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본질적으로 중요한 핵산은 데 옥시 리보 핵산, 또는 DNA 및 리보 핵산 또는 RNA를 포함한다. 그들은 양성자 (즉, 수소 원자) 공여체이기 때문에 산이라고 불리우므로 음전하를 띤다.
화학적으로, DNA와 RNA는 중합체이며, 이는 반복 단위, 종종 매우 많은 수로 구성됩니다. 이 단위를 뉴클레오티드. 모든 뉴클레오티드는 차례로 펜 토스 당, 포스페이트 기 및 질소 염기의 세 가지 별개의 화학적 부분을 포함한다.
DNA는 세 가지 주요 측면에서 RNA와 다릅니다. 하나는 핵산 분자의 구조적 "백본"을 구성하는 당이 데 옥시 리보스이고 RNA에서는 리보스라는 것입니다. 화학 명명법에 익숙하다면 이것이 전체적인 구조 체계에서 약간의 차이라는 것을 알게 될 것입니다. 리보오스는 4 개의 하이드 록실 (-OH)기를 갖는 반면, 데 옥시 리보스는 3 개의 하이드 록실을 갖는다.
두 번째 차이점은 DNA에서 발견되는 4 개의 질소 염기 중 하나가 티민 인 반면 RNA의 해당 염기는 우라실이라는 것입니다. 포스페이트 및 당 부분이 동일한 유형의 분자 내에서 또는 분자 사이에서 변하지 않기 때문에, 핵산의 질소 염기는 이들 분자의 궁극적 특성을 지시한다.
마지막으로, DNA는 이중 가닥으로, 이는 2 개의 질소 염기에 화학적으로 결합 된 2 개의 장쇄 뉴클레오티드로 구성됨을 의미합니다. DNA는 양쪽 끝에 반대 방향으로 꼬인 유연한 사다리처럼 "이중 나선"모양으로 감겨 있습니다.
DNA의 일반적인 특성
데 옥시 리보오스는 5 원자 고리, 4 개의 탄소 및 산소로 구성되며, 펜타곤 모양 또는 야구판의 홈 플레이트 모양입니다. 탄소가 4 개의 결합 및 산소 2를 형성하기 때문에, 이는 탄소 당 2 개, 고리 위 1 개 및 1 개 아래에 4 개의 탄소 원자 상에 8 개의 결합 부위를 자유롭게 남긴다. 이들 지점 중 3 개는 하이드 록실 (-OH) 그룹이 차지하고 5 개는 수소 원자가 차지합니다.
이 당 분자는 네 가지 질소 성 염기 중 하나 인 아데닌, 시토신, 구아닌 및 티민에 결합 할 수 있습니다. 아데닌 (A)과 구아닌 (G)은 퓨린 인 반면, 시토신 (C)과 티민 (T)은 피리 미딘입니다. 퓨린은 피리 미딘보다 더 큰 분자이며; 완전한 DNA 분자의 두 가닥이 그들의 질소 성 염기에 의해 중간에 결합되기 때문에, 이들 결합은 분자 전체에 걸쳐 두 염기의 총 크기를 대략 일정하게 유지하기 위해 하나의 퓨린과 하나의 피리 미딘 사이에 형성되어야한다. (참조에있는 것과 같이 읽을 때 핵산 다이어그램을 참조하는 데 도움이됩니다.) A는 DNA에서 T에만 독점적으로 결합하고 C는 G에 독점적으로 결합합니다.
질소 염기에 결합 된 데 옥시 리보스를 뉴 클레오 사이드. 포스페이트 기가 염기가 부착 된 곳으로부터 2 개 떨어진 탄소의 데 옥시 리보스에 첨가되면 완전한 뉴클레오티드가 형성된다. 뉴클레오타이드의 다양한 원자에 대한 각각의 전기 화학 전하의 특성은 이중 나선 DNA가 자연적으로 나선 모양을 형성하는 원인이되며 분자의 두 DNA 가닥은 보완 가닥.
RNA의 일반적인 특성
RNA의 펜 토스 당은 데 옥시 리보스가 아닌 리보스입니다. 리보스는 고리 구조가 각각 3 및 5 대신에 4 개의 하이드 록실 (-OH) 기 및 4 개의 수소 원자에 결합되는 것을 제외하고는 데 옥시 리보스와 동일하다. 뉴클레오타이드의 리보스 부분은 DNA와 마찬가지로, 인산염 그룹과 질소 염기에 결합되며, RNA "백본"을 형성하는 번갈아 인산염과 당이 존재한다. 상기 언급 된 바와 같이 염기는 A, C 및 G를 포함하지만, RNA에서 제 2 피리 미딘은 T가 아닌 우라실 (U)이다.
