두 DNA 가닥의 연결은 고리화 과정에서 DNA 사슬의 연결이 형성되는 과정입니다. 한 쌍 이상의 폴리머 사슬이 닫혀 있으면 서로 다른 유형의 상호 연결을 형성할 수 있습니다. 특히, 맞물림은 원형의 닫힌 형태의 DNA에서 이중 나선 가닥에 의해 형성됩니다(여기서 DNA 이중 나선은 주로 단일 중합체 사슬로 간주됩니다). 연결된 DNA 분자는 자연에서 매우 흔하며 실험실에서 생산될 수 있습니다. 두 체인의 링크는 일반적으로 위상적으로 동일하지 않은 유형이 무한히 많습니다. 연결 순서의 개념은 원형의 닫힌 DNA에 형성된 특정 클래스의 연결만을 명확하게 특징짓습니다. 전체적인 그림은 훨씬 더 복잡해 보입니다.

고분자 사슬이 용액에서 무작위 고리화를 겪을 때, 결국 다른 토폴로지 상태가 될 수 있습니다. 절연된 회로의 경우, 즉 결과 링크를 고려하지 않고 이러한 토폴로지 상태의 확률에 대한 이 질문은 무작위 폐쇄 중에 다양한 노드가 형성될 확률로 귀결됩니다. 얽힘 확률을 고려한다면, 우선 질량 중심 사이의 거리가 일정할 때 두 사슬이 무작위로 닫히는 동안 얽힌 상태(또는 얽히지 않은 상태)가 형성될 확률에 대한 문제를 고려해야 합니다. , R(Klenin K.V. ea, 1988, Frank-Kamenetskii M.D. ea, 1975, Vologodsky A.V. et al., 1974a 및 Iwata K., 1983). 무한히 얇은 사슬 모델에 대한 계산 결과(Klenin K.V. ea, 1988)가 표시되어 있습니다. 서로 다른 곡선은 각 체인의 서로 다른 세그먼트 수에 해당합니다(두 체인 모두 동일한 수의 세그먼트로 구성되는 것으로 가정): 1 - 20개 세그먼트, 2 - 40개, 3 - 80개 세그먼트. 작은 R에서 링크가 형성될 확률이 높다는 것은 연결되지 않은 두 개의 체인이 서로 접근함에 따라 시스템의 상태 수가 크게 감소한다는 것을 의미합니다. 결과적으로 연결되지 않은 무한히 얇은 고리 폴리머 사슬의 솔루션은 이상적이지 않습니다. 그 안에서는 엔트로피 성격의 체인 사이에 반발이 발생합니다. 통계 역학에서 이러한 반발력은 일반적으로 두 번째 비리얼 계수 B(Landau L. 및 Lifshitz E.M., 1964)에 의해 정량적으로 특성화됩니다. 맞물리지 않은 링의 해에 대한 B 값은 그림 1의 데이터로부터 계산할 수 있습니다. 두 사슬 사이의 얽힘이 형성될 확률. 이 값(그림 2의 비리얼 계수 계산 참조)은 서로 불투과성인 구형 입자에 해당하는 값 B에 가까운 것으로 나타납니다. 반경은 a의 제곱 평균 제곱근 반경과 같습니다. 폐쇄형 폴리머 사슬(Klenin K.V. ea, 1988). 따라서 이상적인 무한히 얇은 폐쇄 회로라도 강한 상호 반발력을 경험해야 하며 이는 전적으로 위상적 제한으로 인한 것입니다.

카테난, 즉 DNA 분자의 결합이 일부 세포에서 발견되었습니다(Clayton D.A. 및 Vinograd J., 1967, Hudson B. 및 Vinograd J., 1967). 얽힘이 있는 위상학적 구조의 예는 서로 맞물린 원형 DNA 운동체의 거대한 네트워크에 의해 제공됩니다(Borst P. 및 Hoeijmakers J.H.J., 1979의 검토 참조). 이러한 네트워크에는 수만 개의 원형 DNA 분자가 포함되며, 대부분은 구조가 동일합니다.

이중 가닥 DNA의 토폴로지를 연구하는 주요 방법은 전자 현미경과 겔 전기 영동입니다. 그러나 DNA의 일반적인 전자현미경 사진에서는 기판의 교차점에서 어느 가닥이 더 높고 어느 것이 낮은지 판단하기 어렵기 때문에 분자의 토폴로지를 분석하는 것이 매우 어렵습니다. 대부분의 경우, 이중 나선이 RecA 단백질에 결합함으로써 이 어려움이 처음으로 극복되었습니다(Krasnow M.A.ea, 1983). 이 경우 DNA 가닥이 너무 두꺼워져 DNA 세그먼트 교차점의 구조가 사진에서 명확하게 보입니다. 반면, 갈고리형 DNA 분자는 연결되지 않은 분자와 겔 내 이동성이 다르기 때문에 전기영동 중에 분리될 수 있습니다(Wasserman S.A. 및 Cozzarelli N.R., 1986 참조). 당연히 이 방법에는 특별한 교정이 필요합니다. 왜냐하면 특정 위상 구조가 매듭이 없는 원형 형태의 DNA에 비해 겔에서 어떤 위치를 차지해야 하는지 미리 말하는 것이 불가능하기 때문입니다. 그러나 현재 연구 중인 DNA의 매듭이 없는 위상이성질체와 관련된 다양한 위상학적 구조의 이동성에 관한 상당히 많은 양의 실험 자료가 이미 축적되어 있습니다. 당연히 이 방법으로 서로 맞물린 DNA 분자를 연구할 때 단일 가닥 절단을 포함해야 합니다. 그렇지 않으면 이동성은 이중 나선 가닥의 맞물림 순서에 따라 달라지기 때문입니다.

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1. 상보성의 원리에 따라 주어진 DNA 분자의 두 번째 가닥인 T-T-C-A-G-A-T-T-G-C-A-T-A를 만듭니다.

2. 하나의 뉴클레오티드 길이(0.34 nm)를 알면 이 DNA 단편의 길이를 결정합니다(DNA에서 한 사슬의 길이는 전체 분자의 길이와 같습니다): 13x0.34 = 4.42 nm.

3. 주어진 DNA 사슬에 있는 뉴클레오티드의 백분율을 계산합니다.

13개 뉴클레오티드 – 100%

5A – x%, x=38%(A).

2G – x%, x=15.5%(G).

4 T – x%, x=31%(T).

2C – x%, x=15.5%(C).

답: T-T-C-A-G-A-T-T-G-C-A-T-A; 4.42nm; A=38%; T=31%; G=15.5%; C=15.5%.

문제 21. 한 DNA 가닥의 단편에서 뉴클레오티드는 A-A-G-T-C-T-A-C-G-T-A-T 순서로 위치합니다.

1. 이 DNA 분자의 두 번째 가닥 구조에 대한 다이어그램을 그리십시오.

2. 하나의 뉴클레오티드가 약 0.34 nm를 차지한다면 이 DNA 단편의 길이는 nm 단위로 얼마입니까?

3. DNA 분자의 이 단편에는 몇 개의 뉴클레오티드(%)가 있습니까?

1. 우리는 상보성 규칙(T-T-C-A-G-A-T-G-C-A-T-A)을 사용하여 이 DNA 분자 조각의 두 번째 가닥을 완성합니다.

2. 이 DNA 단편의 길이를 결정하십시오: 12x0.34 = 4.08 nm.3. 우리는 이 DNA 단편의 뉴클레오티드 비율을 계산합니다.

24개 뉴클레오티드 – 100%

8A – x%, 따라서 x=33.3%(A);

왜냐하면 샤가프(Chargaff)의 규칙 A=T에 따르면, 이는 T=33.3%의 함량을 의미하며;

24개 뉴클레오티드 – 100%

4G – x%, 따라서 x=16.7%(G);

왜냐하면 샤가프(Chargaff)의 법칙에 따르면 G=C, 이는 C=16.6%의 함량을 의미합니다.

답변: T-T-C-A-G-A-T-G-C-A-T-A; 4.08nm; A=T=33.3%; G=C=16.7%

문제 22. 첫 번째 DNA 가닥이 구아닌 18%, 아데닌 30%, 티민 20%로 구성되어 있다면 두 번째 DNA 가닥의 구성은 어떻게 될까요?

1. DNA 분자의 사슬이 서로 상보적이라는 것을 알고 두 번째 사슬의 뉴클레오티드 함량(%)을 결정합니다.

왜냐하면 첫 번째 체인에서 G = 18%, 이는 두 번째 체인에서 C = 18%를 의미합니다.

왜냐하면 첫 번째 체인에서 A=30%, 이는 두 번째 체인에서 T=30%를 의미합니다.

왜냐하면 첫 번째 체인에서 T=20%, 이는 두 번째 체인에서 A=20%를 의미합니다.

2. 첫 번째 사슬의 시토신 함량(%)을 결정합니다.

DNA의 첫 번째 가닥에서 시토신의 비율을 결정합니다: 100% – 68% = 32%(C);

첫 번째 체인에서 C = 32%이면 두 번째 체인에서 G = 32%입니다.

답: C=18%; T=30%; A=20%; G=32%

문제 23. DNA 분자에는 총 뉴클레오티드 수의 23%가 아데닐 뉴클레오티드입니다. 티미딜 및 시토실 뉴클레오티드의 수를 결정합니다.

1. Chargaff의 규칙을 사용하여 주어진 DNA 분자에서 티미딜 뉴클레오티드의 함량을 찾습니다: A=T=23%.

2. 주어진 DNA 분자에서 아데닐과 티미딜 뉴클레오티드 함량의 합(%)을 구합니다: 23% + 23% = 46%.

3. 주어진 DNA 분자에서 구아닐 및 시토실 뉴클레오티드 함량의 합(%)을 구하십시오: 100% – 46% = 54%.

4. 샤가프의 법칙에 따르면, DNA 분자 G = C에서 전체적으로는 54%를 차지하고, 개별적으로는 54% : 2 = 27%를 차지합니다.

답: T=23%; C=27%

문제 24. 상대 분자량이 69,000이고 그 중 8625개가 아데닐 뉴클레오티드인 DNA 분자가 있다고 가정합니다. 하나의 뉴클레오티드의 상대적 분자량은 평균 345입니다. 이 DNA에는 몇 개의 개별 뉴클레오티드가 있습니까? 분자의 길이는 얼마입니까?

1. 주어진 DNA 분자에 몇 개의 아데닐 뉴클레오티드가 있는지 확인하십시오: 8625:345 = 25.

2. 샤가프(Chargaff)의 법칙에 따르면 A = G, 즉 주어진 DNA 분자에서 A=T=25.

3. 이 DNA의 전체 분자량 중 구아닐 뉴클레오타이드가 차지하는 비율을 결정하십시오: 69,000 – (8625x2) = 51,750.

4. 이 DNA의 구아닐 및 시토실 뉴클레오티드의 총 수를 결정하십시오: 51,750:345=150.

5. 구아닐 및 시토실 뉴클레오티드의 함량을 별도로 결정합니다: 150:2 = 75;

6. 이 DNA 분자의 길이를 결정하십시오: (25 + 75) x 0.34 = 34 nm.

답: A=T=25; G=C=75; 34nm.

문제 25. 일부 과학자들에 따르면, 인간 생식 세포 하나의 핵에 있는 모든 DNA 분자의 총 길이는 약 102cm입니다. 한 세포의 DNA에는 몇 개의 뉴클레오티드 쌍이 포함되어 있습니까(1 nm = 10–6 mm)?

1. 센티미터를 밀리미터와 나노미터로 변환합니다: 102 cm = 1020 mm = 1,020,000,000 nm.

2. 하나의 뉴클레오티드 길이(0.34 nm)를 알면 인간 배우자의 DNA 분자에 포함된 뉴클레오티드 쌍의 수를 결정합니다: (102 x 107): 0.34 = 3 x 109 쌍.

답: 3'109 파.

작업 26. 형성된 디펩타이드의 공식을 작성하십시오.

a) 티로신 및 시스테노인; b) 세린 및 페닐알라닌; c) 글리신과 시스테인.

문제 27. 다른 탄소 함유 물질을 사용하지 않고 메탄에서 글리신을 얻습니다.

오른쪽에는 2016년 4월 23일 기네스북에 등재된 바르나(불가리아) 해변의 사람들로부터 만들어진 인간 DNA의 가장 큰 나선이 있습니다.

디옥시리보핵산. 일반 정보

DNA(디옥시리보핵산)는 일종의 생명 청사진으로, 유전 정보에 대한 데이터가 담긴 복잡한 코드입니다. 이 복잡한 거대분자는 유전적 유전 정보를 한 세대에서 다음 세대로 저장하고 전달할 수 있습니다. DNA는 유전 및 변이성과 같은 살아있는 유기체의 특성을 결정합니다. 여기에 인코딩된 정보는 모든 살아있는 유기체의 전체 개발 프로그램을 설정합니다. 유전적으로 결정된 요인은 사람과 다른 유기체의 전체 삶의 과정을 미리 결정합니다. 외부 환경의 인공적 또는 자연적 영향은 개인의 유전적 특성의 전반적인 발현이나 프로그램된 과정의 발달에 약간만 영향을 미칠 수 있습니다.

디옥시리보핵산(DNA)는 살아있는 유기체의 발달과 기능을 위한 유전 프로그램의 저장, 세대 간 전달, 구현을 보장하는 거대분자(세 가지 주요 분자 중 하나, 나머지 두 개는 RNA 및 단백질)입니다. DNA에는 다양한 유형의 RNA와 단백질의 구조에 대한 정보가 포함되어 있습니다.

진핵 세포(동물, 식물 및 균류)에서 DNA는 염색체의 일부로 세포핵과 일부 세포 소기관(미토콘드리아 및 색소체)에서 발견됩니다. 원핵 생물(박테리아 및 고세균)의 세포에서는 소위 핵양체라고 불리는 원형 또는 선형 DNA 분자가 내부에서 세포막에 부착됩니다. 이들과 하등 진핵생물(예: 효모)에서는 플라스미드라고 불리는 작은 자율적이고 주로 원형인 DNA 분자도 발견됩니다.

