Definition
二重らせんとは、私たちの遺伝分子であるDNAの形状を表す言葉です。 この一目でわかる構造は、2 本の DNA 鎖が互いにねじれ、中央で水素結合により接続されています。 水素結合は、DNA の繰り返し単位であり、遺伝暗号の言語であるヌクレオチドの間に形成されます。
DNAの二重らせん構造は、1950年代のジェームズ・ワトソンとフランシス・クリックによる画期的な研究によって明らかにされました。 この発見は、生物学における今日までの最も重要な進歩の1つと考えられています。 3268>
An Overview of the Structure of DNA
DNAの各鎖は、ヌクレオチドという一連の繰り返し単位から成っています。 したがって、DNAの各鎖はポリヌクレオチドと呼ばれる。 このヌクレオチドは、
- 炭素数5の糖（デオキシリボース）
- リン酸基
- 窒素塩基
あるヌクレオチドのデオキシリボース糖の4番目の炭素は、隣の塩基のリン酸基とリン酸ジエステル結合を形成しています。 これは、DNAの鎖の糖-リン酸骨格の基礎を形成する。
窒素塩基はDNAの「言語」である。 DNAには、グアニン（G）、アデニン（A）、チミン（T）、シトシン（C）の4つの窒素塩基がある。 これらは、その構造から2つのグループに分けられる。 グアニンとアデニンは炭素数2の窒素環を持つプリンで、チミンとシトシンは炭素数1の窒素環を持つピリミジンです。
DNA分子の中のこの4文字の組み合わせは、我々が遺伝暗号と呼ぶもので、この暗号には生物全体を構築して動かすためのすべての指示が含まれています
これらのポリヌクレオチド鎖はそれぞれ相補鎖と対になり、互いに巻きついて二重らせん構造を形成しています。 この複雑な構造はどのようにして明らかにされたのでしょうか。
DNAの二重らせん構造の発見
DNAの二重らせん構造の発見は、最も重要でよく知られている科学の飛躍の 1 つです。 この発見は、1950年代に生物学者のジェームズ・ワトソンと物理学者のフランシス・クリックが行ったものとされています。 この二人は、後にノーベル賞を受賞している。また、モーリス・ウィルキンスは、この画期的な発見につながる研究で重要な役割を果たしたにもかかわらず、見過ごされがちである。 実際、彼の自伝には「二重らせんの三人目」というタイトルがついています。
彼らの発見が発表される前に、DNAの構成についてはすでに多くの研究が行われ、いくつかの光が当てられていました。 たとえば、DNAがヌクレオチドから構成されていること、DNAの分子内のプリンとピリミジンの比率が等しいこと（シャルガフの法則として知られています）はすでに知られていました。
ワトソンとクリックは、これらの証拠と、ロザリン・フランクリンが集めたX線結晶学データを、それまでに集めたすべての証拠のパラメータを満足する構造に落とし込んでモデルを導き出したのです。 彼らは、厚紙の模型を何枚も使い、納得のいく構造になるまで丁寧に組み立てていった。 このようにして、数十年経った今でも正確であると広く認められているモデルを作り上げたのです。 クリックはケンブリッジの地元のパブに駆け込み、彼とワトソンが「生命の秘密を発見した」と発表したのです。 このプレートは、かつて一般市民によって修正され、「ロザリンド・フランクリンが果たした重要な役割に敬意を表して、＋フランクリン」と付け加えられた！
DNA二重らせん構造の特徴
ワトソン/クリックモデルのDNA二重らせんの重要な特徴には、次のものがある：
らせん方向
DNAの単一分子は2本鎖からなり、互いに絡まってらせん状を形成しています。 らせんはおよそ10ヌクレオチドに1回回転します。 螺旋の方向はほとんど右巻きです。つまり、2本の鎖を螺旋階段のように想像すると、下るには右に曲がらなければなりません。 らせんの外側にはDNA鎖があり、らせんの中心には窒素塩基があります。
Complementary Base Pairing
各鎖のヌクレオチドが水素結合を起こすとき、特定の方法で起こります。 アデニンはチミン、シトシンと常にペアとなり、グアニンと常にペアとなる。 グアニンとシトシンの間には3つの水素結合があり、チミンとグアニンの間には2つの水素結合がある。 このように、DNAの鎖は互いに相補的であると言われている。
遺伝暗号
ヌクレオチドの配列は生物間で変化し、遺伝情報を保持して各生物をユニークにしているものである。 DNAの配列は世代間で伝播される。 このように、DNAの配列は生命の存続に不可欠です。
反平行配向
DNA鎖は互いに反平行に走っています。 つまり、ある分子の末端では、一方の鎖はリン酸基（リン酸基は5番目の炭素に付いているので5’と呼ばれる）上で終わり、もう一方の鎖は水酸基（OH基は3番目の炭素に付いているので3’と呼ばれる）上で終わっているのである。 3268>
Major and Minor Grooves
DNAの構造は、2本の鎖のバックボーンが、らせんの片側で他方より近くにあることを意味します。 近接しているところでは、その構造を大溝と呼びます。
これらの側面は機能的に重要であり、ある種のタンパク質は大溝に優先的に結合します。 これらのタンパク質は通常、転写因子やDNA複製酵素のように、ヌクレオチドと相互作用する必要がある因子である。 一方、配列特異性を必要としない他のタンパク質は、小溝と相互作用します。
The Unwinding Enzyme
次の世代に DNA を渡すには、コピーする必要があります。 忠実に複製するためには、二重らせんを巻き戻し、または解凍して、細胞機構がヌクレオチド配列にアクセスできるようにする必要があります。 ヘリカーゼの機能は、対になったヌクレオチド間の水素結合を切断して、DNAの構造を再構築することです。 また、DNAヘリカーゼはDNA損傷の修復や転写の過程でも重要です。
代替DNA構造
ワトソンとクリックのモデルは、B-DNAと呼ばれるDNAの最も一般的な構造を指しています。 もう 2 つの DNA の構造は、自然界では非常に稀なものです。 Z-DNAとA-DNAである。 Z-DNAは左巻きらせんで、長溝と短溝を定めるような強い違いはない。 A-DNA は B-DNA と構造がよく似ていますが、より圧縮されてコンパクトです。