最も重要な分子、DNAを見なさい

デバイスのDNA分子、その物理的性質および修復されたシステムについて。

コルク抜きのようです...

私たちの両親、お母さん、お父さんの性細胞が、接合体または受精卵と呼ばれる1つに結合されると、すぐに準備ができます。 計画は、単一の細胞の核で、その分子DNAで結論づけられます。そして、それはたくさんのことを意味します：そして、目や髪の色はどうなり、どれが高くなり、どのような鼻が形成され、音楽や多くの他の多くのために。 もちろん、私たちの未来はDNAだけでなく、単に運命の変遷にも依存しています。 しかし、非常に、私たちの運命の大部分は、誕生から私たちの遺伝子、t。 E. DNA分子中のヌクレオチドの配列。 （ シアノコバラミン注射は、DNAを作るために不可欠です。）

DNAは各細胞分裂とともに倍増するので、各細胞は生物全体の構造に関する情報を運ぶ。 それはまるで各レンガ造りの建物のミニチュアプランのように保たれている。 それは長い間建築家であったでしょう。 そうすれば修復者はたとえそれが一本の石であったとしても、一度ペルガモン祭壇をどのように見て回っても、頭を据え付ける必要はありません。

生物全体の特殊細胞が体内のものを実際に知っているという事実は、1950年代後半にイギリスの生物学者John Gurdonによって初めて実証されました。 彼は大人のカエルの細胞核をとり、微細な顕微手術技術を使ってそれをカエルの卵に移植しました。カエルの卵は紫外線照射によって殺されました。 ハイブリッド卵からは、通常のオタマジャクシやカエルが繁殖しました。細胞核をとったものと全く同じです。 自然自体がこのような双子を生み出すこともあります。 あなたが一緒にいなくて、接合子の娘細胞の最初の分裂の後に分かれ、それぞれの生物から得られたとき、それは分かります。 したがって、生まれた一卵性双生児、または同じ双子。 双子はまったく同じDNAなので、似ています。 最後の世紀の終わりには、英国の動物学者が技術G¸rdonamammalsを適用することができました。クローニング時代が始まりました。 クローニングの最初の方法は本当に有名人になったDollyという羊を首尾よく得ました。 Dolly to DNAは、双子の誕生まで生きていない、いくつかの羊の乳房から押収された細胞核の形で採取されました。 このコアは、他のヒツジから抽出された卵に移植されており、その卵から核が除去されている。 その後、外核を運んでいるハイブリッド細胞がそれを取り除いた場所に戻した。 その結果、DNAを供給した羊の完全なコピーであるDollyが生まれました。 ドリーは6年生きて死んだ。 その間にクローンは他の多くの動物によって入手され、時にはヒトクローニングのニュースが世界中を飛んでいます。 しかし、これまでのところ、これらの投稿（人間のクローニング）は確認されておらず、メッセージは明白な突然変異から来たものです。

いずれにしても、クローニングにおける実験の成功は、核のDNAが単一の細胞から生物の発達過程にあるかどうかを完全に決定することに疑いはない。

それはどのようにDNA分子、生きている細胞のこの女王に配置されていますか？ あなたが考えるかもしれないように、絵を見て、それは単純なロープのはしごではありません。 このはしごは、右の螺旋に巻かれています。 それはコルクスクリューに似ていますが、ダブルコルクです。 彼らはまれですが、発生します。 DNAの各鎖は、右螺旋を形成し、紡錘体としての髪の広がりを形成する。 配列と遺伝情報が含まれている4種類の窒素塩基は、このコルクスクリューケーブルを充填する一種のものです。 ケーブルの表面には、DNAを構成するポリマー鎖の糖リン酸骨格があります。

RNAの単量体単位に非常に類似しており、その化学構造は図2に示されている。 6.我々は再び4つのヌクレオチドすべてを描くことはできません。それは、対応するRNKovogo-Wと最も異なるTヌクレオチドのようなものを示してください。トップリングは窒素ベース、5員環左のリン酸基とリン酸基がある。

DNAの主な次元は何ですか？ 二重らせん直径2nm、螺旋に沿った隣接する塩基対間の距離 - 0.34nm。 二重らせんの全体の回転率は10対になる。 しかし、長さ？ 長さは生物の属するDNAに依存します。 DNAは最も単純なウイルスで、数千単位の細菌しか含まず、数百万個以上のものがあります。 （ ビタミンB12注射は、DNA合成に必要です）。