화학적 관점에서 DNA는 뉴클레오티드라고 불리는 반복 블록으로 구성된 긴 중합체 분자입니다. 각 뉴클레오티드는 질소 염기, 당(디옥시리보스) 및 인산염 그룹으로 구성됩니다. 사슬의 뉴클레오티드 사이의 결합은 디옥시리보스( 와 함께) 및 인산염( 에프) 그룹(포스포디에스테르 결합).

쌀. 2. 뉴클레오티드는 질소 염기, 당(디옥시리보스) 및 인산기로 구성됩니다.

대부분의 경우(단일 가닥 DNA를 포함하는 일부 바이러스 제외), DNA 거대분자는 서로를 향한 질소 염기로 배향된 두 개의 사슬로 구성됩니다. 이 이중 가닥 분자는 나선을 따라 꼬여 있습니다.

DNA에는 네 가지 유형의 질소 염기(아데닌, 구아닌, 티민 및 시토신)가 있습니다. 사슬 중 하나의 질소 염기는 상보성의 원리에 따라 수소 결합에 의해 다른 사슬의 질소 염기에 연결됩니다. 즉, 아데닌은 티민과만 결합합니다( 에), 구아닌 - 시토신( G~C). DNA 나선 "계단"의 "가로대"를 구성하는 것은 이러한 쌍입니다(그림 2, 3 및 4 참조).

쌀. 2. 질소 염기

뉴클레오티드 서열을 사용하면 다양한 유형의 RNA에 대한 정보를 "인코딩"할 수 있으며, 그 중 가장 중요한 것은 메신저 또는 주형(mRNA), 리보솜(rRNA) 및 수송(tRNA)입니다. 이러한 모든 유형의 RNA는 전사 중에 합성된 RNA 서열에 DNA 서열을 복사하여 DNA 주형에서 합성되고, 단백질 생합성(번역 과정)에 참여합니다. 코딩 서열 외에도 세포 DNA에는 조절 및 구조적 기능을 수행하는 서열이 포함되어 있습니다.

쌀. 3. DNA 복제

DNA 화합물의 기본 조합 배열과 이러한 조합 간의 정량적 관계는 유전 정보의 코딩을 보장합니다.

교육 새로운 DNA(복제)

1. 복제 과정: DNA 이중나선의 풀림 - DNA 중합효소에 의한 상보적 가닥의 합성 - 하나에서 두 개의 DNA 분자 형성.
2. 이중 나선은 효소가 화합물의 염기쌍 사이의 결합을 끊을 때 두 개의 가지로 "압축 해제"됩니다.
3. 각 가지는 새로운 DNA의 요소입니다. 새로운 염기쌍은 상위 가지와 동일한 순서로 연결됩니다.

복제가 완료되면 모 DNA의 화학적 화합물로 생성되고 동일한 유전암호를 갖는 두 개의 독립적인 나선이 형성됩니다. 이러한 방식으로 DNA는 세포에서 세포로 정보를 전달할 수 있습니다.

더 자세한 정보:

핵산의 구조

쌀. 4 . 질소 염기: 아데닌, 구아닌, 시토신, 티민

디옥시리보핵산(DNA)는 핵산을 의미합니다. 핵산단량체가 뉴클레오티드인 불규칙한 생체고분자의 한 종류입니다.

뉴클레오티드구성하다 질소 염기, 5탄소 탄수화물(5탄당)에 연결됨 - 디옥시리보스(DNA의 경우) 또는 리보스(RNA의 경우) 인산 잔기(H 2 PO 3 -)와 결합합니다.

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

쌀. 5. 뉴클레오티드의 구조(왼쪽), DNA에서 뉴클레오티드의 위치(아래) 및 질소 염기의 유형(오른쪽): 피리미딘과 퓨린

오탄당 분자의 탄소 원자는 1부터 5까지 번호가 매겨져 있습니다. 인산염은 세 번째와 다섯 번째 탄소 원자와 결합합니다. 이것이 뉴클레이노타이드가 핵산 사슬로 결합되는 방식입니다. 따라서 우리는 DNA 가닥의 3'과 5' 끝을 구별할 수 있습니다.

쌀. 6. DNA 사슬의 3' 및 5' 끝 분리

DNA의 두 가닥이 형성됨 이중 나선. 나선형의 이러한 사슬은 반대 방향으로 향합니다. DNA의 서로 다른 가닥에서 질소 염기는 다음과 같이 서로 연결됩니다. 수소결합. 아데닌은 항상 티민과 짝을 이루고, 시토신은 항상 구아닌과 짝을 이룹니다. 그것은이라고 상보성 규칙.

상보성 규칙:

A-T G-C

예를 들어, 다음과 같은 서열의 DNA 가닥이 주어졌다면

3'- ATGTCCTAGCTGCTCG - 5',

그러면 두 번째 사슬은 이에 대해 보완적이며 반대 방향(5' 끝에서 3' 끝)으로 향하게 됩니다.

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3'.

쌀. 7. DNA 분자 사슬의 방향과 수소 결합을 이용한 질소 염기의 연결

DNA 복제

DNA 복제주형 합성을 통해 DNA 분자를 두 배로 늘리는 과정입니다. 대부분의 자연 DNA 복제의 경우뇌관DNA 합성에는 짧은 조각 (재창조). 이러한 리보뉴클레오티드 프라이머는 효소 프리마제(원핵생물의 DNA 프리마제, 진핵생물의 DNA 폴리머라제)에 의해 생성된 후 일반적으로 복구 기능(DNA 분자의 화학적 손상 및 파손 수정)을 수행하는 데옥시리보뉴클레오티드 폴리머라제로 대체됩니다.

복제는 반보존적 메커니즘에 따라 발생합니다. 이는 DNA의 이중 나선이 풀리고 상보성의 원리에 따라 각 사슬에 새로운 사슬이 만들어지는 것을 의미합니다. 따라서 딸 DNA 분자는 모 분자의 한 가닥과 새로 합성된 한 가닥을 포함합니다. 복제는 모 가닥의 3'에서 5' 끝 방향으로 발생합니다.

쌀. 8. DNA 분자의 복제(배가)

DNA 합성- 언뜻보기에는 프로세스가 복잡하지 않습니다. 생각해 보면 먼저 합성이 무엇인지부터 알아야합니다. 이것은 무언가를 하나의 전체로 결합하는 과정입니다. 새로운 DNA 분자의 형성은 여러 단계로 발생합니다.

1) 복제 분기점 앞에 위치한 DNA 토포이소머라제는 DNA의 풀림 및 풀림을 촉진하기 위해 DNA를 절단합니다.
2) DNA 헬리카제는 토포이소머라제에 이어 DNA 나선의 "풀림" 과정에 영향을 미칩니다.
3) DNA 결합 단백질은 DNA 가닥을 결합하고 안정화시켜 서로 달라붙는 것을 방지합니다.
4) DNA 중합효소 δ(델타) , 복제 분기점의 이동 속도에 맞춰 합성을 수행주요한쇠사슬자회사 매트릭스의 5"→3" 방향에 있는 DNA모성 3" 끝에서 5" 끝 방향의 DNA 가닥(초당 최대 100개 뉴클레오티드 쌍의 속도) 이번 이벤트는 모성 DNA 가닥은 제한되어 있습니다.

쌀. 9. DNA 복제 과정의 도식적 표현: (1) 지연 가닥(지연 가닥), (2) 선도 가닥(선도 가닥), (3) DNA 중합효소 α(Polα), (4) DNA 리가제, (5) RNA -프라이머, (6) 프리마제, (7) 오카자키 단편, (8) DNA 폴리머라제 δ(Polδ), (9) 헬리카제, (10) 단일 가닥 DNA 결합 단백질, (11) 토포이소머라제.

딸 DNA의 지연 가닥의 합성은 아래에 설명되어 있습니다. 계획복제 포크 및 복제 효소의 기능)

DNA 복제에 대한 자세한 내용은 다음을 참조하세요.

5) 모분자의 다른 가닥이 풀리고 안정화된 직후에 부착됩니다.DNA 중합효소α(알파)그리고 5"→3" 방향으로 프라이머(RNA 프라이머)(10~200개 뉴클레오티드 길이의 DNA 주형에 있는 RNA 서열)를 합성합니다. 그 다음에는 효소DNA 가닥에서 제거됩니다.

대신에 DNA 중합효소α 프라이머의 3" 끝에 부착되어 있습니다. DNA 중합효소ε .

6) DNA 중합효소ε (엡실론) 프라이머를 계속 확장하는 것 같지만 기질로 삽입합니다.디옥시리보뉴클레오티드(150-200 뉴클레오티드 양). 결과적으로 단일 스레드는 두 부분으로 구성됩니다.RNA(즉, 프라이머) 및 DNA. DNA 중합효소 ε이전 프라이머를 만날 때까지 실행됩니다.오카자키의 단편(조금 더 일찍 합성했습니다.) 그 후, 이 효소는 사슬에서 제거됩니다.

7) DNA 중합효소 β(베타)가 대신 나타납니다.DNA 중합효소 ε,같은 방향(5"→3")으로 움직이며 프라이머 리보뉴클레오티드를 제거하는 동시에 그 자리에 디옥시리보뉴클레오티드를 삽입합니다. 효소는 프라이머가 완전히 제거될 때까지 작동합니다. 디옥시리보뉴클레오티드(더 일찍 합성된 것)까지DNA 중합효소 ε). 효소는 작업 결과를 앞의 DNA와 연결할 수 없으므로 사슬에서 벗어납니다.

결과적으로, 딸 ​​DNA의 단편이 모 가닥의 매트릭스에 "놓여" 있습니다. 그것은이라고오카자키의 단편.

8) DNA 리가아제는 인접한 두 개의 DNA를 교차결합시킵니다. 오카자키의 파편 , 즉. 5" 세그먼트 끝부분이 합성됨DNA 중합효소 ε,및 3"-엔드 체인 내장DNA 중합효소β .

RNA의 구조

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

DNA와 마찬가지로 RNA도 각 링크가 호출되는 긴 사슬로 구성됩니다. 뉴클레오티드. 각 뉴클레오티드는 질소 염기, 리보스 당 및 인산염 그룹으로 구성됩니다. 그러나 DNA와 달리 RNA는 일반적으로 두 가닥이 아닌 한 가닥으로 구성됩니다. RNA의 오탄당은 디옥시리보스가 아닌 리보스입니다(리보스는 두 번째 탄수화물 원자에 추가 수산기를 가지고 있습니다). 마지막으로, DNA는 질소 염기의 구성이 RNA와 다릅니다. 티민 대신 ( 티) RNA에는 우라실( 유) , 이는 또한 아데닌과 상보적입니다.

뉴클레오티드의 서열은 RNA가 유전 정보를 암호화할 수 있게 해줍니다. 모든 세포 유기체는 단백질 합성을 프로그래밍하기 위해 RNA(mRNA)를 사용합니다.

세포 RNA는 다음과 같은 과정을 통해 생산됩니다. 전사 , 즉 특수 효소에 의해 DNA 매트릭스에서 RNA가 합성되는 것입니다. RNA 중합효소.

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

쌀. 10. 질소 염기에서 DNA와 RNA의 차이점: RNA에는 티민(T) 대신 아데닌과 상보적인 우라실(U)이 포함되어 있습니다.

전사

이것은 DNA 주형에서 RNA를 합성하는 과정입니다. DNA는 사이트 중 하나에서 풀립니다. 가닥 중 하나에는 RNA 분자에 복사되어야 하는 정보가 포함되어 있습니다. 이 가닥을 코딩 가닥이라고 합니다. 코딩 DNA에 상보적인 DNA의 두 번째 가닥을 주형이라고 합니다. 전사 과정에서 상보적인 RNA 사슬이 주형 가닥에서 3' - 5' 방향(DNA 가닥을 따라)으로 합성됩니다. 이는 코딩 가닥의 RNA 사본을 생성합니다.

쌀. 11. 전사의 도식적 표현

예를 들어, 코딩 체인의 순서가 주어지면

3'- ATGTCCTAGCTGCTCG - 5',

그런 다음 상보성 규칙에 따라 행렬 체인은 시퀀스를 전달합니다.

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3',

그리고 그것으로부터 합성된 RNA는 서열이다

방송

메커니즘을 생각해 봅시다 단백질 합성 RNA 매트릭스, 유전암호 및 그 특성에 관한 정보입니다. 또한 명확성을 위해 아래 링크에서 살아있는 세포에서 일어나는 전사 및 번역 과정에 대한 짧은 비디오를 시청하는 것이 좋습니다.

쌀. 12. 단백질 합성 과정: DNA는 RNA 코드, RNA는 단백질 코드

유전자 코드

유전암호- 뉴클레오티드 서열을 사용하여 단백질의 아미노산 서열을 코딩하는 방법. 각 아미노산은 3개의 뉴클레오티드(코돈 또는 삼중항)의 서열로 암호화됩니다.

대부분의 진핵생물과 진핵생물에 공통적으로 나타나는 유전자 코드입니다. 표는 64개 코돈과 해당 아미노산을 모두 보여줍니다. 기본 순서는 mRNA의 5"에서 3" 끝입니다.

표 1. 표준 유전자 코드

1위 기본 tion	2루								3번째 기본 tion
	유		씨		ㅏ		G
유	유유유	(Phe/F)	유씨유	(서버/S)	U A U	(티르/Y)	U G U	(시스/C)	유
	유유씨		유씨씨		유에이씨		U G C		씨
	유유아	(레우/L)	유씨아		U A A	정지 코돈**	유가	정지 코돈**	ㅏ
	U U G		U C G		UAG	정지 코돈**	U G G	(Trp/W)	G
씨	쿠유		C C U	(소품)	C A U	(그의/H)	CGU	(인수/R)	유
	C U C		C C C		C A C		ㄷㄷㄷ		씨
	CUA		C C A		CA A	(Gln/Q)	C GA		ㅏ
	CUG		ㄷㄷㄷ		CAG		ㄷㄷㄷ		G
ㅏ	아유유	(일/나)	ACU	(목/T)	A A U	(Asn/N)	A G U	(서버/S)	유
	A U C		A C C		A A C		A G C		씨
	아유아		A C A		AA AA	(리스/K)	가 가		ㅏ
	A U G	(메트/엠)	A C G		A A G		AG G		G
G	구유	(발/V)	GCU	(알라/A)	GAU	(Asp/D)	ㅋ ㅋ	(글리/G)	유
	GUC		지씨씨씨		GAC		G G C		씨
	GUA		지씨아		가아아	(접착제)	ㅋ ㅋ		ㅏ
	GG U G		지씨지		가가가		ㅋ ㅋ		G

세 개의 단어 중에는 "구두점" 역할을 하는 4개의 특수 시퀀스가 ​​있습니다.