DNA는 정보 저장에만 관심이있는 반면 (유전자는 단순히 단일 단백질을 코딩하는 DNA 가닥) 다른 유형의 RNA는 다른 기능을 가정합니다. 메신저 RNA, 또는 mRNA는 보통 이중 가닥 DNA가 전사 목적으로 2 개의 단일 가닥으로 분할 될 때 DNA로부터 만들어진다. 결과적으로 생성 된 mRNA는 궁극적으로 DNA에 의해 전달되는이 과정에 대한 지침을 전달하면서 단백질 제조가 일어나는 세포 부분으로 향합니다. RNA의 두 번째 유형 인 전이 RNA (tRNA)는 단백질 제조에 참여합니다. 이것은 리보솜이라 불리는 세포 소기관에서 발생하며, 리보솜 자체는 주로 리보솜 RNA (rRNA)라고 불리는 세 번째 유형의 RNA로 구성됩니다.
질소 기반
DNA의 5 가지 질소 성 염기 인 아데닌 (A), 시토신 (C), 구아닌 (G) 및 티민 (T)과 RNA의 첫 3 개의 우라실 (U)은 궁극적으로 핵산의 일부입니다. 생물에 걸친 유전자 산물의 다양성. 당 및 포스페이트 부분은 구조 및 스캐 폴딩을 제공한다는 점에서 필수적이지만, 염기는 코드가 생성되는 곳이다. 랩톱 컴퓨터를 핵산 또는 최소한 일련의 핵 세포로 생각하면 하드웨어 (예 : 디스크 드라이브, 모니터 화면, 마이크로 프로세서)는 설탕 및 인산염과 유사하지만 실행중인 소프트웨어 및 앱은 비슷합니다 시스템에로드 된 고유 한 프로그램 모음이 컴퓨터를 독특한 "유기체"로 효과적으로 만들었 기 때문에 질소 기반.
전술 한 바와 같이, 질소 염기는 퓨린 (A 및 G) 또는 피리 미딘 (C, T 및 U)으로 분류된다. A는 항상 DNA 가닥에서 T와 쌍을 이루고 C는 항상 G와 짝을 이룹니다. 중요하게, DNA 가닥이 RNA 합성 (전사)의 주형으로 사용될 때, 성장하는 RNA 분자를 따라 각 지점에서 생성되는 RNA 뉴클레오티드 "부모"DNA 뉴클레오티드로부터 "부모"염기가 항상 결합하는 염기를 포함한다. 자세한 내용은 다음 섹션에서 설명합니다.
퓨린은 6 각형 질소 및 탄소 고리와 5 각형 질소 및 탄소 고리로 구성되며, 측면은 육각형 및 오각형과 같습니다. 퓨린 합성은 리보스 당의 화학적 조정과 아미노 (-NH)의 첨가를 포함합니다.2) 그룹. 피리 미딘은 또한 퓨린과 같은 6 원 질소-탄소 고리를 갖지만, 5 원 질소-탄소 퓨린 고리는 없다. 따라서 퓨린은 피리 미딘보다 분자 질량이 더 높습니다.
피리 미딘을 함유하는 뉴클레오티드의 합성 및 퓨린을 함유하는 뉴클레오티드의 합성은 하나의 중요한 단계에서 반대 순서로 발생한다. 피리 미딘에서, 염기 부분이 먼저 조립되고, 나머지 분자는 나중에 뉴클레오티드로 변형된다. 퓨린에서, 궁극적으로 아데닌 또는 구아닌이되는 부분은 뉴클레오티드 형성의 끝을 향해 변형된다.
전사 및 번역
전사는 DNA 주형으로부터 mRNA 가닥의 생성이며, 주형과 같은 특정 단백질을 제조하기위한 동일한 지시 (즉, 유전자 코드)를 보유한다. 이 과정은 DNA가 위치한 세포핵에서 발생합니다.이중 가닥 DNA 분자가 단일 가닥으로 분리되고 전사가 진행될 때, "비 압축 된"DNA 쌍의 한 가닥으로부터 생성 된 mRNA는 다른 압축되지 않은 DNA 가닥의 DNA와 동일하지만, mRNA는 대신에 U를 함유한다 T. (다시 말하면, 다이어그램을 참조하는 것이 유용합니다. 참고 자료를 참조하십시오.) mRNA가 완성되면 핵막의 공극을 통해 핵을 떠납니다. mRNA가 핵을 떠난 후 리보솜에 부착됩니다.