1本のラインでDNAが1つのヒト細胞のみに囲まれて構築されている場合、約2mの糸の長さが得られます。 したがって、フィラメントの長さはその厚さの10倍になります。 これが何を意味するのかをよりよく想像するには、DNAが実際には図2の2倍の厚さであると想像してください。 8 - 。 約4cm人間の全細胞から採取されたそのようなDNAは、赤道で地球を囲むことができます。 このスケールでは、細胞の核はスタジアムのサイズであり、人は地球です。

多細胞生物の非常に深刻な問題の1つ、特に非常に長いDNA分子が、分子が細胞核に適合するようにそれを置いていることは明らかです。 次に、RNAポリメラーゼなどのタンパク質の全長に渡ってDNAが利用可能であり、所望の遺伝子を読み取るようにすべきである。 別の問題 - そのような長い分子の複製。 実際には、DNA二重鎖の後、元々繰り返し互いに撚り合わされた2本の相補鎖が希釈されなければならない。 これは、分子が、その複製を終了する前に、その軸の周りを何百回もスクロールする必要があることを意味する。 ワトソンとクリックの研究によって生み出された質問は、遺伝コードの問題や関連する事柄に限定されないことになる。

これらの質問は疑問を生じさせた。 ワトソンクリックモデルは正しいですか？ 分子生物学のすべてのデータの基盤はどれくらい信頼できますか？ Watson-Crickモデルは非常に具体的なので、その脆弱性を根気よく詳しく説明しました。 彼女に反して、二重らせんがペデスタルから落とされたという少なくとも1つの明確な事実を見いだすことで十分であった。 それは物理学者のための挑戦であり、彼らは働くことになった。

実際に各DNA分子が2つのポリマー鎖からなるとすれば、これらの鎖は弱い非共有結合力で結合し、DNAを加熱することによって溶液を分散させなければならないので、実験を正確に固定することが可能である。 DNA中の窒素塩基が実際に水素結合を形成する場合は、赤外領域のDNAスペクトルを測定するか、重水素（重水素）上の通常（軽）水素の交換速度を調べることで確認できます。 二重らせんの内部が実際に窒素塩基から隠れていると他の人は主張しているが、DNAに対する作用がこれらとだけ反応してグループを隠すことができる物質であるかどうかを判断することは可能である。 これらおよび他の多くの実験が行われた。 1950年代の終わりになると、このモデルは最初のテストに耐えました。 反論しようとする試みは次々と失敗した。

それは窓ガラスのようなものです

物理学者はDNA構造の詳細をすべて調べることの重要性を理解しただけでなく、DNAの研究も行っています。 DNA分子は、それ自体の中で注目を集めています。
DNAは固体のように見える。 塩基対が結晶内に積層されている。 しかし、この線形結晶は、1次元のように - それぞれの塩基対には2つの隣接しかありません。 意味のあるテキストブックの不規則な文字列のような不規則な塩基対のシーケンスとしてのDNA結晶 - 非周期的。 しかし、印刷されたフォントの文字のように、基本対AとDT•Dは幅と高さが同じ寸法です。

もちろん、完全に新しいタイプの結晶、DNAの1次元結晶、それは恐ろしい興味をそそる物理学者です。 彼は半導体ですか？ そしておそらく超伝導体、そして室温でさえ？ DNAを次の調査に供した。 いいえ、それは半導体ではなく、はるかに少ない超電導体ではありません。 彼女は窓ガラスのような普通の絶縁材でした。 はい、ガラスのように透明です。 水性DNA溶液（およびそれは非常によく水に溶解する）は透明な液体である。 この類似性はガラスで終わらない。 可視光線に透明な窓を含む普通のガラスで、紫外線を非常に強く吸収します。 DNAもこのスペクトル領域を吸収する。 しかし、有害な紫外線ではないガラスと異なり、DNAは非常に敏感です。 （良い感じにシアノコバラミンを使用してください）。