• *세 쌍둥이 8월, 또한 메티오닌을 암호화하는 것으로 불립니다. 시작 코돈. 단백질 분자의 합성은 이 코돈으로 시작됩니다. 따라서 단백질 합성 과정에서 서열의 첫 번째 아미노산은 항상 메티오닌이 됩니다.

• **세 쌍둥이 UAA, UAG그리고 U.G.A.호출된다 중지 코돈단일 아미노산을 코딩하지 않습니다. 이 시퀀스에서 단백질 합성이 중지됩니다.

유전자 코드의 속성

1. 트리플리티. 각 아미노산은 세 개의 뉴클레오티드(삼중항 또는 코돈)의 서열로 암호화됩니다.

2. 연속성. 세 쌍 사이에는 추가 뉴클레오티드가 없으며 정보는 지속적으로 읽혀집니다.

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

4. 명확성. 하나의 코돈은 단 하나의 아미노산만을 코딩할 수 있습니다.

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

6. 다양성. 유전암호는 모든 생명체에 동일합니다.

예. 코딩 체인의 순서는 다음과 같습니다.

3’- CCGATTGCACGTCGATCGTATA- 5’.

매트릭스 체인의 순서는 다음과 같습니다.

5’- GGCTAACGTGCAGCTAGCATAT- 3’.

이제 우리는 이 체인에서 정보 RNA를 "합성"합니다.

3’- CCGAUUGCACGUCGAUCGUAUA- 5’.

단백질 합성은 5' → 3' 방향으로 진행됩니다. 따라서 유전자 코드를 "읽기" 위해서는 순서를 반대로 해야 합니다.

5’- AUAUGCUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

이제 시작 코돈 AUG를 찾아봅시다:

5’- 호주 8월 CUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

시퀀스를 세 개로 나누어 보겠습니다.

정보는 DNA에서 RNA로(전사), RNA에서 단백질로(번역) 전달됩니다. DNA는 복제에 의해서도 복제가 가능하고, RNA 주형으로부터 DNA가 합성될 때 역전사 과정도 가능하지만, 이 과정은 주로 바이러스의 특징이다.

쌀. 13. 분자생물학의 중심교리

게놈: 유전자와 염색체

(일반 개념)

게놈 - 유기체의 모든 유전자의 총체. 완전한 염색체 세트.

"게놈"이라는 용어는 한 생물학적 종의 유기체의 반수체 염색체 세트에 포함된 유전자 세트를 설명하기 위해 1920년 G. Winkler에 의해 제안되었습니다. 이 용어의 원래 의미는 유전자형과 달리 게놈의 개념이 개인이 아닌 종 전체의 유전적 특성임을 나타냅니다. 분자 유전학의 발달로 이 용어의 의미가 바뀌었습니다. 대부분의 유기체에서 유전 정보의 전달자이므로 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 유기체의 게놈의 주요 부분은 반수체 염색체 세트의 전체 DNA입니다.

유전자는 폴리펩티드와 RNA 분자를 암호화하는 DNA 분자의 부분입니다.

지난 세기 동안 유전자에 대한 우리의 이해는 크게 바뀌었습니다. 이전에 게놈은 하나의 특징을 암호화하거나 정의하는 염색체의 영역이었습니다. 표현형눈 색깔과 같은 (가시적) 속성.

1940년에 George Beadle과 Edward Tatham은 유전자의 분자적 정의를 제안했습니다. 과학자들은 곰팡이 포자를 가공했습니다. 뉴로스포라 크라사 DNA 서열의 변화를 일으키는 엑스레이 및 기타 작용제( 돌연변이), 일부 특정 효소를 상실한 곰팡이의 돌연변이 균주를 발견했으며, 이로 인해 전체 대사 경로가 중단되는 경우도 있었습니다. Beadle과 Tatem은 유전자가 단일 효소를 지정하거나 암호화하는 유전 물질의 일부라고 결론지었습니다. 가설은 이렇게 나타났습니다 "하나의 유전자 - 하나의 효소". 이 개념은 나중에 정의하기 위해 확장되었습니다. "하나의 유전자 - 하나의 폴리펩티드", 많은 유전자가 효소가 아닌 단백질을 암호화하고 폴리펩티드는 복잡한 단백질 복합체의 하위 단위일 수 있기 때문입니다.

그림에서. 그림 14는 DNA의 뉴클레오티드 삼중항이 mRNA의 매개를 통해 단백질의 아미노산 서열인 폴리펩티드를 결정하는 방법을 보여주는 다이어그램입니다. DNA 사슬 중 하나는 DNA 삼중항에 상보적인 뉴클레오티드 삼중항(코돈)인 mRNA 합성을 위한 주형 역할을 합니다. 일부 박테리아와 많은 진핵생물에서는 코딩 서열이 비코딩 영역(라고 함)에 의해 중단됩니다. 인트론).

유전자의 현대 생화학적 결정 더욱 구체적입니다. 유전자는 구조적 또는 촉매적 기능을 가진 폴리펩티드나 RNA를 포함하는 최종 산물의 1차 서열을 암호화하는 DNA의 모든 부분입니다.

유전자와 함께 DNA에는 조절 기능만 수행하는 다른 서열도 포함되어 있습니다. 규제 순서유전자의 시작이나 끝을 표시하거나, 전사에 영향을 미치거나, 복제 또는 재조합이 시작되는 부위를 나타낼 수 있습니다. 일부 유전자는 서로 다른 방식으로 발현될 수 있으며, 동일한 DNA 영역이 서로 다른 생성물을 형성하기 위한 주형 역할을 합니다.

대략적으로 계산해 볼 수 있어요 최소 유전자 크기, 중간 단백질을 암호화합니다. 폴리펩티드 사슬의 각 아미노산은 세 개의 뉴클레오티드 서열로 암호화됩니다. 이들 삼중항(코돈)의 서열은 이 유전자에 의해 코딩되는 폴리펩티드의 아미노산 사슬에 해당합니다. 350개 아미노산 잔기의 폴리펩티드 사슬(중간 길이 사슬)은 1050bp의 서열에 해당합니다. ( 염기쌍). 그러나 많은 진핵생물 유전자와 일부 원핵생물 유전자는 단백질 정보를 전달하지 않는 DNA 세그먼트에 의해 방해를 받기 때문에 단순한 계산이 보여주는 것보다 훨씬 더 긴 것으로 밝혀졌습니다.

하나의 염색체에는 몇 개의 유전자가 있습니까?

쌀. 15. 원핵세포(왼쪽)와 진핵세포의 염색체 모습. 히스톤은 두 가지 주요 기능을 수행하는 대규모 핵 단백질입니다. 즉, 핵 내 DNA 가닥의 포장과 전사, 복제 및 복구와 같은 핵 과정의 후생적 조절에 참여합니다.

알려진 바와 같이, 박테리아 세포는 조밀한 구조, 즉 핵양체로 배열된 DNA 가닥 형태의 염색체를 가지고 있습니다. 원핵 염색체 대장균게놈이 완전히 해독된 는 4,639,675bp로 구성된 원형 DNA 분자(실제로는 완벽한 원형이 아니라 시작과 끝이 없는 고리 모양)입니다. 이 서열에는 약 4,300개의 단백질 유전자와 안정한 RNA 분자에 대한 또 다른 157개의 유전자가 포함되어 있습니다. 안에 인간 게놈 24개의 서로 다른 염색체에 위치한 거의 29,000개의 유전자에 해당하는 약 31억 개의 염기쌍.

원핵생물(박테리아).

박테리아 대장균하나의 이중 가닥 원형 DNA 분자를 가지고 있습니다. 4,639,675bp로 구성되어 있습니다. 세포 자체의 길이를 초과하는 약 1.7mm의 길이에 도달합니다. 대장균약 850배. 핵양체의 일부인 큰 원형 염색체 외에도 많은 박테리아는 세포질에 자유롭게 위치하는 하나 또는 여러 개의 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 모세포가 분열하는 동안 딸세포에 들어가는 딸 플라스미드를 형성합니다. 플라스미드는 박테리아뿐만 아니라 효모 및 기타 곰팡이에서도 발견됩니다. 많은 경우 플라스미드는 숙주 세포에 아무런 이점을 제공하지 않으며 플라스미드의 유일한 목적은 독립적으로 번식하는 것입니다. 그러나 일부 플라스미드는 숙주에게 유익한 유전자를 가지고 있습니다. 예를 들어, 플라스미드에 포함된 유전자는 박테리아 세포가 항균제에 내성을 갖도록 만들 수 있습니다. β-락타마제 유전자를 보유하는 플라스미드는 페니실린, 아목시실린과 같은 β-락탐 항생제에 대한 저항성을 제공합니다. 플라스미드는 항생제에 내성이 있는 세포에서 동일하거나 다른 종의 박테리아의 다른 세포로 전달될 수 있으며, 이로 인해 해당 세포도 내성을 가지게 됩니다. 항생제의 집중적 사용은 병원성 박테리아 사이에서 항생제 저항성을 암호화하는 플라스미드(유사한 유전자를 암호화하는 트랜스포존)의 확산을 촉진하여 여러 항생제에 저항성을 갖는 박테리아 균주의 출현을 유도하는 강력한 선택 요소입니다. 의사들은 항생제의 광범위한 사용의 위험성을 이해하기 시작했으며 긴급하게 필요한 경우에만 항생제를 처방하기 시작했습니다. 비슷한 이유로 농장 동물을 치료하기 위한 항생제의 광범위한 사용은 제한적입니다.

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

진핵생물.

표 2. 일부 유기체의 DNA, 유전자 및 염색체

	공유된 DNA p.n.	염색체 수*	대략적인 유전자 수
대장균(박테리아)	4 639 675		4 435
사카로마이세스 세레비지애(누룩)	12 080 000	16**	5 860
예쁜꼬마선충(Caenorhabditis elegans)(선충류)	90 269 800	12***	23 000
애기장대(식물)	119 186 200		33 000
초파리 melanogaster(과일파리)	120 367 260		20 000
오리자 사티바(쌀)	480 000 000		57 000
근육 근육(생쥐)	2 634 266 500		27 000
호모 사피엔스(인간)	3 070 128 600		29 000

메모.정보는 지속적으로 업데이트됩니다. 최신 정보는 개별 유전체학 프로젝트 웹사이트를 참조하세요.

* 효모를 제외한 모든 진핵생물의 경우 이배체 염색체 세트가 제공됩니다. 이배체전부 염색체 (그리스어 diploos - double 및 eidos - 종) - 염색체의 이중 세트 (2n), 각각 상동 염색체가 있습니다.
**반수체 세트. 야생 효모 균주에는 일반적으로 이러한 염색체 세트가 8개(8배체) 이상 있습니다.
***2개의 X 염색체를 가진 여성의 경우. 남성은 X염색체를 가지고 있지만 Y염색체는 없습니다. 즉, 염색체가 11개뿐입니다.

가장 작은 진핵생물 중 하나인 효모는 효모보다 DNA가 2.6배 더 많습니다. 대장균(표 2). 초파리 세포 초파리유전학 연구의 고전적인 주제인 는 DNA를 35배 더 많이 함유하고 있으며, 인간 세포는 인간 세포보다 약 700배 더 많은 DNA를 함유하고 있습니다. 대장균.많은 식물과 양서류에는 훨씬 더 많은 DNA가 포함되어 있습니다. 진핵세포의 유전물질은 염색체의 형태로 조직되어 있다. 이배체 염색체 세트(2 N) 유기체의 유형에 따라 다릅니다(표 2).

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

쌀. 17. 진핵생물의 염색체.ㅏ- 인간 염색체의 한 쌍의 연결되고 응축된 자매 염색분체. 이 형태에서 진핵생물 염색체는 복제 후에도 유사분열 동안 중기 상태로 남아 있습니다. 비-책 저자 중 한 사람의 백혈구에서 추출한 완전한 염색체 세트. 각 정상적인 인간 체세포에는 46개의 염색체가 포함되어 있습니다.

인간 게놈의 DNA 분자(22개의 염색체와 염색체 X와 Y 또는 X와 X)를 연결하면 약 1미터 길이의 서열을 얻게 됩니다. 참고: 모든 포유류 및 기타 이형 생식체 수컷 유기체에서 암컷은 두 개의 X 염색체(XX)를 가지고 있고 수컷은 하나의 X 염색체와 하나의 Y 염색체(XY)를 가지고 있습니다.

대부분의 인간 세포이므로 이러한 세포의 전체 DNA 길이는 약 2m입니다. 성인 인간의 세포 수는 약 10 14 이므로 모든 DNA 분자의 총 길이는 2・10 11 km 입니다. 비교를 위해 지구의 둘레는 4・10 4km이고, 지구에서 태양까지의 거리는 1.5・10 8km입니다. 이것은 우리 세포에 얼마나 놀랍도록 조밀한 DNA가 들어 있는지입니다!

진핵 세포에는 DNA를 포함하는 다른 소기관인 미토콘드리아와 엽록체가 있습니다. 미토콘드리아와 엽록체 DNA의 기원에 관해 많은 가설이 제시되었습니다. 오늘날 일반적으로 받아 들여지는 관점은 그들이 숙주 세포의 세포질에 침투하여 이러한 세포 소기관의 전구체가 된 고대 박테리아 염색체의 기초를 나타낸다는 것입니다. 미토콘드리아 DNA는 미토콘드리아 tRNA 및 rRNA뿐만 아니라 여러 미토콘드리아 단백질을 암호화합니다. 미토콘드리아 단백질의 95% 이상이 핵 DNA에 의해 암호화됩니다.