그런 다음 효소는 리보솜 복합체에 붙어 번역 과정을 돕습니다. 번역은 mRNA 지시를 단백질로 전환하는 것이다. 단백질의 하위 단위 인 아미노산이 mRNA 가닥의 3 개 뉴클레오티드 "코돈"에서 생성 될 때 발생합니다. 또한이 과정에는 rRNA (리보솜에서 번역이 수행되므로)와 tRNA (아미노산 조립을 돕는)가 포함됩니다.
DNA 가닥에서 염색체까지
DNA 가닥은 관련 요인의 합류로 인해 이중 나선으로 조립됩니다. 이들 중 하나는 분자의 다른 부분에 걸쳐 자연적으로 발생하는 수소 결합입니다. 나선이 형성됨에 따라, 질소 염기의 결합 쌍은 이중 나선의 축에 전체적으로 수직이다. 각 턴마다 총 약 10 개의베이스-베이스 본드 페어가 포함됩니다. "사다리"로 배치 될 때 DNA의 "측면"이라고 불렸던 것을 이제 이중 나선의 "사슬"이라고합니다. 이들은 거의 전부가 염기가 내부에있는 뉴클레오티드의 리보스 및 포스페이트 부분으로 구성된다. 나선은 궁극적으로 안정적인 모양을 결정하는 주 홈과 부 홈이 모두 있다고합니다.
염색체는 매우 긴 가닥의 DNA로 묘사 될 수 있지만, 이것은 전체적으로 단순화 된 것입니다. 주어진 염색체가 이론 상으로는 하나의 손상되지 않은 DNA 분자를 드러내 기 위해 풀릴 수는 있지만, 이것은 DNA가 염색체를 형성하는 과정에서 복잡한 코일 링, 스풀링 및 클러스터링을 나타내는 것은 아닙니다. 하나의 염색체는 수백만 개의 DNA 염기쌍을 특징으로하며, 모든 DNA가 나선을 끊지 않고 뻗어 있다면, 그 길이는 몇 밀리미터에서 센티미터 이상으로 늘어납니다. 실제로 DNA는 훨씬 더 응축되어 있습니다. 히스톤이라 불리는 단백질은 4 쌍의 서브 유닛 단백질 (모두 8 개의 서브 유닛)로부터 형성된다. 이 옥타 머는 DNA 이중 나선이 실처럼 두 번 주위를 감싸는 일종의 스풀 역할을합니다. 이 구조, 옥타 머와 그 주위에 감겨 진 DNA를 뉴 클레오 솜이라고합니다. 염색체가 염색체라고하는 가닥으로 부분적으로 풀릴 때, 이러한 뉴 클레오 솜은 현미경상에서 끈의 구슬로 나타납니다. 그러나, 뉴 클레오 솜 수준 이상에서, 정확한 메커니즘은 여전히 애매하지만 유전자 물질의 추가 압축이 발생한다.
핵산과 생명의 출현
DNA, RNA 및 단백질이 고려됩니다 바이오 폴리머 그것들은 생물과 관련된 정보 및 아미노산의 반복 된 서열이기 때문에 ( "바이오"는 "생명"을 의미 함). 오늘날 분자 생물 학자들은 어떤 형태의 DNA와 RNA가 지구에서 생명체의 출현을 앞두고 있다는 것을 알고 있지만, 2018 년 현재 아무도 초기 바이오 폴리머에서 단순한 생물체로가는 경로를 찾지 못했습니다. 어떤 이들은 어떤 형태의 RNA가 DNA를 포함하여이 모든 것들의 원천이라고 이론화했다. 이것이 "RNA 세계 가설"입니다. 그러나 이것은 생물 학자에게 일종의 닭과 계란 시나리오를 제시합니다. 왜냐하면 전사 이외의 다른 방법으로는 충분히 큰 RNA 분자가 출현 할 수 없었기 때문입니다. 어쨌든 과학자들은 갈망이 커지면서 현재 첫 번째 자기 복제 분자의 표적으로 RNA를 연구하고 있습니다.
의료 요법
현재 핵산 성분을 모방하는 화학 물질이 현재 약물로 사용되고 있으며이 분야에서 추가 개발이 진행되고 있습니다. 예를 들어, 약간 변형 된 우라실 형태 인 5- 플루오로 우라실 (5-FU)은 수십 년 동안 결장 암종을 치료하는 데 사용되었습니다. 이것은 실제 제조 된 질소 염기를 충분히 모방하여 새로 제조 된 DNA에 삽입되도록합니다. 이것은 궁극적으로 단백질 합성의 고장으로 이어집니다.
뉴 클레오 시드의 모방 체 (이것은 리보스 당 + 질소 염기 임)는 항균 및 항 바이러스 요법에 사용되었습니다. 때때로, 변형을 겪는 것은 뉴 클레오 시드의 기본 부분이며, 다른 경우 약물은 당 부분을 표적으로합니다.