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DNAは、生物学や科学全般への生涯の暴露がほとんどない人々でさえも、かなりのレベルの理解を引き起こすように思われる科学分野の中心にある数少ない文字の組み合わせの1つです。 「彼女のDNAにある」というフレーズを聞いたほとんどの成人は、特定の特性が記述されている人物と不可分であることをすぐに認識します。その特徴はなんとなく生まれつきであり、決して消えることがなく、その人たちの子供たちやその先へと移ることができることですこれは、「デオキシリボ核酸」である「DNA」が何であるかさえも知らない人々の心にも当てはまるようです。
人間は、親から形質を継承し、自分の形質を子孫に引き継ぐという概念に理解できるほど魅力的です。たとえそのような正式な用語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を熟考することは自然なことです。私たち一人一人の目に見えない小さな要因が、人々の子供たちがどのように見え、振る舞うかを支配しているという認識は、何百年もの間確かに存在しています。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い詳細で明らかにしました。
デオキシリボ核酸は実際、すべての生物が細胞内で維持する遺伝的青色であり、各人間を文字通りのユニークな個体（現在の目的を除いて同一の双子）にするだけでなく、非常に重要な他の特定の人に関連する可能性から、後年に特定の病気を発症する可能性や、そのような病気を将来の世代に伝播する可能性まで、すべての人に関する情報。 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。
DNAの発見
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を発見したと広く信じられています。しかし、この認識は誤りです。批判的に、これらの研究者は実際、DNAが二重らせんの形状の三次元形態で存在することを確立しました。それは本質的にはらせん形状を作成するために両端で異なる方向にねじれたはしごです。しかし、これらの決定的で頻繁に称賛される科学者たちは、1860年代まで遡って同じ一般情報を探し求めて努力した生物学者の骨の折れる仕事、「ワトソンのそれと同じくらい画期的な実験」に基づいて、第二次世界大戦後の研究時代のクリックなど。
1869年、人間が月に旅行する100年前に、フリードリッヒミーシャー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組成と機能を決定しようとしました。彼が代わりに抽出したものは「核」と呼ばれ、将来の生化学者が何を学ぶことができるかを知るために必要な機器が欠けていたが、彼はこの「核」がタンパク質に関連しているが、それ自体がタンパク質ではなく、異常な量のリン、およびこの物質は、タンパク質を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対して耐性があったこと。
ミーシャーの研究の真の重要性が最初に明らかになったのは50年以上前です。 1900年代の20年で、ロシアの生化学者であるPhoebus Leveneは、今日私たちがヌクレオチドと呼ぶものは、糖部分、リン酸部分、および塩基部分からなると最初に提案しました。砂糖がリボースであること。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起因していること。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、非常に目標どおりでした。
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研究者でした。オーストリアの科学者アーウィン・シャルガフは、リーベンの研究と同様に、2つの重要な発見をしました。1つは、DNAのヌクレオチド配列が、リーベンが提案したものとは異なり、生物の種によって異なるということです。 2つ目は、生物に関係なく、種に関係なく、アデニン（A）とグアニン（G）を合わせた窒素塩基の合計量は、シトシン（C）とチミン（T）の合計量と実質的に常に同じであったことです。これにより、シャルガフは、すべてのDNAでAとT、CとGがペアになると結論付けることはできませんでしたが、後に他の人が到達した結論を支持する助けとなりました。
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、これらの発見をすべてまとめて、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まったく適合しないことを確立しました他の可能性。
DNAと遺伝性
DNAは、その構造が明らかにされるかなり前に、生物の遺伝物質として特定されました。また、実験科学の場合のように、この重要な発見は実際には研究者の主な目的に付随していました。
1930年代後半に抗生物質療法が登場する前は、感染症は今日よりもはるかに多くの人間の命を奪い、微生物の研究において重要な目的の原因となった生物の謎を解明することが重要な目的でした。 1913年、前述のオズワルドエイブリーは、肺炎患者から分離された肺炎球菌細菌種のカプセルに多糖（糖）含有量が高いことを最終的に明らかにした作業を開始しました。エイブリーは、これらが感染した人々の抗体産生を刺激すると理論づけました。一方、イギリスでは、ウィリアム・グリフィスは、ある種の病気を引き起こす肺炎球菌の死んだ成分が無害な肺炎球菌の生きている成分と混ざり合って、以前は無害な種類の病気を引き起こす形を作り出すことを示した研究を行っていました。これは、死んだバクテリアから生きたバクテリアに移動するものは何でも遺伝性であることを証明しました。