유전자의 구조

원핵생물과 진핵생물의 유전자 구조, 유사점과 차이점을 고려해 봅시다. 유전자는 단 하나의 단백질 또는 RNA만 암호화하는 DNA 부분이라는 사실에도 불구하고 직접 암호화 부분 외에도 원핵생물과 진핵생물에서 서로 다른 구조를 갖는 조절 및 기타 구조적 요소도 포함합니다.

코딩 순서- 유전자의 주요 구조적 및 기능적 단위로, 코딩하는 뉴클레오티드 삼중 항이 위치합니다.아미노산 서열. 이는 시작 코돈으로 시작하고 종료 코돈으로 끝납니다.

코딩 순서 전후에는 번역되지 않은 5' 및 3' 서열. 예를 들어 mRNA에 리보솜이 착륙하는 것을 보장하는 등 규제 및 보조 기능을 수행합니다.

번역되지 않은 서열과 코딩 서열은 전사 단위(DNA의 전사된 부분, 즉 mRNA 합성이 일어나는 DNA 부분)를 구성합니다.

터미네이터- RNA 합성이 중단되는 유전자 끝에 있는 DNA의 전사되지 않은 부분.

유전자의 시작 부분에는 규제 지역, 이는 다음을 포함합니다 발기인그리고 운영자.

발기인- 전사 개시 동안 중합효소가 결합하는 서열. 운영자- 특수 단백질이 결합할 수 있는 부위입니다 - 억압자, 이는 이 유전자로부터 RNA 합성의 활성을 감소시킬 수 있습니다. 즉, 이를 감소시킵니다. 표현.

원핵생물의 유전자 구조

원핵생물과 진핵생물의 유전자 구조의 일반적인 계획은 다르지 않습니다. 둘 다 프로모터와 오퍼레이터가 있는 조절 영역, 코딩 및 번역되지 않은 서열이 있는 전사 단위, 터미네이터를 포함합니다. 그러나 원핵생물과 진핵생물의 유전자 구성은 다릅니다.

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

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

원핵생물은 여러 유전자가 하나의 기능 단위로 결합되어 있는 것이 특징입니다. 오페론. 오페론의 작동은 오페론 자체와 눈에 띄게 멀리 떨어져 있는 다른 유전자에 의해 조절될 수 있습니다. 규제기관. 이 유전자에서 번역된 단백질은 다음과 같다. 억압자. 이는 오페론의 작동자와 결합하여 그 안에 포함된 모든 유전자의 발현을 한 번에 조절합니다.

원핵생물은 또한 다음과 같은 현상을 특징으로 한다. 전사-번역 인터페이스.

쌀. 19 원핵생물의 전사와 번역의 결합 현상 - 이미지가 확대되었습니다

이러한 결합은 번역이 일어나는 세포질과 전사가 일어나는 유전 물질을 분리하는 핵 외피의 존재로 인해 진핵생물에서는 발생하지 않습니다. 원핵생물에서는 DNA 주형에서 RNA를 합성하는 동안 리보솜이 합성된 RNA 분자에 즉시 결합할 수 있습니다. 따라서 전사가 완료되기도 전에 번역이 시작됩니다. 또한 여러 리보솜이 하나의 RNA 분자에 동시에 결합하여 한 단백질의 여러 분자를 한 번에 합성할 수 있습니다.

진핵생물의 유전자 구조

진핵생물의 유전자와 염색체는 매우 복잡하게 조직되어 있다

많은 종의 박테리아에는 염색체가 하나만 있으며, 거의 모든 경우에 각 염색체에는 각 유전자의 복사본이 하나씩 있습니다. rRNA 유전자와 같은 소수의 유전자만이 여러 복사본에서 발견됩니다. 유전자와 조절 서열은 사실상 전체 원핵생물 게놈을 구성합니다. 더욱이, 거의 모든 유전자는 그것이 암호화하는 아미노산 서열(또는 RNA 서열)과 엄격하게 일치합니다(그림 14).

진핵생물 유전자의 구조적, 기능적 조직은 훨씬 더 복잡합니다. 진핵생물 염색체에 대한 연구와 나중에 완전한 진핵생물 게놈 서열의 서열 분석은 많은 놀라움을 가져왔습니다. 대부분은 아니지만 많은 진핵생물 유전자에는 흥미로운 특징이 있습니다. 즉, 그 뉴클레오티드 서열에는 폴리펩티드 생성물의 아미노산 서열을 암호화하지 않는 하나 이상의 DNA 부분이 포함되어 있습니다. 이러한 번역되지 않은 삽입은 유전자의 뉴클레오티드 서열과 암호화된 폴리펩티드의 아미노산 서열 사이의 직접적인 대응성을 파괴합니다. 유전자 내에서 번역되지 않은 이러한 세그먼트를 인트론, 또는 내장 시퀀스, 코딩 세그먼트는 다음과 같습니다. 엑손. 원핵생물에서는 소수의 유전자만이 인트론을 함유하고 있습니다.

따라서 진핵 생물에서는 유전자와 오페론의 결합이 실제로 발생하지 않으며 진핵 생물 유전자의 코딩 서열은 가장 자주 번역 된 섹션으로 나뉩니다. - 엑손및 번역되지 않은 섹션 - 인트론.

대부분의 경우 인트론의 기능은 확립되어 있지 않습니다. 일반적으로 인간 DNA의 약 1.5%만이 "암호화"되어 있습니다. 즉, 단백질이나 RNA에 대한 정보를 전달합니다. 그러나 큰 인트론을 고려하면 인간 DNA의 30%가 유전자인 것으로 밝혀진다. 유전자는 인간 게놈에서 상대적으로 작은 부분을 차지하기 때문에 DNA의 상당 부분이 설명되지 않은 채 남아 있습니다.

쌀. 16. 진핵생물의 유전자 구조 구조 - 이미지가 확대되었습니다

각 유전자에서 인트론과 엑손을 모두 포함하는 미성숙 또는 사전 RNA가 먼저 합성됩니다.

그 후 스플라이싱 과정이 일어나서 인트론 영역이 절단되고 성숙한 mRNA가 형성되어 단백질이 합성될 수 있습니다.

쌀. 20. 대체 접합 프로세스 - 이미지가 확대되었습니다

이러한 유전자 구성은 예를 들어 스플라이싱 중에 엑손이 서로 다른 서열로 연결될 수 있다는 사실로 인해 하나의 유전자에서 다양한 형태의 단백질이 합성될 수 있는 경우를 허용합니다.

쌀. 21. 원핵생물과 진핵생물의 유전자 구조의 차이 - 이미지가 확대되었습니다

돌연변이 및 돌연변이 유발

돌연변이유전자형의 지속적인 변화, 즉 뉴클레오티드 서열의 변화라고 합니다.

돌연변이를 일으키는 과정을 돌연변이 유발, 그리고 본체 모두그 세포는 동일한 돌연변이를 가지고 있습니다 - 돌연변이.

돌연변이 이론 1903년 Hugo de Vries가 처음으로 공식화했습니다. 최신 버전에는 다음 조항이 포함됩니다.

1. 돌연변이는 갑자기, 경련적으로 발생합니다.

2. 돌연변이는 세대에서 세대로 전달됩니다.

3. 돌연변이는 유익하거나 해롭거나 중립적이거나 우성이거나 열성일 수 있습니다.

4. 돌연변이를 검출할 확률은 연구 대상 개인의 수에 따라 다릅니다.

5. 유사한 돌연변이가 반복적으로 발생할 수 있습니다.

6. 돌연변이는 지시되지 않습니다.

돌연변이는 다양한 요인의 영향으로 발생할 수 있습니다. 영향을 받아 돌연변이가 발생합니다. 돌연변이 유발성 영향: 물리적(예: 자외선 또는 방사선), 화학적(예: 콜히친 또는 활성 산소종) 및 생물학적(예: 바이러스). 돌연변이도 일어날 수 있다 복제 오류.

돌연변이가 나타나는 조건에 따라 돌연변이는 다음과 같이 구분됩니다. 자발적인- 즉, 정상적인 조건에서 발생한 돌연변이, 그리고 유도된- 즉, 특별한 조건에서 발생한 돌연변이입니다.

돌연변이는 핵 DNA뿐만 아니라 미토콘드리아나 색소체 DNA에서도 발생할 수 있습니다. 이에 따라 우리는 구별할 수 있다. 핵무기그리고 세포질의돌연변이.

돌연변이의 결과로 새로운 대립유전자가 나타나는 경우가 많습니다. 돌연변이 대립유전자가 정상 대립유전자의 작용을 억제하는 경우, 이를 돌연변이라고 합니다. 우성. 정상적인 대립유전자가 돌연변이 대립유전자를 억제하는 경우, 이 돌연변이를 돌연변이라고 합니다. 열성. 새로운 대립유전자의 출현으로 이어지는 대부분의 돌연변이는 열성입니다.

돌연변이는 효과로 구별됩니다 적응형환경에 대한 유기체의 적응력이 향상되고, 중립적, 생존에 영향을 미치지 않는, 해로운, 환경 조건에 대한 유기체의 적응성을 감소시키고 치명적인, 발달 초기 단계에서 유기체의 죽음으로 이어집니다.

그 결과에 따라 다음과 같은 돌연변이가 발생합니다. 단백질 기능 상실, 다음으로 이어지는 돌연변이 출현 단백질은 새로운 기능을 가지고 있다, 뿐만 아니라 돌연변이 유전자 투여량 변경, 그리고 그에 따라 그것으로부터 합성되는 단백질의 양.

돌연변이는 신체의 어느 세포에서나 발생할 수 있습니다. 생식세포에 돌연변이가 발생하면 이를 돌연변이라고 합니다. 새싹(싹 또는 생성). 이러한 돌연변이는 자신이 나타난 유기체에는 나타나지 않지만 자손에게 돌연변이가 나타나 유전되기 때문에 유전학과 진화에 중요합니다. 다른 세포에서 돌연변이가 발생하면 이를 돌연변이라고 합니다. 신체의. 그러한 돌연변이는 그것이 발생한 유기체에서 어느 정도 나타날 수 있으며, 예를 들어 암성 종양이 형성될 수 있습니다. 그러나 그러한 돌연변이는 유전되지 않으며 자손에게 영향을 미치지 않습니다.

돌연변이는 다양한 크기의 게놈 영역에 영향을 미칠 수 있습니다. 가장 밝은 부분 유전적, 염색체의그리고 게놈의돌연변이.

유전자 돌연변이

하나의 유전자보다 작은 규모로 발생하는 돌연변이를 돌연변이라고 합니다. 유전적, 또는 점(점). 이러한 돌연변이는 서열의 하나 또는 여러 개의 뉴클레오티드에 변화를 가져옵니다. 유전자 돌연변이 중에는교체품, 하나의 뉴클레오티드가 다른 뉴클레오티드로 대체됩니다.삭제, 이는 뉴클레오티드 중 하나의 손실로 이어지며,삽입, 서열에 여분의 뉴클레오티드가 추가됩니다.

쌀. 23. 유전자(점) 돌연변이

단백질에 대한 작용 메커니즘에 따라 유전자 돌연변이는 다음과 같이 나뉩니다.동의어, 이는 (유전암호의 퇴화로 인해) 단백질 제품의 아미노산 조성 변화를 초래하지 않으며,과오 돌연변이이는 한 아미노산을 다른 아미노산으로 대체하고 합성된 단백질의 구조에 영향을 미칠 수 있지만 종종 미미합니다.말도 안되는 돌연변이, 코딩 코돈을 정지 코돈으로 대체하게 되며,다음으로 이어지는 돌연변이 접합 장애:

쌀. 24. 돌연변이 패턴

또한 단백질에 대한 작용 메커니즘에 따라 다음을 초래하는 돌연변이가 구별됩니다. 프레임 이동 독서, 삽입, 삭제 등이 있습니다. 말도 안되는 돌연변이와 같은 이러한 돌연변이는 유전자의 한 지점에서 발생하지만 종종 단백질의 전체 구조에 영향을 미치며 구조가 완전히 바뀔 수 있습니다.

쌀. 29. 복제 전후의 염색체

게놈 돌연변이

마지막으로, 게놈 돌연변이전체 게놈, 즉 염색체 수에 영향을 미칩니다. 배수성이 있습니다 - 세포 배수성의 증가, 이수성, 즉 염색체 수의 변화, 예를 들어 삼 염색체 (염색체 중 하나에 추가 상 동체가 존재 함) 및 단 염색체 (부재) 염색체의 상동체).

DNA에 관한 비디오

DNA 복제, RNA 코딩, 단백질 합성

계속. 2005년 11, 12, 13, 14, 15호 참조

과학 수업의 생물학 수업

고급 계획, 10학년

3. 뉴클레오티드를 사슬에 연결

축합 반응 중에 뉴클레오티드가 서로 연결됩니다. 이 경우, 한 뉴클레오티드의 당 잔기의 3" 탄소 원자와 다른 뉴클레오티드의 인산 잔기 사이에 에스테르 결합이 발생합니다. 그 결과, 분지되지 않은 폴리뉴클레오티드 사슬이 형성됩니다. 폴리뉴클레오티드 사슬의 한쪽 끝(5"라고 함) 끝)은 5"-탄소 원자에 부착된 인산 분자로 끝나고, 다른 하나(3" 끝이라고 함)는 3" 탄소 원자에 부착된 수소 이온입니다. 연속적인 뉴클레오티드 사슬이 DNA의 기본 구조를 구성합니다. .

따라서 폴리뉴클레오티드 사슬의 골격은 탄수화물-인산염입니다. 뉴클레오티드는 공유 결합(포스포디에스테르 다리)을 형성함으로써 서로 연결되며, 여기서 인산염 그룹은 한 설탕 분자의 C 3 원자와 다음 설탕 분자의 C 5 원자 사이에 다리를 형성합니다. 뉴클레오티드 사이의 강한 공유 결합은 핵산의 "파손" 위험을 줄입니다.