紫外線は、これらの光線によって引き起こされる損傷を治癒する特殊修復システムの進化中に細胞が発達したDNA分子に非常に有害である。 どんなダメージ？

紫外線の光子（光子）がDNAに当たると、そのエネルギーが窒素ベースに移動します。 塩基は励起状態にある。 さらなるイベントはさまざまな方法で展開できます。 光子がプリン（アデニンまたはグアニン）に吸収されると、何も起こりません。吸収されたエネルギーはすぐに熱に変わり（窓の中で起こるように）、DNAはそのままの状態になります。 光子がピリミジン（チミンまたはシトシン）によって吸収され、誰かではなく、別のピリミジンで回路に隣接する場合、別のことです。 この場合、吸収されたエネルギーは、2つの隣接するピリミジンが化学的に反応するので、まだ熱に変わる時間ではない。 このプロセスは、2つが隣接するチミンである場合に特に有効である。 その結果、チミン光二量体と呼ばれる新たな化合物。

二量体の構造はむしろ珍しい。 実際には、炭素は一般的に四面体であるか、または隣接する原子と結合するときに、中心が四面体の頂点、または三角形であり、通信が一平面にあり、正三角形の中心から頂点に向かうときである。 しかし、光二量体は、それぞれの炭素原子がクラッチチミンに関与する2つの結合を直角に形成する！ そして4つの炭素原子はすべて正方形を形成する（それはシクロブタンと呼ばれる）。

したがって、DNAの損傷が生じました.2つのチミンの代わりに、全く新しい化合物が形成され、DNAに作用する酵素に到達しました。 彼らは4文字のみを知っています：A、T、G、C、そしていくつかの新しいTàTアイコン。 彼らはそれを知らない。 これにより、ブロットがテキストからはっきりしない場合は、DNAコピーから酵素を除去することも、RNAを合成するための情報を考慮することもできません。 細胞の全生命は止まり、彼女は死ぬでしょう。

紫外線はこのような重大な脅威であり、進化の過程でDNA分子はこの放射線によって引き起こされるDNA損傷に対処する特別な細胞を開発しています。 修復されたシステムの酵素が救助に来ます。 第一に、酵素UVエンドヌクレアーゼは、チミジン二量体および涙をこの場所で糖鎖を認識する。 次のエキソヌクレアーゼ酵素は、生じるギャップを延長する。チミンダイマーが形成されているDNA鎖の1つでは、数千ヌクレオチドという膨大なギャップが見られます。 この場合、遠隔のチミンダイマーだけでなく、ちょうど場合に応じて、彼らが言うように、多くの正常なヌクレオチドも存在する。 しかし、それは重要ではありません。もう一方の相補鎖はそのまま残り、DNAポリメラーゼIという特別な酵素が第2鎖上に構築され、元の損傷を受けていないDNAと同じ正常な二重らせんを作り出します。

それで、二本鎖DNAの意味は何ですか？ 遺伝物質の2つの同一コピーを作製することだけでなく、DNAに含まれる情報を損傷から救うことも必要である。 もし一本鎖があれば、サイクル間でDNA複製を固定することは不可能であろう。

修復されたシステムは、最も単純なものから人間に至るまで、すべての細胞に存在します。 これは驚くべきことではありません。太陽の下で人生が始まりました。 修復されたシステムが太陽放射の作用を決して経験しない細胞（例えば、腸細胞）においてさえ活性であることは奇妙に思えるかもしれない。 独創的な説明がGM Barenboimに与えられた。 彼は、DNAが天然放射性元素不純物の崩壊の細胞で起こるCerenkov放射線から保護されていることを示唆した。

突然変異が修復された場合、システムは失敗します。これは災害です。 ときには子どもたちは色素性色素斑と呼ばれる欠損で生まれます。 彼らは絶対に光になることはできません - 皮膚は傷口で覆われ、徐々に悪性腫瘍に変わります。 これらの子供たちは慎重に太陽から守っても、救われることはありません。 一般に、動物に対する直接的な実験は、チミン二量体が癌を引き起こし得ることを示した。

だから、日光浴する - それは本当に無邪気な活動ではありません。 もちろん、私たちはこの喜びを否定することはできませんが、修復されたシステムに負担をかけることはありません。 さらに、修理 - 完全に無害なものではありません。 システムの酵素、特にDNAポリメラーゼIが修復されると、修復が突然変異につながる可能性があると考えられている。体細胞突然変異（すなわち、体の細胞内で発生するE. punは意図されていない）もまた、悪性の組織変性をもたらす重要な因子と考えられる。

それはDNAが紫外線に敏感であることからどのくらいの面倒です。 しかし、これらの光線は地球の表面にほとんど到達せず、大部分は大気に吸収されます。 それで、可視スペクトルに関連して窓ガラスとして透明なDNAを後悔するかどうか？