エイブリィはグリフィスの結果を知ったとき、遺伝性で、核酸、より具体的にはヌクレオチドに帰着した肺炎球菌の正確な物質を分離するために、精製実験の実施に着手しました。 DNAは、当時一般的に「変換原理」と呼ばれていたものを持っていると強く疑われていたので、エイブリーと他の人たちは、遺伝物質をさまざまなエージェントにさらすことによってこの仮説をテストしました。 DNAの完全性を破壊するが、DNAaseと呼ばれるタンパク質やDNAには無害であることが知られているものは、ある細菌の世代から次の世代への形質の伝播を防ぐのに十分な量で十分でした。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。
エイブリーズとグリフィスの仕事の持ち帰りは、再び、ワトソンやクリックなどの人々が分子遺伝学への貢献で正当に称賛されている一方で、DNAの構造を確立することは、実際にこのことを学ぶプロセスにかなり遅れて貢献したことです壮大な分子。
DNAの構造
チャーガフは、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に含まれていることが知られている2本の鎖は常に同じ距離にあることを示しました。これにより、 プリン （AおよびGを含む）常に結合 ピリミジン （CおよびTを含む）DNA。プリンはピリミジンよりもかなり大きいため、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、これは三次元的な意味を持ちました。これは、2つのプリンが結合すると、2つのピリミジンよりもDNA鎖間のスペースがかなり大きくなり、プリンとピリミジンのペアリングが同じ量のスペースを消費することを意味します。このすべての情報を入力するには、AがTにバインドし、Tにのみバインドする必要があり、このモデルが成功した場合、CとGにも同じ関係が成り立つ必要がありました。そしてそれがあります。
はしごのラングのように、塩基（これらについては後で説明します）は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「骨格」が糖（具体的にはペントース糖、または5原子の環構造を持つ糖）と糖を結合するリン酸基でできていると仮定しました。塩基対合の新たに明らかにされたアイデアのために、フランクリンと他の人たちは、単一分子内の2つのDNA鎖が「相補的」である、または実際にはヌクレオチドのレベルで互いの鏡像であることを認識しました。これにより、ツイスト形状のDNAのおおよその半径を確度の確度内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年に所定の位置に収まるDNA構造に関する最後の主要な詳細でした。
ヌクレオチドと窒素ベース
ヌクレオチドはDNAの反復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、この位置からリングに沿って2つのスポットがあり、窒素塩基にも結合しています。リン酸基は糖を結びつけて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にねじれています。らせんは、10塩基対ごとに1回、完全な360度のねじれを1回行います。
窒素塩基にのみ結合した糖は 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。 2つ目は、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はほとんど常に一本鎖であり、複数の形で提供されますが、その議論はこの記事の範囲を超えています。
DNA複製
コピーが作成されるとき、DNAは2つの相補鎖に「解凍」されます。これが起こっていると、単一の親ストランドに沿って娘ストランドが形成されます。そのような娘鎖の1つは、酵素の作用下で、単一のヌクレオチドの添加により連続的に形成されます DNAポリメラーゼ。この合成は、単に親DNA鎖の分離の方向に沿って行われます。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 それは実際に親鎖の解凍の反対方向に形成され、その後酵素によって一緒に結合されます DNAリガーゼ.
2本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一緒に結合して、二本鎖DNA分子を親分子と同一にします。
単細胞で原核生物と呼ばれる細菌では、細菌DNAの単一コピー（ゲノムとも呼ばれます）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は染色体の形で核内に見られ、染色体は高度にコイル状で、スプールされ、空間的に凝縮されたDNA分子はわずか100分の1メートルの長さで、タンパク質は ヒストン。顕微鏡検査では、ヒストンの「スプール」とDNAの単純な鎖（このレベルの組織ではクロマチンと呼ばれる）が交互に現れる染色体部分は、紐のビーズに例えられます。いくつかの真核生物のDNAはまたと呼ばれる細胞のオルガネラに見られます ミトコンドリア.