4가지 유형의 뉴클레오티드로 형성된 폴리뉴클레오티드가 1000개의 단위를 포함하는 경우, 그 구성의 가능한 변형 수는 4,1000입니다(이는 6,000개의 0이 있는 숫자입니다). 따라서 네 가지 유형의 뉴클레오티드만으로 매우 다양한 핵산과 그 안에 포함된 정보를 제공할 수 있습니다.

4. 이중 가닥 DNA 분자의 형성

1950년에 영국의 물리학자 모리스 윌킨스는 DNA의 X선 회절 패턴을 얻었습니다. 그녀는 DNA 분자가 특정 구조를 가지고 있으며 이를 해독하면 그 기능의 메커니즘을 이해하는 데 도움이 될 것임을 보여주었습니다. 고도로 정제된 DNA에서 얻은 X선 이미지를 통해 로절린드 프랭클린은 이중 나선의 식별 표시인 명확한 십자 모양 패턴을 볼 수 있었습니다. 뉴클레오티드는 서로 0.34nm의 거리에 위치하며 나선 한 바퀴당 10개가 있다는 것이 알려졌습니다.

DNA 분자의 직경은 약 2 nm입니다. 그러나 X선 데이터에서는 두 사슬이 어떻게 서로 결합되어 있는지 명확하지 않았습니다.

1953년 미국의 생화학자 제임스 왓슨(James Watson)과 영국의 물리학자 프란시스 크릭(Francis Crick)이 DNA 구조에 대해 알려진 모든 데이터를 고려하여 당인산 골격이 DNA의 주변에 위치한다는 결론에 도달했을 때 이 그림은 완전히 명확해졌습니다. DNA 분자이고, 퓨린과 피리미딘 염기가 중간에 있습니다.

D. Watson과 F. Crick은 두 개의 DNA 폴리뉴클레오티드 사슬이 서로 그리고 공통 축을 중심으로 꼬여 있다는 사실을 확립했습니다. DNA 사슬은 역평행(다방향)입니다. 한 체인의 3인치 끝 반대쪽에는 다른 체인의 5인치 끝이 있습니다(두 마리의 뱀이 나선형으로 꼬여 있다고 상상해 보십시오. 한 뱀의 머리가 다른 뱀의 꼬리까지 이어집니다). 나선은 일반적으로 오른쪽으로 비틀어져 있지만 왼손잡이 나선이 형성되는 경우도 있습니다.

5. 샤가프의 규칙. 상보성 원리의 본질

왓슨과 크릭이 발견되기 전인 1950년에 호주의 생화학자 에드윈 샤가프(Edwin Chargaff)는 다음과 같은 사실을 확립했습니다. 어떤 유기체의 DNA에서 아데닐 뉴클레오티드의 수는 티미딜 뉴클레오티드의 수와 같고, 구아닐 뉴클레오티드의 수는 사이토실 뉴클레오티드의 수(A=T, G=C)와 같습니다. 퓨린 질소 함유 염기는 피리미딘 질소 함유 염기의 총 수와 동일합니다(A+G=C+T). 이러한 패턴을 "샤르가프의 규칙"이라고 합니다.

사실은 이중나선이 형성되면 한 사슬에서 질소염기 티민은 항상 질소염기 아데닌 반대편에 위치하고, 시토신은 구아닌 반대쪽에 위치하는데, 즉 DNA 사슬이 서로 보완하는 것처럼 보인다. 그리고 이 쌍을 이루는 뉴클레오티드는 보완적인서로에게 (위도부터) 보완물- 덧셈). 우리는 이미 상보성의 발현을 여러 번 경험했습니다 (효소의 활성 중심과 기질 분자는 서로 상보적이며 항원과 항체는 서로 상보적입니다).

이 원칙을 따르는 이유는 무엇입니까? 이 질문에 대답하려면 질소 함유 헤테로고리 염기의 화학적 성질을 기억해야 합니다. 아데닌과 구아닌은 퓨린에 속하고 시토신과 티민은 피리미딘에 속합니다. 즉, 동일한 성질의 질소 염기 사이에는 결합이 형성되지 않습니다. 또한, 보완 염기는 기하학적으로 서로 대응합니다. 크기와 모양.

따라서, 뉴클레오티드 상보성은 분자 구조가 서로 화학적, 기하학적으로 일치하는 것입니다..

질소 염기에는 부분적인 음전하를 띠는 전기 음성도가 높은 산소 및 질소 원자와 부분적인 양전하를 띠는 수소 원자가 포함되어 있습니다. 이러한 부분 전하로 인해 DNA 분자의 역평행 서열의 질소 염기 사이에 수소 결합이 발생합니다.

상보적인 질소 염기 사이의 수소 결합 형성

아데닌과 티민 사이에는 2개의 수소 결합(A=T)이 있고, 구아닌과 시토신 사이에는 3개의 수소 결합(G=C)이 있습니다. 이러한 뉴클레오티드 연결은 첫째, 최대 수소 결합 수의 형성을 보장하고 둘째, 사슬 사이의 거리가 나선의 전체 길이를 따라 동일합니다.

위의 모든 것으로부터 한 나선의 뉴클레오티드 서열을 알면 다른 나선의 뉴클레오티드 순서를 알 수 있습니다.

이중 상보 가닥은 DNA의 2차 구조를 구성합니다. DNA의 나선형 모양은 3차 구조입니다.

III. 지식의 통합

새로운 자료를 배우면서 일반적인 대화; 문제 해결.

작업 1. DNA 분자 사슬 중 하나의 한 부분이 실험실에서 연구되었습니다. 이는 G-T-G-T-A-A-C-G-A-C-C-G-A-T-A-C-T-G -T-A 순서로 배열된 20개의 단량체로 구성되어 있는 것으로 나타났습니다.
동일한 DNA 분자의 두 번째 사슬에 해당하는 부분의 구조에 대해 무엇을 말할 수 있습니까?

DNA 분자의 사슬이 서로 상보적이라는 것을 알고 우리는 동일한 DNA 분자의 두 번째 사슬의 뉴클레오티드 서열을 결정합니다: C-A-C-A-T-T-G-C-T-G-G-C-T-A-T-G-A-C-A-T.

작업 2. 한 DNA 가닥의 단편에서 뉴클레오티드는 A-A-G-T-C-T-A-C-G-T-A-T...의 순서로 위치합니다.

1. 이 DNA 분자의 두 번째 가닥 구조에 대한 다이어그램을 그리십시오.
2. 하나의 뉴클레오티드가 약 0.34 nm를 차지한다면 이 DNA 단편의 길이는 nm 단위로 얼마입니까?
3. DNA 분자의 이 단편에는 몇 개의 뉴클레오티드(%)가 있습니까?

1. 우리는 상보성 규칙(T-T-C-A-G-A-T-G-C-A-T-A)을 사용하여 이 DNA 분자 조각의 두 번째 가닥을 완성합니다.
2. 이 DNA 단편의 길이를 결정하십시오: 12x0.34 = 4.08 nm.
3. 이 DNA 단편에 있는 뉴클레오티드의 백분율을 계산하십시오.

24개 뉴클레오티드 – 100%
8A – x%, 따라서 x=33.3%(A);
왜냐하면 샤가프(Chargaff)의 규칙 A=T에 따르면, 이는 T=33.3%의 함량을 의미하며;
24개 뉴클레오티드 – 100%
4G – x%, 따라서 x=16.7%(G);
왜냐하면 샤가프(Chargaff)의 법칙에 따르면 G=C, 이는 C=16.6%의 함량을 의미합니다.

답변: T-T-C-A-G-A-T-G-C-A-T-A; 4.08nm; A=T=33.3%; G=C=16.7%

문제 3. 첫 번째 DNA 가닥이 구아닌 18%, 아데닌 30%, 티민 20%로 구성되어 있다면 두 번째 DNA 가닥의 구성은 어떻게 될까요?

1. DNA 분자의 사슬이 서로 상보적이라는 것을 알고 두 번째 사슬의 뉴클레오티드 함량(%)을 결정합니다.

왜냐하면 첫 번째 체인에서 G = 18%, 이는 두 번째 체인에서 C = 18%를 의미합니다.
왜냐하면 첫 번째 체인에서 A=30%, 이는 두 번째 체인에서 T=30%를 의미합니다.
왜냐하면 첫 번째 체인에서 T=20%, 이는 두 번째 체인에서 A=20%를 의미합니다.

2. 첫 번째 사슬의 시토신 함량(%)을 결정합니다.

DNA의 첫 번째 가닥에서 시토신의 비율을 결정합니다: 100% – 68% = 32%(C);

첫 번째 체인에서 C = 32%이면 두 번째 체인에서 G = 32%입니다.

답: C=18%; T=30%; A=20%; G=32%

문제 4. DNA 분자에는 전체 뉴클레오티드 중 아데닐 뉴클레오티드가 23% 포함되어 있습니다. 티미딜 및 시토실 뉴클레오티드의 수를 결정합니다.

1. Chargaff의 규칙을 사용하여 주어진 DNA 분자에서 티미딜 뉴클레오티드의 함량을 찾습니다: A=T=23%.
2. 주어진 DNA 분자에서 아데닐과 티미딜 뉴클레오티드 함량의 합(%)을 구합니다: 23% + 23% = 46%.
3. 주어진 DNA 분자에서 구아닐 및 시토실 뉴클레오티드 함량의 합(%)을 구하십시오: 100% – 46% = 54%.
4. 샤가프의 법칙에 따르면, DNA 분자 G = C에서 전체적으로는 54%를 차지하고, 개별적으로는 54% : 2 = 27%를 차지합니다.

답: T=23%; C=27%

문제 5. 상대 분자량이 69,000이고 그 중 8625개가 아데닐 뉴클레오티드인 DNA 분자가 있다고 가정합니다. 하나의 뉴클레오티드의 상대적 분자량은 평균 345입니다. 이 DNA에는 몇 개의 개별 뉴클레오티드가 있습니까? 분자의 길이는 얼마입니까?

1. 주어진 DNA 분자에 몇 개의 아데닐 뉴클레오티드가 있는지 확인하십시오: 8625:345 = 25.
2. 샤가프(Chargaff)의 법칙에 따르면 A = G, 즉 주어진 DNA 분자에서 A=T=25.
3. 이 DNA의 전체 분자량 중 구아닐 뉴클레오타이드가 차지하는 비율을 결정하십시오: 69,000 – (8625x2) = 51,750.
4. 이 DNA의 구아닐 및 시토실 뉴클레오티드의 총 수를 결정하십시오: 51,750:345=150.
5. 구아닐 및 시토실 뉴클레오티드의 함량을 별도로 결정합니다: 150:2 = 75;
6. 이 DNA 분자의 길이를 결정하십시오: (25 + 75) x 0.34 = 34 nm.

답: A=T=25; G=C=75; 34nm.

문제 6. 일부 과학자들에 따르면, 인간 생식 세포 하나의 핵에 있는 모든 DNA 분자의 총 길이는 약 102cm입니다. 한 세포의 DNA에는 몇 개의 뉴클레오티드 쌍이 포함되어 있습니까(1 nm = 10–6 mm)?

1. 센티미터를 밀리미터와 나노미터로 변환합니다: 102 cm = 1020 mm = 1,020,000,000 nm.
2. 하나의 뉴클레오티드 길이(0.34 nm)를 알면 인간 배우자의 DNA 분자에 포함된 뉴클레오티드 쌍의 수를 결정합니다: (10 2 x 10 7): 0.34 = 3 x 10 9 쌍.

답: 3x109 쌍.

IV. 숙제

교과서 문단과 수업시간에 작성한 노트(내용, 핵산의 분자량, 뉴클레오티드 구조, 샤가프의 법칙, 상보성 원리, 이중나선 DNA 분자의 형성)를 공부하고, 문단 본문 이후의 문제를 풀어보세요.

16~17과. 세포 RNA의 종류와 그 기능. DNA와 RNA의 차이점. DNA 복제. mRNA 합성

장비: 일반 생물학에 관한 표; 뉴클레오티드 구조 다이어그램; DNA 구조 모델; RNA의 구조, 복제 및 전사 과정을 보여주는 다이어그램 및 그림.

I. 지식 테스트

카드 작업

카드 1. 다른 생체고분자(단백질, 탄수화물) 분자와 DNA 분자 구조의 근본적인 차이점을 나타냅니다.

카드 2. DNA의 막대한 정보량은 무엇에 기초하는가? 예를 들어, 포유류 DNA에는 40억~60억 비트의 정보가 포함되어 있으며 이는 150~2000권의 도서관에 해당합니다. 이 기능은 구조에 어떻게 반영됩니까?

카드 3. 가열되면 단백질과 마찬가지로 DNA도 변성됩니다. 이중나선에는 무슨 일이 일어날 것이라고 생각하시나요?

카드 4. 본문의 빈칸을 채워보세요. “DNA 분자의 두 가닥이 서로 마주보고 있습니다… 사슬은 연결되어 있습니다... 아데닌을 포함하는 뉴클레오티드 반대편에는 항상 ...을 포함하는 뉴클레오티드가 있고, 시토신을 포함하는 뉴클레오티드 반대편에는... 이 원리를 원리라고 합니다... . 분자 내에서... 각 유기체의... 배열 순서가... 순서를 결정합니다... . 따라서 DNA는.... DNA는 주로 진핵생물의 세포와 원핵생물의 세포에 국한되어 있습니다."

질문에 대한 구술 지식 테스트

1. 핵산, 생체 내 함량, 분자량.
2. NC – 비주기적인 폴리머. 뉴클레오티드 구조, 뉴클레오티드 유형.
3. 뉴클레오티드를 사슬로 연결합니다.
4. 이중 가닥 DNA 분자의 형성.
5. 샤가프의 규칙. 상보성 원리의 본질.

교과서에 제시된 문제에 대한 해결책의 정확성을 확인합니다.

