( 에), 구아닌 - 시토신만 포함( G-C). DNA의 나선형 "사다리"의 "횡대"를 구성하는 것은 이러한 쌍입니다(그림 2, 3 및 4 참조).

쌀. 2. 질소 염기

뉴클레오타이드의 서열을 사용하면 다양한 유형의 RNA에 대한 정보를 "암호화"할 수 있으며, 그 중 가장 중요한 것은 정보 또는 주형(mRNA), 리보솜(rRNA) 및 수송(tRNA)입니다. 이러한 모든 종류의 RNA는 전사 과정에서 합성된 RNA 염기서열에 DNA 염기서열을 복사하여 DNA 주형에서 합성되고 단백질 생합성(번역과정)에 참여한다. 코딩 서열 외에도 세포 DNA는 조절 및 구조적 기능을 수행하는 서열을 포함합니다.

쌀. 3. DNA 복제

DNA 화학 화합물의 기본 조합의 위치와 이러한 조합 간의 정량적 비율은 유전 정보의 암호화를 제공합니다.

교육 새로운 DNA(복제)

1. 복제 과정: DNA 이중 나선 풀기 - DNA 중합효소에 의한 상보적 가닥 합성 - 하나에서 두 개의 DNA 분자 형성.
2. 이중 나선은 효소가 화학 화합물의 염기 쌍 사이의 결합을 끊을 때 두 가지로 "풀립니다".
3. 각 가지는 새로운 DNA 요소입니다. 새로운 염기쌍은 부모 가지에서와 같은 순서로 연결됩니다.

복제가 완료되면 두 개의 독립적인 나선이 형성되며, 이는 부모 DNA의 화학적 화합물로부터 생성되고 그와 동일한 유전 코드를 갖습니다. 이런 식으로 DNA는 세포에서 세포로 정보를 찢을 수 있습니다.

더 자세한 정보:

핵산의 구조

쌀. 4 . 질소 염기: 아데닌, 구아닌, 시토신, 티민

데옥시리보핵산(DNA)는 핵산을 의미합니다. 핵산단량체가 뉴클레오티드인 불규칙한 바이오폴리머의 한 종류입니다.

뉴클레오티드로 구성 질소 염기, 5탄소 탄수화물(5탄당)에 연결 - 데옥시리보스(DNA의 경우) 또는 리보스(RNA의 경우) 인산 잔기(H 2 PO 3 -)와 결합합니다.

질소 염기피리미딘 염기 - 우라실(RNA에만 있음), 시토신 및 티민, 퓨린 염기 - 아데닌 및 구아닌의 두 가지 유형이 있습니다.

쌀. 5. 질소염기의 종류: 피리미딘과 퓨린

오탄당 분자의 탄소 원자는 1에서 5까지 번호가 매겨져 있습니다. 인산염은 세 번째 및 다섯 번째 탄소 원자와 결합합니다. 이것은 핵산이 함께 연결되어 핵산 사슬을 형성하는 방법입니다. 따라서 우리는 DNA 가닥의 3' 말단과 5' 말단을 분리할 수 있습니다.

쌀. 6. 분리 DNA 가닥의 3' 및 5' 말단 분리

두 가닥의 DNA 형태 이중 나선. 나선형의 이러한 사슬은 반대 방향으로 향합니다. DNA의 다른 가닥에서 질소 염기는 다음을 통해 서로 연결됩니다. 수소 결합. 아데닌은 항상 티민과 결합하고 시토신은 항상 구아닌과 결합합니다. 그것은이라고 상보성 규칙.

상보성 규칙:

예를 들어, 서열이 있는 DNA 가닥이 주어진다면

3'-ATGTCCTAGCTGCTCG - 5',

그러면 두 번째 사슬은 이에 대해 보완적이며 반대 방향(5'-말단에서 3'-말단까지)으로 향하게 됩니다.

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3'.