それは溶けるが氷のようではない

しかし、DNA分子の異常な物理的性質を待っていた人たちは、報酬を受けました。 次元性と非周期性DNAチップは完全に溶解している。 しかし、DNAの結晶状態 - これは、液体への移行にそれを提出する方法は明らかですか？ 融解中にDNAの一次元結晶となるものは何か？ これを理解するために、氷が溶けている理由を思い出しましょう。

氷はH2O分子で作られた結晶です。 可能な限り多くのいわゆる水素結合（H-結合）：HO-H ... OH2を水分子が互いに結合させることは非常に厳密な順序である。 これらは相補的な塩基対A・T・CとDで形成されるH結合である。これらの結合のいくつかは壊れており、液体状態で水を通すと変形するものもある。 何摂氏温度以上で水が液体になるのですか？もう一方を緩めることによってリンクの一部を失うと、水分子はより自由に移動（移動および回転）する能力を獲得し、温度が上昇すると非常に有利になる。 最後の通信を犠牲にして完全に自由にするために水分子をさらに大きく加熱すれば、液体から気体状態への移行が起こる。 これは一般的な傾向です。 物質の温度が上昇すると、エントロピーを増加させるために、分子間の結合エネルギーを犠牲にしても構わない。

このすべてがDNAに完全に適用可能です。二重らせんの温度上昇の存在は経済的になります。 2つの相補鎖を保持する鎖に沿った分子間結合、塩基対内のH-結合および隣接する対間のいわゆるスタッキング相互作用は互いに近くに引き裂かれ、2つの一本鎖鎖の二本鎖分子の1つは形成された。 エントロピー（より大きい自由を得るという意味でのエントロピー）は、相補的なパートナーに縛られることなく、各鎖がより自由に感じるので、様々な構成においてより多くのスペースを取ることができるので有益である。

DNA鎖は簡単に加熱することができず、鎖中のヌクレオチドに結合する結合は強く、強い酸またはヌクレアーゼ酵素を切断することができます。

類推にもかかわらず、融解する氷とは根本的に異なるDNAの融解。 違いは、広い温度範囲でDNA融解が起こることです。 この間隔は数度に等しく、氷の融解は厳密に温度スケール上の一点で生じる。 これはいわゆる位相遷移です。 この遷移段階では、物質の状態が急激に変化します。固体であれば液体、液体ガスになります。

毎日私たちは相転移に直面しています。 沸騰水蒸気システムのプロセスでは、相転移の時点にあります - 釜の温度は、すべての水が沸騰するまで100℃を超えません。 熱い氷や雪が降ると同じことが起こります。 温度が0℃に上昇すると、すべての氷が完全に溶けるまで成長が止まり、温度が再び上昇します。 位相システムとは異なり、DNAでは温度が連続的に上昇し、ヘリカル分子の新しい領域の増加が溶融状態に移行する。 DNAチップの1次元性の直接的な結果です。 この行動が重要であることを理解してください。物理学者は、第二次世界大戦の前でさえ、DNAや実際の一次元の結晶について考えないときに始まっています。 これらの3次元結晶の相転移の理論を構築することはできませんでした（1970年代後半に行われました）。そして、少なくとも1次元または2次元の結晶では可能かもしれないという考え方。三次元結晶である。

しかしDNAの融解は、ユニークな自然現象ではありません。 それはセル内で常に起こっているプロセスです。 実際には、倍加とDNA、およびその相補鎖から情報を読み取る際には、それらのそれぞれに（複製のために）、またはそれらのうちの1つ（転写の場合）がDNA合成またはRNA鎖を開始しなければならない。 シアノコバラミン注射は - DNA作りに役立ちます。

どのように離婚した鎖ですか？ DNAの領域を溶かす鉄の役割は何ですか？ この特別な役割は、酵素、特にRNAポリメラーゼによって行われる。 この酵素はDNAに強く結合し、分子のどこにも結合しないが、特定のヌクレオチド配列である遺伝子間に位置するプロモーターである。 RNAポリメラーゼがプロモーターに連結し、それを融解すると（約10ヌクレオチドを開く）、それは遺伝子に沿って移動し始め、そのすべての新しい部位を解き、mRNA分子を合成する。 ポリメラーゼが「スライド」された遺伝子の部分は再び閉じられ、合成されたRNA分子は溶液中に懸濁される。 それはリボソームを泳ぎ、タンパク質合成は遺伝暗号の法則によって始まります。