II. 새로운 자료를 학습

1. RNA와 그 의미

단백질은 생명의 기초를 형성합니다. 세포에서의 기능은 매우 다양합니다. 그러나 다람쥐는 번식을 “할 수 없습니다”. 그리고 단백질의 구조에 관한 모든 정보는 유전자(DNA)에 담겨 있습니다.

고등 유기체에서는 단백질이 세포질에서 합성되고 DNA는 핵 껍질 뒤에 숨겨져 있습니다. 따라서 DNA는 단백질 합성의 주형 역할을 직접적으로 수행할 수 없습니다. 이 역할은 또 다른 핵산인 RNA에 의해 수행됩니다.

RNA 분자는 3차 구조를 갖는 분지되지 않은 폴리뉴클레오티드입니다. 이는 하나의 폴리뉴클레오티드 사슬로 구성되며, 그 구성에 포함된 상보적인 뉴클레오티드도 서로 수소 결합을 형성할 수 있지만 이러한 결합은 동일한 사슬의 뉴클레오티드 사이에서 발생합니다. RNA 사슬은 DNA 사슬보다 훨씬 짧습니다. 세포의 DNA 함량은 상대적으로 일정하지만 RNA 함량은 크게 변동합니다. 세포에서 가장 많은 양의 RNA가 단백질 합성 중에 관찰됩니다.

RNA는 유전 정보의 전달과 구현에 중요한 역할을 합니다. 기능과 구조적 특징에 따라 여러 종류의 세포 RNA가 구별됩니다.

2. 세포 RNA의 종류와 기능

세포 RNA에는 세 가지 주요 클래스가 있습니다.

1. 정보(mRNA) 또는 매트릭스(mRNA).그 분자는 크기, 분자량(0.05x10 6 ~ 4x10 6) 및 안정성이 가장 다양합니다. 이들은 세포 내 전체 RNA 양의 약 2%를 차지합니다. 모든 mRNA는 핵에서 세포질, 단백질 합성 부위까지 유전 정보를 전달하는 운반체입니다. 이는 단백질 분자의 아미노산 서열(1차 구조)을 결정하므로 단백질 분자 합성을 위한 매트릭스(작업 도면) 역할을 합니다.

2. 리보솜 RNA(rRNA).이는 세포 내 전체 RNA 함량의 80~85%를 차지합니다. 리보솜 RNA는 3~5,000개의 뉴클레오티드로 구성됩니다. 핵의 핵소체에서 합성됩니다. rRNA는 리보솜 단백질과 복합체를 형성하여 단백질 분자가 조립되는 소기관인 리보솜을 형성합니다. rRNA의 주요 의미는 mRNA와 리보솜의 초기 결합을 보장하고 폴리펩타이드 사슬의 합성 중에 아미노산 사이의 펩타이드 결합이 형성되는 리보솜의 활성 중심을 형성한다는 것입니다.

3. RNA 전송(티 RNA). tRNA 분자는 일반적으로 75-86개의 뉴클레오티드를 포함합니다. tRNA 분자의 분자량은 약 25,000이며, tRNA 분자는 단백질 생합성에서 중개자 역할을 하며, 단백질 합성 부위, 즉 리보솜에 아미노산을 전달합니다. 세포에는 30가지 이상의 tRNA가 포함되어 있습니다. 각 유형의 tRNA에는 고유한 뉴클레오티드 서열이 있습니다. 그러나 모든 분자에는 여러 개의 분자 내 상보 영역이 있으며, 그 존재로 인해 모든 tRNA는 클로버 잎 모양과 유사한 3차 구조를 갖습니다.

3. DNA와 RNA 분자의 차이점

학생들은 표를 작성한 후 확인합니다.

비교의 징후
케이지 내 위치	핵, 미토콘드리아, 엽록체	핵, 리보솜, 중심소체, 세포질, 미토콘드리아 및 엽록체
거대분자의 구조	나선형으로 감겨진 이중 가지 없는 선형 중합체	단일 폴리뉴클레오티드 사슬
단량체	디옥시리보뉴클레오티드	리보뉴클레오티드
뉴클레오티드 구성	퓨린(아데닌, 구아닌) 및 피리미딘(티민, 시토신) 질소 함유 염기; 데옥시리보스(C5); 인산 잔류물	퓨린(아데닌, 구아닌) 및 피리미딘(우라실, 시토신) 질소 염기; 리보스(C5); 인산 잔류물
	유전 정보의 수호자	유전정보 판매 중개자

4. DNA 복제

DNA 분자의 독특한 특성 중 하나는 자기 복제 능력, 즉 원래 분자의 정확한 복사본을 재생산하는 능력입니다. 덕분에 분열 중에 모세포에서 딸세포로 유전 정보가 전달됩니다. DNA 분자의 자기 복제 과정을 복제(복제).

복제는 효소가 관여하는 복잡한 과정이다 (DNA 중합효소).복제가 일어나려면 먼저 DNA 이중나선이 풀어져야 합니다. 이것은 또한 특수 효소에 의해 수행됩니다. 헬리카제, 염기 사이의 수소 결합을 끊습니다. 그러나 풀리지 않은 부분은 손상 요인에 매우 민감합니다. 가능한 한 짧은 시간 동안 보호되지 않은 상태를 유지하기 위해 두 체인의 합성이 동시에 발생합니다.

그러나 모체 DNA에서는 이중나선의 두 가닥이 역평행합니다. 한 가닥의 3' 끝 반대쪽이 다른 가닥의 5' 끝이고, 효소 DNA 중합효소는 3'에서 한 방향으로만 "이동"할 수 있습니다. 주형 가닥의 5' 끝에서 '끝까지. 따라서 3'-뉴클레오티드로 시작하는 모 분자의 절반 복제는 이중 나선이 풀린 후에 활성화되어 지속적으로 진행되는 것으로 믿어집니다. 분자의 두 번째 절반의 복제는 처음(5'-뉴클레오타이드가 위치하여 반응을 방지하는 위치)이 아닌 약간 나중에 시작되지만 약간 떨어진 곳에서 시작됩니다. 이 경우 DNA 중합효소는 반대 방향으로 이동하여 상대적으로 짧은 단편을 합성합니다. 이때 나타나는 구조를 이라고 한다. 복제 포크. 이중 나선이 풀리면서 복제 포크가 이동합니다. 두 번째 가닥에서 다음 섹션의 합성이 시작되어 이미 합성된 이전 조각의 시작 부분으로 이동합니다. 그런 다음 두 번째 매트릭스 체인의 이러한 개별 조각(이를 호출합니다. 오카자키의 파편)은 DNA 리가제 효소에 의해 단일 사슬로 연결됩니다.

DNA 복제 분기점의 구조 다이어그램

복제 중에 딸 사슬의 합성에는 데옥시리보뉴클레오티드(인산 잔기 하나 포함)가 사용되지 않기 때문에 ATP 분자의 에너지가 소비되지 않습니다. 디옥시리보뉴클레오시드 삼인산(인산 잔기 3개 함유). 디옥시리보뉴클레오시드 삼인산이 폴리뉴클레오타이드 사슬에 통합되면 두 개의 말단 인산염이 분리되고 방출된 에너지는 뉴클레오타이드 사이에 에스테르 결합을 형성하는 데 사용됩니다.

복제의 결과로 두 개의 이중 "딸" 나선이 형성되며, 각각은 원래 "어머니" DNA의 절반 중 하나를 변경하지 않고 유지(보존)합니다. "딸" 분자의 두 번째 사슬은 뉴클레오티드로부터 새로 합성됩니다. 이거 이름이 붙었어 DNA의 반보존성.

5. 세포 내 RNA 합성

DNA 주형에서 RNA를 읽는 것을 전사(위도부터 사본– 재작성). 이는 특수 효소인 RNA 중합효소에 의해 수행됩니다. 세 가지 다른 RNA 중합효소가 진핵 세포에서 발견되어 서로 다른 종류의 RNA를 합성합니다.

전사는 템플릿 합성 반응의 한 예이기도 합니다. RNA 사슬은 DNA 사슬과 매우 유사합니다. 또한 뉴클레오티드(리보뉴클레오티드, 데옥시리보뉴클레오티드와 매우 유사)로 구성됩니다. RNA는 상보성의 원리에 따라 암호화된 DNA 부분에서 읽혀집니다. 즉, 우라실 RNA는 DNA의 반대쪽 아데닌, 시토신 반대쪽 구아닌, 아데닌 반대쪽 티민, 구아닌 반대쪽 시토신이 됩니다.

주어진 유전자 내에서 두 개의 상보적인 DNA 가닥 중 한 가닥만이 RNA 합성을 위한 주형 역할을 합니다. 이 회로를 작동 회로라고 합니다.

허용되는 관례에 따라 다이어그램의 유전자 시작은 왼쪽에 표시됩니다. 이 경우, DNA 분자의 작동하지 않는(비암호화) 가닥은 "왼쪽" 끝을 가지게 되고, 작동하는(암호화) 가닥은 반대쪽 끝을 가지게 됩니다. RNA 중합효소 효소는 다음에 부착됩니다. 발기인(화학적 친화성으로 인해 효소가 "인식"하고 DNA 주형 가닥의 해당 섹션의 3" 끝에 위치하는 DNA 뉴클레오티드의 특정 서열). 프로모터를 결합해야만 RNA 중합효소가 RNA 합성을 시작할 수 있습니다. 세포에 존재하는 유리 리보뉴클레오시드 삼인산으로부터 RNA 합성을 위한 에너지는 리보뉴클레오시드 삼인산의 거대에너지 결합에 포함되어 있습니다.

III. 지식의 통합

새로운 자료를 배우면서 대화를 요약합니다. 문제의 해결책.

일. DNA 분자는 두 개의 사슬, 즉 mRNA가 합성되는 주요 사슬과 상보적인 사슬로 구성됩니다. 주요(작동) DNA 가닥의 뉴클레오티드 순서가 C-G-C-T-G-A-T-A-G인 경우, 합성된 mRNA의 뉴클레오티드 순서를 기록하십시오.

상보성 원리를 사용하여 작동 DNA 가닥을 따라 합성된 mRNA의 뉴클레오티드 배열 순서(G-C-G-A-C-U-A-U-C)를 결정합니다.

답: G-C-G-A-C-U-A-U-C

IV. 숙제

교과서 단락(RNA, 주요 클래스 및 기능, DNA와 RNA의 차이점, 복제 및 전사)을 연구합니다.

수업 18. "DNA와 RNA"주제에 대한 지식 일반화

장비: 일반 생물학에 관한 표, 뉴클레오티드 구조 다이어그램, DNA 구조 모델, RNA 구조, 복제 및 전사 과정을 보여주는 다이어그램 및 그림.

I. 지식 테스트

질문에 대한 지식의 구두 테스트.

1. RNA와 세포에서의 중요성.
2. 세포 RNA의 종류와 그 기능( 세 명의 학생).
3. 복제, 그 메커니즘 및 중요성.
4. 전사, 그 메커니즘 및 의의.

생물학적 받아쓰기 “DNA와 RNA의 비교”

교사는 숫자로 된 초록을 읽고, 학생들은 자신의 버전 내용과 일치하는 초록의 번호를 노트에 적습니다.

옵션 1 – DNA; 옵션 2 – RNA.

1. 단일 사슬 분자.
2. 이중 가닥 분자.
3. 아데닌, 우라실, 구아닌, 시토신이 함유되어 있습니다.
4. 아데닌, 티민, 구아닌, 시토신이 함유되어 있습니다.
5. 뉴클레오티드에는 리보스가 포함되어 있습니다.
6. 뉴클레오티드에는 디옥시리보스가 포함되어 있습니다.
7. 핵, 엽록체, 미토콘드리아, 중심체, 리보솜, 세포질에 포함되어 있습니다.
8. 핵, 엽록체, 미토콘드리아에 함유되어 있습니다.
9. 유전 정보의 저장, 재생산 및 전송에 참여합니다.
10. 유전 정보 전달에 참여합니다.

옵션 1 – 2; 4; 6; 8; 9;

옵션 2 – 1; 삼; 5; 7; 10.

문제 해결

작업 1. 화학적 분석에 따르면 이 mRNA의 총 뉴클레오티드 수 중 28%가 아데닌, 6%가 구아닌, 40%가 우라실인 것으로 나타났습니다. 이 mRNA에 의해 정보가 "재작성"되는 이중 가닥 DNA의 해당 부분의 뉴클레오티드 구성은 무엇이어야 합니까?

1. RNA 분자의 사슬과 DNA 분자의 작동 사슬이 서로 상보적이라는 것을 알고 작동 DNA 사슬에서 뉴클레오티드의 함량(%)을 결정합니다.

mRNA 사슬에서 G = 6%, 이는 작동하는 DNA 사슬에서 C = 6%를 의미합니다.

mRNA 사슬에서 A = 28%, 이는 작동 중인 DNA 사슬에서 T = 28%를 의미합니다.

mRNA 사슬에서 Y = 40%, 이는 작동하는 DNA 사슬에서 A = 40%를 의미합니다.

2. mRNA 사슬의 시토신 함량(%)을 결정합니다.

mRNA 사슬에서 시토신의 비율을 결정합니다: 100% – 74% = 26%(C);

mRNA 사슬에서 C = 26%이면 작동 중인 DNA 사슬에서 G = 26%입니다.

답: C=6%; T=28%; A=40%; G=26%

작업 2. 한 DNA 가닥의 단편에서 뉴클레오티드는 A-A-G-T-C-T-A-A-C-G-T-A-T 순서로 위치합니다. 이중 가닥 DNA 분자의 구조를 그림으로 그려보세요. 이 DNA 조각의 길이는 얼마입니까? 이 DNA 사슬에는 몇 개의 뉴클레오티드(%)가 있습니까?

1. 상보성의 원리에 따라 주어진 DNA 분자의 두 번째 가닥인 T-T-C-A-G-A-T-T-G-C-A-T-A를 만듭니다.

2. 하나의 뉴클레오티드 길이(0.34 nm)를 알면 이 DNA 단편의 길이를 결정합니다(DNA에서 한 사슬의 길이는 전체 분자의 길이와 같습니다): 13x0.34 = 4.42 nm.