쌀. 7. DNA 분자의 사슬 방향과 수소결합을 이용한 질소염기의 연결

복제

DNA 복제주형 합성을 통해 DNA 분자를 두 배로 만드는 과정입니다. 복제 발생 반 보수적 메커니즘. 이것은 DNA의 이중 나선이 풀리고 상보성의 원리에 따라 각 사슬에서 새로운 사슬이 완성됨을 의미합니다. 따라서 딸 DNA 분자는 모 분자의 가닥 하나와 새로 합성된 가닥 하나를 포함합니다. 복제는 부모 가닥의 3'에서 5' 방향으로 발생합니다.

쌀. 8. DNA 분자의 복제(2배)

DNA 합성- 이것은 언뜻 보기에는 그렇게 복잡한 과정이 아닙니다. 그것에 대해 생각한다면 먼저 합성이 무엇인지 알아 내야합니다. 그것은 무언가를 하나로 모으는 과정입니다. 새로운 DNA 분자의 형성은 여러 단계로 진행됩니다.

• 복제 포크 앞에 위치한 DNA 토포이소머라아제는 풀기 및 풀기를 용이하게 하기 위해 DNA를 절단합니다.
• 토포이소머라제 다음의 DNA 헬리카제는 DNA 나선을 "풀어내는" 과정에 영향을 미칩니다.
• DNA 결합 단백질은 DNA 가닥의 결합을 수행하고 또한 안정화를 수행하여 서로 달라붙는 것을 방지합니다.
• DNA 중합효소는 딸 DNA의 선두 가닥을 합성합니다.
  

쌀. 9. 복제 과정의 도식 표현, 숫자는 (1) 지연 가닥, (2) 선행 가닥, (3) DNA 중합효소(Polα), (4) DNA 리가아제, (5) RNA 프라이머, (6) Primase를 나타냅니다. , (7) 오카자키 단편, (8) DNA 중합효소(Polδ), (9) 헬리카제, (10) 단일 가닥 DNA 결합 단백질, (11) 토포이소머라제

RNA 구조

리보핵산(RNA)는 모든 살아있는 유기체의 세포에서 발견되는 세 가지 주요 거대분자(나머지 두 개는 DNA와 단백질) 중 하나입니다.

DNA와 마찬가지로 RNA는 각 연결이 뉴클레오티드라고 불리는 긴 사슬로 구성됩니다. 각 뉴클레오타이드는 질소 염기, 리보스 당 및 인산염 그룹으로 구성됩니다. 그러나 DNA와 달리 RNA에는 일반적으로 두 가닥이 아닌 한 가닥이 있습니다. RNA의 오탄당은 디옥시리보스가 아닌 리보스로 표시됩니다(리보스는 두 번째 탄수화물 원자에 추가 수산기를 가짐). 마지막으로, DNA는 질소 염기의 구성에서 RNA와 다릅니다. 티민 대신( 티) 우라실은 RNA에 존재합니다( 유) , 이것은 또한 아데닌을 보완합니다.

뉴클레오티드의 서열은 RNA가 유전 정보를 암호화할 수 있도록 합니다. 모든 세포 유기체는 RNA(mRNA)를 사용하여 단백질 합성을 프로그램합니다.

세포 RNA는 이라는 과정에서 형성됩니다. 전사 , 즉, RNA 중합 효소 인 특수 효소에 의해 수행되는 DNA 주형에서 RNA 합성.

그런 다음 메신저 RNA(mRNA)는 다음과 같은 과정에 참여합니다. 방송, 저것들. 리보솜의 참여로 mRNA 주형에서 단백질 합성. 다른 RNA는 전사 후 화학적 변형을 거치며 2차 및 3차 구조가 형성된 후 RNA의 종류에 따라 기능을 수행합니다.

쌀. 10. 질소 염기 측면에서 DNA와 RNA의 차이점: RNA에는 티민(T) 대신 우라실(U)이 포함되어 있으며 이는 아데닌과도 상보적입니다.

전사

이것은 DNA 주형에서 RNA 합성의 과정입니다. DNA는 사이트 중 하나에서 풀립니다. 사슬 중 하나에는 RNA 분자에 복사해야 하는 정보가 포함되어 있습니다. 이 사슬을 코딩이라고 합니다. 코딩 가닥에 상보적인 DNA의 두 번째 가닥을 주형 가닥이라고 합니다. 주형 사슬에서 3'-5' 방향(DNA 사슬을 따라)으로 전사하는 과정에서 이에 상보적인 RNA 사슬이 합성됩니다. 따라서 코딩 가닥의 RNA 사본이 생성됩니다.