3. 주어진 DNA 사슬에 있는 뉴클레오티드의 백분율을 계산합니다.

13개 뉴클레오티드 – 100%
5A – x%, x=38%(A).
2G – x%, x=15.5%(G).
4 T – x%, x=31%(T).
2C – x%, x=15.5%(C).

답: T-T-C-A-G-A-T-T-G-C-A-T-A; 4.42nm; A=38; T=31%; G=15.5%; C=15.5%.

독립적인 업무 수행

옵션 1

1. 주어진 DNA 분자의 한 사슬의 단편은 C-A-A-A-T-T-G-G-A-C-G-G-G입니다. 각 유형의 뉴클레오티드의 함량(%)과 DNA 분자 조각의 길이를 결정합니다.

2. DNA 분자에는 880개의 구아닐 뉴클레오티드가 있는데, 이는 이 DNA의 총 뉴클레오티드 수의 22%를 구성합니까? 이 DNA 분자에 얼마나 많은 다른 뉴클레오티드가 (개별적으로) 포함되어 있는지 확인하십시오. 이 DNA는 얼마나 됩니까?

옵션 2

1. 주어진 DNA 분자의 한 사슬의 단편은 A-G-C-C-G-G-G-A-A-T-T-A입니다. 각 유형의 뉴클레오티드의 함량(%)과 DNA 분자 조각의 길이를 결정합니다.

2. 250개의 티미딜 뉴클레오티드가 DNA 분자에서 발견되었으며, 이는 이 DNA의 전체 뉴클레오티드 수의 22.5%를 구성합니다. 이 DNA 분자에 얼마나 많은 다른 뉴클레오티드가 (개별적으로) 포함되어 있는지 확인하십시오. 이 DNA는 얼마나 됩니까?

IV. 숙제

생물체에서 발견되는 주요 유기물질 종류에 관한 자료를 검토합니다.

계속됩니다

강의 2번. DNA 복제

J. Watson과 F. Crick의 가설에 따르면, DNA 이중 나선의 각 가닥은 상보적인 딸 가닥의 복제를 위한 주형 역할을 합니다. 이 경우, 부모 DNA와 동일한 두 개의 딸 이중 가닥 DNA 분자가 형성되고, 이들 분자 각각은 부모 DNA의 변하지 않은 가닥 하나를 포함합니다. 반보존적이라고 불리는 이러한 DNA 복제 메커니즘은 1957년 M. Mezelson과 F. Stahl이 대장균 세포를 대상으로 한 실험에서 확인되었습니다. 하나의 딸 DNA가 원래 가닥을 모두 포함해야 하고, 두 번째 딸 DNA가 새로 합성된 두 개의 가닥으로 구성되어야 하는 보존적 복제 방법과, 각 딸 DNA 가닥이 모 DNA와 새로 형성된 DNA의 섹션으로 구성되는 분산 복제 메커니즘, 제외됩니다(그림 1, 슬라이드 1).

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3. 이 과정은 대칭적입니다. 부모 DNA의 두 가닥이 모두 주형 역할을 합니다. 반보수적이라고 할 수도 있습니다.

4. DNA 사슬(또는 그 개별 단편)의 신장은 항상 5' 끝에서 3' 끝 방향으로 발생합니다. 이는 또 다른 새로운 뉴클레오티드가 성장하는 사슬의 3' 말단에 추가된다는 것을 의미합니다. 게다가, 어떤 DNA 분자에서든 상보적인 가닥은 역평행이기 때문에, 성장하는 가닥은 주형 가닥에 대해 역평행이다. 결과적으로 후자는 3'→5' 방향으로 읽혀집니다(슬라이드 2 및 3).

5. 주형 역할을 하는 짝을 이루지 않은 DNA 가닥과 새로운 뉴클레오티드가 추가되는 시드 가닥;

복제 과정은 복잡한 효소 복합체에 의해 수행됩니다. 진핵생물에서 DNA 복제가 진행되는 동안, 단지 하나가 아니라 다수의 그러한 복합체가 각 염색체에 작용합니다. 저것. 염색체에는 DNA 복제의 기원이 많이 있습니다. 그리고 DNA 배가는 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 순차적으로 발생하지 않고 한 번에 여러 곳에서 동시에 발생하므로 프로세스 기간이 크게 단축됩니다(슬라이드 5). 복제는 각 복제 원점에서 양방향으로 전파되며 복제 포크가 형성됩니다. 점차적으로 확장되는 "부풀기" 또는 "눈"이 포크 사이에 나타납니다. 이는 이미 복제된 DNA 섹션입니다. 인접한 "돌출부"는 결국 합쳐지고 DNA는 두 배가 됩니다.

효소 복합체는 합성되는 두 사슬 중 하나가 다른 사슬보다 다소 빠르게 성장하는 방식으로 작동합니다. 따라서 첫 번째 체인을 선도라고 하고 두 번째 체인을 지연이라고 합니다. 선도 사슬은 효소 복합체에 의해 연속적이고 매우 긴 단편으로 형성됩니다. 그 길이(예를 들어 정원세포의 경우)는 1,600,000개의 뉴클레오티드이고 지연 사슬은 일련의 짧은 단편(각각 약 1,500개의 뉴클레오티드) 형태로 형성됩니다. 이것이 소위 오카자키의 파편.

각 DNA 단편이 형성되기 전에 RNA 프라이머의 짧은 서열(10-15개 뉴클레오티드)이 합성됩니다. 사실 DNA 중합효소(DNA 합성의 주요 효소)는 올리고뉴클레오티드 서열이 없으면 "처음부터" 과정을 시작할 수 없습니다. 그러나 RNA 합성을 위한 효소(RNA 중합효소)에는 이러한 능력이 있습니다. 이 효소는 각각의 새로운 DNA 단편의 형성을 시작합니다.

DNA 합성에 관여하는 효소 및 단백질: DNA 중합효소, 토포이소머라제(자이라제), 헬리카제 및 리가제, 프리마제, ssb 단백질. 20개 이상의 복제 효소와 인자로 구성된 전체 복합체를 DNA 복제 시스템 또는 레플리솜이라고 합니다.

DNA 의존성 DNA 중합효소는 상보성 원리를 사용하여 폴리뉴클레오티드 사슬을 성장시키는 복제 과정의 핵심 효소입니다. 원핵생물에는 Pol I, Pol II 및 Pol III의 세 가지 DNA 중합효소가 있습니다. Pol I과 Pol III는 DNA 복제에 관여합니다. DNA 중합효소 I은 중합효소와 (3'→5', 5'→3')-엑소뉴클레아제 활성을 가지고 있으며 프라이머 제거, 프라이머 부위에 형성된 틈 채우기, 복제 중 오류 수정 및 DNA 복구에 관여합니다. 대장균 세포에는 이 효소 분자가 약 400개 있습니다. Pol III는 복구 DNA 합성을 수행합니다.

원핵생물에서 새로 형성된 DNA의 생합성을 촉매하는 주요 효소는 DNA 중합효소 III(Pol III)입니다. 이는 중합효소와 3'→5' 엑소뉴클레아제 활성을 가지고 있습니다. DNA의 선두 가닥과 지연 가닥을 합성하고 교정 기능을 가지고 있습니다. 셀에는 10-20개의 Pol III 분자가 포함되어 있으며 매트릭스에 대한 친화력이 증가하고 높은 복사 효율성을 보장합니다.

활성화" href="/text/category/aktivatciya/" rel="bookmark">DNA 중합효소 활성화.

질문이 생깁니다: 왜 DNA 중합효소 III에 중합효소와 3¢→5¢ 엑소뉴클레아제라는 두 가지 유형의 활성이 필요한가요? 사실 DNA 복제 중 복사 정확도는 매우 높습니다. 즉, 10억 염기쌍당 약 1개의 오류가 발생합니다. 그러나 정상적인 DNA에서는 네 가지 염기 모두의 희귀한 호변이성체 형태가 잠깐 동안 나타납니다. 이러한 모양은 불규칙한 쌍을 형성합니다. 예를 들어, 시토신의 호변이성체 형태는 구아닌 대신 아데닌과 쌍을 이루어 돌연변이를 일으킵니다(슬라이드). 이는 높은 복제 정확도가 수정, 즉 오류 제거를 수행하는 메커니즘에 의해 결정됨을 의미합니다. 이것이 DNA 중합효소 III의 3¢→5¢ 엑소뉴클레아제 활성이 작용하는 곳입니다. 아데닌과 짝을 이루지 않은 시토신을 갖고 있는 DNA 분자와 접촉하게 되면, DNA 중합효소 III은 짝을 이루지 않은 모든 뉴클레오티드를 (가수분해를 통해) 절단합니다.

DNA 중합효소 III이 복제 중에 DNA의 선도(선도) 가닥과 지연 가닥의 결합 합성을 촉매한다는 증거가 있습니다. DNA 중합효소는 3'-OH 그룹에만 디옥시리보뉴클레오티드를 추가할 수 있기 때문에 프라이머가 필요합니다. 선도 가닥에는 프라이머가 1개 있고, 지연 가닥에는 프라이머가 두 개 이상 있습니다. 지연 가닥의 DNA 중합효소는 4초 안에 짧은 단편을 합성한 후 첫 번째(슬라이드)에서 어느 정도 떨어진 곳에 위치한 주형 가닥의 섹션에서 다른(다음) 단편의 합성으로 전환합니다.

각각의 짧은 단편에 대해 DNA 중합효소는 3¢ 말단이 쌍을 이룬 프라이머가 필요합니다. 프라이머는 진핵생물에서 약 10개의 뉴클레오티드(슬라이드)로 구성된 리보뉴클레오시드 삼인산으로부터 짧은 RNA 프라이머(프라이머)를 형성하는 효소 DNA 프리마제에 의해 합성됩니다. 프라이머는 지연 가닥의 주형에서 특정 간격으로 합성된 다음 DNA 중합효소에 의해 확장되어 매번 새로운 Okazaki 단편이 시작됩니다. DNA 중합효소 분자는 프라이머에 도달할 때까지 계속해서 성장합니다. 이러한 많은 단편에서 DNA 사슬의 연속성을 보장하기 위해 DNA 복구 시스템이 작동하여 RNA 프라이머를 제거하고 이를 DNA로 대체합니다. 이 과정은 새 단편의 3¢ 끝과 이전 단편의 5¢ 끝을 연결하는 리가아제에 의해 완료됩니다.

DNA의 이중 가닥은 복제 포크가 진행됨에 따라 풀어져서 들어오는 데옥시리보뉴클레오시드 삼인산이 모 주형 가닥과 짝을 이룰 수 있어야 합니다. 그러나 정상적인 조건에서는 DNA 이중 나선이 안정적입니다. 염기쌍은 매우 단단하게 결합되어 있으므로 시험관에서 DNA의 두 가닥을 분리하려면 물의 끓는점(90°C)에 가까운 온도가 필요합니다. 이중 나선이 열리려면 헬리카제와 SSB 단백질이라는 두 가지 유형의 단백질이 필요합니다.

복제를 위해 모 DNA를 준비하는 단백질

a) DNA 분자의 복제 기점에는 A-T 쌍이 풍부한 특정 염기 서열이 있습니다.

이 과정은 특수 인식 단백질의 여러 분자가 각 서열에 결합하는 것으로 시작됩니다. 박테리아의 경우 이러한 단백질을 DnaA(복제를 시작하는 첫 번째 단백질)라고 합니다. (따라서 그림에서는 인식단백질을 A로 표기하였습니다.)

인식 단백질과 복제 기원의 상호 작용이 가능한 다양한 이유를 상상할 수 있습니다. 이러한 이유 중:

- 핵에서 인식 단백질의 출현 또는 특정 변형;

- 특정 차단 요소로부터 복제 원본을 해제합니다.

- 문제의 상호작용에 필요한 일부 제3의 요인의 핵에서의 출현; 등.

사용 가능한 데이터는 첫 번째 옵션을 지원합니다. 그러나 어쨌든 복제 시작을 제어하는 ​​주요 링크 중 하나가 여기에 있다는 것은 분명합니다.

DNA 복제 복합체의 결합을 보장하는 인식 단백질은 DNA를 따라 더 이상 이동하지 않는 것으로 보입니다.

b) "선구자" 중 하나는 헬리카제 효소입니다(그림에서 문자 G로 표시됨). 이는 복제 분기점 영역에서 모 DNA의 이중 나선이 풀리는 것을 보장합니다. 후자는 단일 가닥 섹션으로 분리됩니다.

이를 위해서는 ATP 가수분해 에너지가 필요합니다. 즉 1쌍의 뉴클레오티드를 분리하려면 2ATP 분자가 필요합니다.

분명히 동시에 DNA의 이 부분은 히스톤 및 기타 염색체 단백질과의 연결에서 옮겨졌습니다.

c) 그러나 특정 영역에서 나선이 풀리면 이 영역 앞에 슈퍼코일이 생성됩니다.

사실 각 DNA 분자는 핵 매트릭스의 여러 위치에 고정되어 있습니다. 따라서 일부가 풀리면 자유롭게 회전할 수 없습니다. 이로 인해 슈퍼코일링이 발생하고 이로 인해 이중 나선의 풀림을 차단하는 구조적 장력이 형성됩니다.

문제는 토포이소머라제 효소(그림의 I)의 도움으로 해결됩니다. 분명히 그들은 아직 풀리지 않은 DNA 영역, 즉 슈퍼 코일 링이 발생하는 영역에서 기능합니다. 위상이성질화효소복제 분기점에서 이중 나선이 풀리는 과정에 참여합니다. 이러한 효소는 초나선의 정도를 변화시키고 복제 분기점의 지속적인 움직임을 위한 조건을 만드는 "경첩"의 형성으로 이어집니다. 두 가지 유형의 토포이소머라제가 확인되었습니다. 유형 I 토포이소머라제는 두 개의 DNA 가닥 중 하나를 절단하여 이중 나선의 말단 부분이 손상되지 않은 가닥 주위를 회전하도록 한 다음 절단된 가닥의 끝을 재결합시킵니다. 유형 II 토포이소머라제는 양쪽 상보 가닥에 일시적인 절단을 도입하고 초나선의 정도를 변경한 다음 절단된 끝을 연결합니다. 토포이소머라제는 헬리카제가 복제를 위해 DNA를 풀도록 도와줍니다. 토포이소머라제 II(세균성 토포이소머라제 II를 자이라제라고 함)도 있습니다. 이 효소는 즉시 DNA 가닥을 끊고 다시 해당 끝을 자신에게 전달합니다. 이를 통해 DNA 풀림 중 슈퍼코일 문제를 더욱 효과적으로 해결할 수 있습니다.