쌀. 11. 전사의 개략도

예를 들어, 코딩 가닥의 서열이 주어진다면

3'-ATGTCCTAGCTGCTCG - 5',

그런 다음 상보성 규칙에 따라 행렬 체인은 시퀀스를 전달합니다.

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3',

그리고 그것으로부터 합성된 RNA는 서열이다

방송

메커니즘을 고려하십시오 단백질 합성 RNA 매트릭스뿐만 아니라 유전 코드와 그 속성. 또한 명확성을 위해 아래 링크에서 살아있는 세포에서 발생하는 전사 및 번역 과정에 대한 짧은 비디오를 시청하는 것이 좋습니다.

쌀. 12. 단백질 합성 과정: RNA는 DNA 코드, 단백질은 RNA 코드

유전자 코드

유전자 코드- 뉴클레오티드 서열을 사용하여 단백질의 아미노산 서열을 코딩하는 방법. 각 아미노산은 3개의 뉴클레오티드(코돈 또는 삼중항)의 서열에 의해 암호화됩니다.

대부분의 친핵생물 및 진핵생물에 공통적인 유전자 코드. 표는 64개의 모든 코돈을 나열하고 해당 아미노산을 나열합니다. 기본 순서는 mRNA의 5"에서 3" 끝입니다.

표 1. 표준 유전자 코드

삼중항 중 "구두점" 역할을 하는 4개의 특수 시퀀스가 ​​있습니다.

• *세 쌍둥이 8월, 또한 메티오닌을 인코딩하는 시작 코돈. 이 코돈은 단백질 분자의 합성을 시작합니다. 따라서 단백질 합성 동안 서열의 첫 번째 아미노산은 항상 메티오닌이 될 것입니다.

• **삼둥이 UAA, UAG그리고 우가~라고 불리는 정지 코돈아미노산을 코딩하지 마십시오. 이 시퀀스에서 단백질 합성이 중지됩니다.

유전자 코드의 속성

1. 삼중성. 각 아미노산은 세 개의 뉴클레오티드(트리플렛 또는 코돈)의 서열로 인코딩됩니다.

2. 연속성. 삼중항 사이에는 추가 뉴클레오타이드가 없으며 정보는 지속적으로 읽혀집니다.

3. 겹치지 않음. 하나의 뉴클레오티드는 동시에 두 개의 삼중항에 포함될 수 없습니다.

4. 독창성. 하나의 코돈은 하나의 아미노산만 암호화할 수 있습니다.

5. 퇴화. 하나의 아미노산은 여러 개의 다른 코돈에 의해 암호화될 수 있습니다.

6. 다양성. 유전자 코드는 모든 살아있는 유기체에 대해 동일합니다.

예시. 코딩 가닥의 서열이 주어집니다:

3’- CCGATTGCACGTCGATCGTATA- 5’.

행렬 체인은 다음과 같은 시퀀스를 갖습니다.

5’- GGCTAACGTGCAGCTAGCATAT- 3’.

이제 우리는 이 사슬에서 정보 RNA를 "합성"합니다.

3’- CCGAUUGCACGUCGAUCGUAUA- 5’.

단백질 합성은 5' → 3' 방향으로 진행되므로 유전자 코드를 "읽기" 위해 시퀀스를 뒤집어야 합니다.

5’- AUAUGCUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

이제 시작 코돈 AUG를 찾으십시오.

5’- 호주 AUG CUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

시퀀스를 세 쌍으로 나눕니다.

다음과 같이 들립니다. DNA의 정보는 RNA(전사)로, RNA에서 단백질(번역)로 전달됩니다. DNA는 복제에 의해서도 복제될 수 있고, RNA 주형에서 DNA를 합성할 때 역전사 과정도 가능하지만 이러한 과정은 주로 바이러스의 특징이다.

쌀. 13. 분자생물학의 중심 교리

게놈: 유전자와 염색체

(일반 개념)

게놈 - 유기체의 모든 유전자의 총체. 완전한 염색체 세트.

"게놈"이라는 용어는 1920년에 G. Winkler에 의해 동일한 생물학적 종의 유기체의 반수체 염색체 세트에 포함된 유전자의 전체를 설명하기 위해 제안되었습니다. 이 용어의 원래 의미는 유전자형과 달리 게놈의 개념이 개체가 아닌 종의 전체 유전 적 특성임을 나타냅니다. 분자 유전학의 발달로 이 용어의 의미가 바뀌었습니다. 대부분의 유기체에서 유전 정보의 운반자이며 따라서 게놈의 기초를 형성하는 DNA에는 현대적인 의미의 유전자뿐만 아니라 포함되는 것으로 알려져 있습니다. 진핵 세포의 DNA 대부분은 단백질과 핵산에 대한 정보를 포함하지 않는 비암호화("중복") 뉴클레오티드 서열로 표시됩니다. 따라서 모든 유기체 게놈의 주요 부분은 반수체 염색체 세트의 전체 DNA입니다.

유전자는 폴리펩타이드와 RNA 분자를 암호화하는 DNA 분자의 부분입니다.

지난 세기 동안 유전자에 대한 우리의 이해는 크게 바뀌었습니다. 이전에 게놈은 하나의 형질을 암호화하거나 결정하는 염색체 영역이었습니다. 표현형눈 색깔과 같은 (가시적인) 속성.

1940년 George Beadle과 Edward Tatham은 유전자의 분자적 정의를 제안했습니다. 과학자들은 곰팡이 포자를 처리했습니다. 뉴로스포라 크라사 DNA 서열의 변화를 일으키는 X선 및 기타 물질( 돌연변이), 그리고 어떤 경우에는 전체 대사 경로를 방해하는 특정 효소를 잃어버린 곰팡이의 돌연변이 균주를 발견했습니다. Beadle과 Tatham은 유전자가 단일 효소를 정의하거나 암호화하는 유전 물질의 한 부분이라는 결론에 도달했습니다. 가설은 이렇게 "하나의 유전자, 하나의 효소". 이 개념은 나중에 정의로 확장되었습니다. "하나의 유전자 - 하나의 폴리펩타이드", 많은 유전자가 효소가 아닌 단백질을 암호화하고 폴리펩티드는 복잡한 단백질 복합체의 하위 단위가 될 수 있기 때문입니다.

무화과에. 도 14는 DNA에서 뉴클레오티드의 삼중항이 mRNA에 의해 매개되는 단백질의 아미노산 서열인 폴리펩티드를 결정하는 방법의 다이어그램을 보여줍니다. DNA 가닥 중 하나는 mRNA 합성을 위한 주형의 역할을 하며, 이의 뉴클레오티드 삼중항(코돈)은 DNA 삼중항에 상보적입니다. 일부 박테리아와 많은 진핵생물에서 암호화 서열은 비암호화 영역에 의해 중단됩니다( 인트론).

유전자의 현대 생화학적 정의 더욱 구체적으로. 유전자는 구조적 또는 촉매적 기능을 갖는 폴리펩타이드 또는 RNA를 포함하는 최종 산물의 1차 서열을 암호화하는 DNA의 모든 섹션입니다.

유전자와 함께 DNA에는 독점적으로 조절 기능을 수행하는 다른 서열도 포함되어 있습니다. 규제 순서유전자의 시작 또는 끝을 표시하거나, 전사에 영향을 미치거나, 복제 또는 재조합이 시작되는 부위를 나타낼 수 있습니다. 일부 유전자는 다른 산물 형성을 위한 템플릿 역할을 하는 동일한 DNA 조각을 사용하여 다른 방식으로 발현될 수 있습니다.

우리는 대략적으로 계산할 수 있습니다 최소 유전자 크기중간 단백질을 코딩합니다. 폴리펩타이드 사슬의 각 아미노산은 3개의 뉴클레오타이드 서열에 의해 암호화됩니다. 이 삼중항(코돈)의 서열은 주어진 유전자에 의해 암호화된 폴리펩티드의 아미노산 사슬에 해당합니다. 350개 아미노산 잔기의 폴리펩타이드 사슬(중간 길이 사슬)은 1050bp의 서열에 해당합니다. ( bp). 그러나 많은 진핵생물 유전자와 일부 원핵생물 유전자는 단백질에 대한 정보를 전달하지 않는 DNA 단편에 의해 중단되어 단순한 계산에서 보여지는 것보다 훨씬 더 긴 것으로 판명되었습니다.

한 염색체에 몇 개의 유전자가 있습니까?

쌀. 15. 원핵생물(왼쪽)과 진핵생물 세포의 염색체 모습. 히스톤은 두 가지 주요 기능을 수행하는 광범위한 종류의 핵 단백질입니다. 즉, 핵의 DNA 가닥 포장과 전사, 복제 및 복구와 같은 핵 과정의 후성 유전적 조절에 관여합니다.

아시다시피, 박테리아 세포는 DNA 가닥 형태의 염색체를 가지고 있으며, 핵형이라는 조밀한 구조로 포장되어 있습니다. 원핵 염색체 대장균, 게놈이 완전히 해독 된 것은 4,639,675 bp로 구성된 원형 DNA 분자입니다 (실제로 이것은 규칙적인 원이 아니라 시작과 끝이없는 루프). 이 서열은 약 4300개의 단백질 유전자와 안정적인 RNA 분자를 위한 또 다른 157개의 유전자를 포함합니다. 에 인간 게놈 24개의 다른 염색체에 있는 거의 29,000개의 유전자에 해당하는 약 31억 개의 염기쌍.

원핵생물(박테리아).

박테리아 대장균하나의 이중 가닥 원형 DNA 분자가 있습니다. 4,639,675b.p로 구성되어 있습니다. 셀 자체의 길이를 초과하는 약 1.7mm의 길이에 도달합니다. 대장균약 850회. 핵체의 일부인 큰 원형 염색체 외에도 많은 박테리아는 세포질에 자유롭게 위치한 하나 이상의 작은 원형 DNA 분자를 포함합니다. 이러한 염색체외 요소를 플라스미드(그림 16).

대부분의 플라스미드는 수천 개의 염기쌍으로 구성되며 일부는 10,000bp 이상을 포함합니다. 그들은 유전 정보를 가지고 복제하여 딸 플라스미드를 형성하며, 이는 부모 세포가 분열하는 동안 딸 세포로 들어갑니다. 플라스미드는 박테리아뿐만 아니라 효모 및 기타 곰팡이에서도 발견됩니다. 많은 경우 플라스미드는 숙주 세포에 이점을 제공하지 않으며 그들의 유일한 임무는 독립적으로 번식하는 것입니다. 그러나 일부 플라스미드는 숙주에 유용한 유전자를 가지고 있습니다. 예를 들어, 플라스미드에 포함된 유전자는 박테리아 세포의 항균제에 대한 내성을 부여할 수 있습니다. β-락타마제 유전자를 가지고 있는 플라스미드는 페니실린 및 아목시실린과 같은 β-락탐 항생제에 대한 내성을 부여합니다. 플라스미드는 항생제 내성 세포에서 동일하거나 다른 박테리아 종의 다른 세포로 전달되어 해당 세포도 내성을 갖게 됩니다. 항생제의 집중적인 사용은 병원성 박테리아 사이에서 항생제 내성을 코딩하는 플라스미드(유사 유전자를 코딩하는 트랜스포존 뿐만 아니라)의 확산을 촉진하고 여러 항생제에 내성을 갖는 박테리아 균주의 출현을 유도하는 강력한 선택 인자입니다. 의사들은 광범위한 항생제 사용의 위험성을 이해하고 절대적으로 필요할 때만 처방하기 시작했습니다. 비슷한 이유로 가축 치료를 위한 항생제의 광범위한 사용은 제한적입니다.

또한보십시오: Ravin N.V., Shestakov S.V. 원핵생물의 게놈 // Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 2013. V. 17. No. 4/2. 972-984쪽.

진핵생물.

표 2. 일부 유기체의 DNA, 유전자 및 염색체

메모.정보는 지속적으로 업데이트됩니다. 최신 정보는 개별 게놈 프로젝트 웹사이트를 참조하십시오.

* 효모를 제외한 모든 진핵생물에는 염색체의 이배체 세트가 주어진다. 이배체전부 염색체 (그리스 디플로스 - 이중 및 eidos - 보기에서) - 염색체의 이중 세트(2n), 각각은 상동성을 가집니다.
**반수체 세트. 야생 효모 균주는 일반적으로 이러한 염색체 세트가 8개(8배체) 이상입니다.
***2개의 X 염색체를 가진 여성의 경우. 수컷은 X염색체를 갖고 있지만 Y염색체는 없다. 즉 11개의 염색체만 있다.

가장 작은 진핵생물 중 하나인 효모 세포는 세포보다 2.6배 많은 DNA를 가지고 있습니다. 대장균(표 2). 초파리 세포 초파리유전 연구의 고전적인 대상인 이 연구는 35배 더 많은 DNA를 함유하고 있으며 인간 세포는 세포보다 약 700배 더 많은 DNA를 함유하고 있습니다. 대장균.많은 식물과 양서류에는 훨씬 더 많은 DNA가 들어 있습니다. 진핵 세포의 유전 물질은 염색체 형태로 구성되어 있습니다. 염색체의 이배체 세트(2 N) 유기체의 유형에 따라 다릅니다(표 2).

예를 들어, 인간의 체세포에는 46개의 염색체가 있습니다( 쌀. 17). 진핵 세포의 각 염색체는 그림 1에 나와 있습니다. 17, ㅏ, 하나의 매우 큰 이중 가닥 DNA 분자를 포함합니다. 24개의 인간 염색체(22쌍의 염색체와 2개의 성염색체 X 및 Y)는 길이가 25배 이상 다릅니다. 각 진핵생물 염색체에는 특정 유전자 세트가 포함되어 있습니다.

쌀. 17. 진핵생물 염색체.ㅏ- 인간 염색체에서 연결되고 응축된 한 쌍의 자매 염색분체. 이 형태에서 진핵생물의 염색체는 복제 후 남아 있고 유사분열 동안 중기 상태에 있습니다. 비- 책의 저자 중 한 사람의 백혈구에서 얻은 완전한 염색체 세트. 각각의 정상적인 인간 체세포에는 46개의 염색체가 있습니다.

인간 게놈의 DNA 분자(22개의 염색체와 염색체 X와 Y 또는 X와 X)를 연결하면 약 1미터 길이의 염기서열을 얻을 수 있습니다. 참고: 모든 포유동물 및 기타 이형 수컷 유기체에서 암컷은 2개의 X 염색체(XX)를 갖고 수컷은 1개의 X 염색체와 1개의 Y 염색체(XY)를 갖습니다.

대부분의 인간 세포, 그래서 그러한 세포의 전체 DNA 길이는 약 2m입니다. 성인 인간은 약 10 14 세포를 가지고 있으므로 모든 DNA 분자의 총 길이는 2・10 11km입니다. 비교를 위해 지구의 둘레는 4·10 4km이고 지구에서 태양까지의 거리는 1.5·10 8km입니다. 이것이 우리 세포에 놀랍도록 조밀하게 포장된 DNA가 있다는 것입니다!

진핵 세포에는 DNA를 포함하는 다른 소기관이 있습니다. 이들은 미토콘드리아와 엽록체입니다. 미토콘드리아와 엽록체 DNA의 기원에 대해 많은 가설이 제시되었습니다. 오늘날 일반적으로 받아 들여지는 관점은 그것이 숙주 세포의 세포질에 침투하여 이러한 세포 소기관의 전구체가 된 고대 박테리아의 염색체의 기초라는 것입니다. 미토콘드리아 DNA는 미토콘드리아 tRNA 및 rRNA는 물론 여러 미토콘드리아 단백질을 암호화합니다. 미토콘드리아 단백질의 95% 이상이 핵 DNA에 의해 암호화됩니다.

유전자의 구조

원핵 생물과 진핵 생물의 유전자 구조, 유사점과 차이점을 고려하십시오. 유전자는 하나의 단백질 또는 RNA만을 암호화하는 DNA의 한 부분이라는 사실에도 불구하고 직접 암호화 부분 외에도 원핵 생물과 진핵 생물에서 다른 구조를 갖는 조절 및 기타 구조 요소도 포함됩니다.

코딩 시퀀스- 유전자의 주요 구조적 및 기능적 단위는 다음을 암호화하는 뉴클레오티드의 삼중항이다.아미노산 서열. 시작코돈으로 시작해서 정지코돈으로 끝난다.

코딩 시퀀스 전과 후는 번역되지 않은 5' 및 3' 서열. 그들은 조절 및 보조 기능을 수행합니다. 예를 들어 mRNA에 리보솜이 착륙하도록 합니다.

비번역 및 코딩 서열은 전사 단위, 즉 전사된 DNA 영역, 즉 mRNA가 합성되는 DNA 영역을 구성합니다.

터미네이터 RNA 합성이 멈추는 유전자 말단의 전사되지 않은 DNA 영역.

유전자의 시작 부분은 규제 영역, 포함 발기인그리고 운영자.

발기인- 전사 개시 동안 중합효소가 결합하는 서열. 운영자- 특수단백질이 결합할 수 있는 부위 - 억압자, 이것은 이 유전자로부터의 RNA 합성의 활성을 감소시킬 수 있습니다. 표현.

원핵생물의 유전자 구조

원핵생물과 진핵생물의 유전자 구조에 대한 일반적인 계획은 다르지 않습니다. 둘 다 프로모터와 연산자가 있는 조절 영역, 코딩 및 비번역 서열이 있는 전사 단위, 종결자를 포함합니다. 그러나 원핵 생물과 진핵 생물의 유전자 구성은 다릅니다.

쌀. 18. 원핵생물(박테리아)의 유전자 구조 도식 -이미지가 확대됩니다

오페론의 시작과 끝 부분에는 여러 구조 유전자에 대한 공통 조절 영역이 있습니다. 오페론의 전사된 영역에서 하나의 mRNA 분자가 읽혀지며, 여기에는 각각 고유한 시작 및 종료 코돈이 있는 여러 코딩 서열이 포함됩니다. 이 각 지역에서하나의 단백질이 합성됩니다. 따라서, 하나의 i-RNA 분자에서 여러 단백질 분자가 합성됩니다.

원핵생물은 여러 유전자를 단일 기능 단위로 결합하는 것이 특징입니다. 오페론. 오페론의 작업은 오페론 자체에서 눈에 띄게 제거될 수 있는 다른 유전자에 의해 조절될 수 있습니다. 규제 기관. 이 유전자에서 번역된 단백질을 억제자. 그것은 오페론의 연산자에 결합하여 한 번에 포함 된 모든 유전자의 발현을 조절합니다.

원핵 생물은 또한 현상이 특징입니다. 전사 및 번역 활용.

쌀. 19 원핵생물에서 전사와 번역이 결합되는 현상 - 이미지가 확대됩니다

핵산 분자모든 유형의 생물체는 모노뉴클레오타이드의 긴 비분지형 중합체입니다. 뉴클레오타이드 간의 가교 역할은 한 뉴클레오타이드의 5"-포스페이트와 다음 뉴클레오타이드의 리보스(또는 디옥시리보스)의 3"-하이드록실 잔기를 연결하는 3",5"-포스포디에스테르 결합에 의해 수행됩니다. 이와 관련하여 폴리뉴클레오티드 사슬은 극성입니다. 한쪽 끝에는 5"-포스페이트 그룹이 남아 있고 다른 쪽 끝에는 3"-OH 그룹이 남아 있습니다.

DNA는 단백질과 같다, 1차, 2차, 3차 구조를 가지고 있습니다.

DNA의 1차 구조 . 이 구조는 폴리뉴클레오타이드 사슬에서 데옥시리보뉴클레오타이드의 교대 순서를 나타내는 그 안에 암호화된 정보를 결정합니다.

DNA 분자는 다음으로 구성됩니다. 두 개의 나선같은 축과 반대 방향을 갖는다. 당-인산염 백본은 이중 나선의 주변에 위치하고 질소 염기는 내부에 있습니다. 골격에는 다음이 포함됩니다. 공유 포스포디에스테르 결합, 그리고 두 나선은 베이스 사이에 연결됩니다 수소 결합 및 소수성 상호 작용.

이러한 연결은 1945년 E. Chargaff에 의해 처음 발견되고 연구되었으며 이름을 받았습니다. 상보성의 원리, 그리고 염기 사이의 수소 결합 형성의 특징은 샤가프 규칙:

• 퓨린 염기는 항상 피리미딘 염기에 결합합니다. 아데닌 - 티민(A®T), 구아닌 - 시토신(G®C);
• 아데닌 대 티민 및 구아닌 대 시토신의 몰비는 1(A=T, 또는 A/T=1 및 G=C, 또는 G/C=1)이고;
• 잔기 A와 G의 합은 잔기 T와 C의 합과 같다. A+G=T+C;
• 다른 출처에서 분리된 DNA에서는 특이성 계수라고 하는 (G + C) / (A + T) 비율이 동일하지 않습니다.

Chargaff의 규칙은 아데닌이 티민과 2개의 결합을 형성하고 구아닌이 시토신과 3개의 결합을 형성한다는 사실에 기반합니다.

Chargaff 규칙에 따라 그림과 같이 DNA의 이중 가닥 구조를 상상할 수 있습니다.

A형 B형

A-아데닌, G-구아닌, C-시토신, T-티민

이중 나선의 개략도

DNA 분자

DNA의 2차 구조 . 1953년 J. Watson과 F. Crick이 제안한 모델에 따르면 DNA의 2차 구조는 다음과 같습니다. 이중나선 오른손 나선서로 상보적인 역평행 폴리뉴클레오티드 사슬.

DNA의 2차 구조에 대해 뉴클레오티드의 질소 염기의 두 가지 구조적 특징이 결정적입니다. 첫 번째는 수소 결합을 형성할 수 있는 그룹의 존재입니다. 두 번째 특징은 상보적인 염기 A-T와 G-C의 쌍이 크기뿐만 아니라 모양도 동일하다는 것입니다.

쌍을 이루는 뉴클레오티드의 능력으로 인해 단단하고 잘 안정화된 이중 가닥 구조가 형성됩니다. 이러한 구조의 주요 요소와 매개변수 특성이 그림에 명확하게 표시되어 있습니다.

분리된 DNA의 X선 패턴을 철저히 분석한 결과, DNA 이중 나선이 여러 형태(A, B, C, Z 등)로 존재할 수 있음을 발견했습니다. 이러한 형태의 DNA는 나선의 직경과 피치, 회전당 염기쌍의 수, 분자 축에 대한 기본 평면의 경사각이 다릅니다.

DNA의 3차 구조. 모든 살아있는 유기체에서 이중 가닥 DNA 분자는 단단히 포장되어 복잡한 3차원 구조.원핵생물의 이중나선 DNA는 공유결합으로 닫힌 원형 형태를 하고 있다. 왼쪽(-) 슈퍼코일. 진핵 세포에서 DNA의 3차 구조는 슈퍼코일링(supercoiling)에 의해 형성되지만 자유 DNA가 아니라 염색체 단백질(클래스 H1, H2, H3, H4 및 H5의 히스톤 단백질)과의 복합체입니다.

염색체의 공간적 구성에서 여러 수준을 구별할 수 있습니다. 첫 번째 수준- 뉴클레오솜. 염색질의 nucleosomal 조직화의 결과, 직경 2 nm의 DNA 이중 나선은 10-11 nm의 직경을 획득하고 약 7배 단축된다.

두 번째 수준염색체의 공간적 구성은 뉴클레오솜 필라멘트에서 직경 20-30nm의 염색질 원섬유가 형성되는 것입니다(DNA의 선형 치수가 6-7배 감소).

3급염색체의 조직은 염색질 원섬유가 고리 모양으로 놓여 있기 때문입니다. 비히스톤 단백질은 루프 형성에 관여합니다. 하나의 루프에 해당하는 DNA 섹션은 20,000~80,000개의 염기쌍을 포함합니다. 이러한 패키징의 결과, DNA의 선형 치수는 약 200배 감소됩니다. 간기 염색체(interphase chromonema)라고 하는 루프와 같은 DNA 도메인 조직은 더 압축될 수 있으며, 그 정도는 세포 주기의 단계에 따라 다릅니다.