토포이소머라제 I은 DNA 가닥 중 하나를 절단하여 그 근위 말단을 자신에게 전달합니다(그림). 이는 DNA의 원위 부분(풀린 부위에서 끊어진 부위까지)이 전체 사슬의 해당 결합 주위를 회전할 수 있게 하여 슈퍼코일의 형성을 방지합니다. 이어서, 끊어진 사슬의 끝이 다시 닫힙니다. 그 중 하나가 효소에서 다른 끝으로 전달됩니다. 따라서 토포이소머라제에 의한 사슬 절단 과정은 쉽게 되돌릴 수 있습니다.

헬리카제(위도부터 나선- 나선, 단백질 DNAB), 꼬이지 않은 사슬을 가진 분자의 한 부분인 복제 분기점의 DNA 나선을 따라 형성과 발전을 수행합니다. 이 효소는 ATP 가수분해에 의해 방출된 에너지를 사용하여 사슬을 풀어줍니다. 헬리카제는 다음과 함께 작용합니다. SSB- 분자의 단일 가닥 영역에 결합하여 꼬이지 않은 이중 가닥을 안정화시키는 단백질.

d) 따라서 토포이소머라제에 의해 "지원"되는 헬리카제 효소는 DNA 이중나선을 국지적으로 풀어서 두 개의 분리된 가닥으로 만듭니다.

특수 SSB 단백질은 이러한 각 실에 즉시 결합합니다. 후자는 단일 가닥 DNA 영역에 대한 친화력이 증가하고 이 상태에서 이를 안정화합니다.

참고: 따라서 이들 단백질은 주로 이중 가닥 DNA 영역에 결합하는 히스톤과 다릅니다.

중합효소

a) 특수 단백질은 프리마제 활성화제(그림의 AP)로 기능합니다. 그 후, 프리마제(P)는 단일 가닥 DNA의 해당 부분을 주형으로 사용하여 짧은 RNA 프라이머, 즉 프라이머를 합성합니다.

b) 다음으로 DNA 중합효소가 작용합니다. 진핵생물에는 5가지의 서로 다른 DNA 중합효소가 알려져 있습니다. 이들 중 β- 및 ε-중합효소는 DNA 복구에 관여하고, γ-중합효소는 미토콘드리아 DNA 복제에, α- 및 δ-중합효소는 핵 DNA 복제에 관여합니다.

더욱이, 일부 가정에 따르면 α-중합효소는 프리마제 및 δ-중합효소 모두와 연관되어 있으며, 후자는 PCNA 단백질(그림의 P)과 연관되어 있습니다.

이 단백질은 중합효소 복합체를 복제된 DNA 가닥에 부착하는 "옷핀" 역할을 합니다. "고정된" 상태에서는 고리처럼 DNA 가닥을 잡는 것으로 믿어집니다(그림). 이는 이 사슬에서 중합효소가 조기에 분리되는 것을 방지합니다.

DNA 중합효소는 구성 중인 DNA 사슬에 디옥시리보뉴클레오티드를 순차적으로 통합하는 작업(모 사슬의 뉴클레오티드에 상보적임)을 수행한다는 것이 분명합니다.

그러나 게다가 이 효소들은 명백히 다른 많은 중요한 활동도 가지고 있습니다. 그러나 진핵생물 DNA 중합효소의 경우 이러한 활성의 분포는 아직 완전히 명확하지 않습니다. 따라서 유사한 박테리아 효소에 대한 정보를 제공합니다.

박테리아에서 DNA 복제의 주요 "작업"은 이량체 구조를 가진 DNA 중합효소 III에 의해 수행됩니다. PCNA 단백질 유형의 "클램프"가 이와 관련되어 있습니다.

따라서 DNA 중합효소 활성 외에도 DNA 중합효소 III에는 3"→5"-엑소뉴클레아제라는 활성이 하나 더 있습니다. 후자는 오류가 발생하고 "잘못된" 뉴클레오티드가 생성되는 사슬에 포함되는 경우에 발생합니다. 그런 다음 염기쌍 결합의 결함을 인식한 효소는 성장하는 (3"-) 끝에서 마지막 뉴클레오티드를 절단한 후 다시 DNA 중합효소로 작동하기 시작합니다.

따라서 시스템은 활동 결과를 지속적으로 모니터링합니다.

c) 우리가 알고 있듯이, 새로운 DNA 사슬은 상대적으로 짧고(오카자키 단편) 매우 긴 단편 형태로 처음 형성됩니다. 그리고 각각은 프라이머 RNA로 시작됩니다.

모 가닥을 따라 이동하는 효소 복합체가 이전 단편의 RNA 시드에 도달하면 DNA 중합효소 III을 모 DNA 가닥에 연결하는 "클램프"가 열리고 이 효소는 작동을 멈춥니다. DNA 중합 효소 I이 작동합니다 (우리는 여전히 박테리아 효소에 대해 이야기하고 있습니다). 이는 성장하는 단편의 3"-말단에 부착됩니다(그림 1.14). 이 경우 효소는 더 이상 이 단편 및 모 사슬과 안정적인 연결을 갖지 않지만 2개도 아닌 3개의 활성을 갖습니다.

그 중 첫 번째는 "전면" 또는 5"→3" 엑소뉴클레아제 활성입니다. 즉, 이전 단편의 RNA 프라이머 5" 말단에서 뉴클레오티드가 순차적으로 절단됩니다.

"그것" 단편의 끝(DNA 중합효소 활성).

그리고 마지막으로 DNA 중합효소 III과 마찬가지로 확장되는 단편에 대한 "후방" 또는 3"→5"-엑소뉴클레아제 활성을 사용하여 활성을 확인하고 필요한 경우 조정하는 것을 "잊지 않습니다".

성장하는 단편이 이전 단편의 디옥시리보뉴클레오티드에 가까워지면 DNA 중합효소 I의 기능이 소진됩니다.

진핵생물의 경우, 박테리아 DNA 중합효소 III의 기능적 유사체는 분명히 α- 및 δ-DNA 중합효소의 복합체입니다. 더욱이, 교정적인 3"→5" 엑소뉴클레아제 활성은 δ-DNA 중합효소에 내재되어 있습니다.

DNA 중합효소 I의 기능은 두 가지 효소 사이에 분포되어 있습니다. 5"→3" 엑소뉴클레아제 활성(RNA 프라이머 제거)은 아마도 특수 뉴클레아제(그림 1.11의 H)에 의해 수행되고, DNA 중합효소 활성(채우기)은 " gaps”) - DNA 중합효소 β(수리에도 관여하는 것).

d) 중합 효소에 관해 말하면, 그와 관련된 가장 어려운 문제를 언급하지 않을 수 없습니다. 우리는 지연 DNA 가닥의 합성에 대해 이야기하고 있습니다. 우리가 알고 있듯이 이 합성 방향은 복제 분기점의 일반적인 전파 방향과 반대입니다.

이 모순을 설명하는 데에는 적어도 두 가지 가설이 있습니다.

그 중 하나(그림 1.15, A)에 따르면, 효소 복합체는 주기적으로 선도 사슬의 형성을 중단하고 두 번째 모 사슬로 이동하여 지연 사슬의 다음 Okazaki 단편을 합성합니다. 그런 다음 첫 번째 모 가닥으로 돌아가서 구성 중인 DNA의 선두 가닥을 계속해서 늘립니다.

다른 버전(그림 1.15, B)에 따르면 복제 과정에서 모 DNA의 두 번째 가닥(지연 가닥 주형)에 루프가 형성됩니다. 따라서 루프 내부 부분의 Okazaki 단편 형성 방향은 중합효소 복합체의 이동 방향과 일치하기 시작합니다. 그런 다음 후자는 거의 동시에 두 DNA 가닥, 즉 선두 및 지연 DNA 가닥을 동시에 형성할 수 있습니다.

이는 박테리아 DNA 중합효소 III이 이량체인 반면 진핵생물에서는 α- 및 δ-DNA 중합효소가 단일 복합체를 형성한다는 사실과 관련이 있을 수 있습니다. 그러나 이러한 메커니즘을 사용하더라도 지체 사슬은 쉽게 알 수 있듯이 연속적으로 형성될 수 없고 단편적인 형태로만 형성될 뿐입니다.

DNA 복제를 완료하는 효소

이전의 모든 효소의 작용 결과, 결합합성된 각 사슬은 서로 밀접하게 인접한 단편으로 구성되는 것으로 밝혀졌습니다.

이웃 단편의 "연결"은 DNA 리가제(그림 1.11의 L)에 의해 수행됩니다. DNA 중합효소와 마찬가지로 이 효소는 뉴클레오티드 간(포스포디에스테르) 결합을 형성합니다.

그러나 중합효소 반응에서 참여자 중 하나가 유리 dNTP(deoxyribonucleoside triphosphorate)라면, DNA 리가아제 반응에서는 두 참여자 모두 "꿰매어진" 단편의 말단 dNMP(deoxyribonucleoside monophosphes)입니다.

이러한 이유로 반응 에너지가 다르며 ATP 분자의 결합 가수분해가 필요합니다.

또한 DNA 리가아제는 이중 가닥 DNA의 일부인 단일 가닥 단편만 "교차 연결"합니다.

하지만 그게 전부는 아닙니다. DNA 분자는 끝부분이나 텔로미어 영역의 특별한 복제 과정이 발생하지 않는 한 완전히 복제되지 않습니다.

텔로머라아제 효소는 이 과정에서 중요한 역할을 합니다.

프리마이즈. DNA 복제에는 RNA 프라이머가 필요합니다. RNA 프라이머는 dnaG 유전자에 의해 인코딩되는 프리마제(그림 29.3)에 의해 합성됩니다.

그림 29.3에서 primase는 세 가지 도메인으로 구성되어 있음을 알 수 있습니다.

■ – N 말단 도메인(110개 아미노산), ​​DNA 결합 모티프(징크 핑거)를 포함합니다.

■ – 코어(중앙) 도메인(322개 아미노산)에는 촉매 중심이 포함되어 있습니다.

■ – dnaB와 상호작용하는 C-말단 도메인(151개 아미노산).

E. coli primase에 의해 합성된 프라이머는 5' 말단에 pppAG 서열로 시작하며 대략 10-12개의 뉴클레오티드로 구성됩니다. Primas는 구조와 행동의 특이성이 다릅니다.

DNA 리가제인접한 데옥시리보뉴클레오티드의 5_-P-와 3_-OH- 그룹 사이의 공유 결합 형성에 참여하여 DNA 사슬 조각의 재결합 과정을 촉매합니다. 이 효소는 또한 ATP가 가수분해되는 동안 형성된 고에너지 결합의 에너지를 사용합니다.

DNA 복제는 세 단계로 발생합니다. 개시, 연장 및 종료.

박테리아에서 DNA 복제의 시작은 염색체의 고유한 부위인 복제 지점인 oriC에서 시작되며, 이 곳에서 복제는 종료 지점(말단)까지 양방향으로 발생합니다. 결과적으로 반대 방향으로 움직이는 두 개의 복제 포크가 형성됩니다. 즉, 두 가닥이 동시에 복제됩니다.

개시자 단백질 DNAA반복되는 결합 부위에 결합 오리C, 특수한 핵단백질 구조를 형성합니다. 이는 AT가 풍부한 서열의 국부적 발산으로 이어집니다. 오리C, 복제 헬리카제의 결합 부위 역할을 함 (DNAB), 그리고 다람쥐 DNA씨/

더 나아가 DNAB삭제로 활성화됨 DNAC, 5_→3_ 방향으로 일정거리 이동하며 프리마제와 상호작용 dnaG. 프리마제는 홀로효소 DNA 폴리머라제 III에 대한 짧은 RNA 프라이머를 합성하며, 개시 부위에서 적어도 5개의 단백질로 구성된 중간 복합체가 형성됩니다. 그 중 하나가 단백질이다. DNAB– ATP 가수분해 에너지를 이용하여 DNA를 따라 이동할 수 있으며, 프리마제 활성화 신호 역할도 합니다(그림 29.5).

프리마제는 여러 개의 서로 다른 하위 단위로 구성된 프리모솜의 구성 요소입니다. 프리모솜에는 단백질 복합체도 포함되어 있습니다. DNAВ그리고 DNAС, 복제 분기점 근처에서는 프리마제에 의한 인식에 적합한 특정 2차 DNA 구조의 형성에 주기적으로 참여합니다.

DNA 복제의 시작은 복제 분기점의 형성과 복제 복합체의 형성(그림 29.6)으로 인해 선두 DNA 가닥(그림 29.5)에서 RNA 프라이머의 합성으로 끝납니다.

신장 과정에서 DNA의 딸 폴리뉴클레오티드 사슬이 성장합니다. 각 복제 포크에는 여러 보조 단백질과 관련된 DNA 중합효소 III 분자가 두 개 이상 포함되어 있습니다. 후자에는 단단히 접힌 DNA 이중 나선을 푸는 DNA 토포이소머라제(자이라제)와 이중 가닥 DNA를 두 가닥으로 푸는 헬리카제가 포함됩니다.

DNA의 선두 가닥은 복제 분기점의 움직임과 일치하는 방향으로 연속적으로 복제됩니다. 지연 가닥은 복제 포크의 움직임과 반대 방향으로 읽혀집니다. 복제 중 DNA 가닥의 역평행성을 극복하는 것은 루프 구조의 형성을 통해 달성될 수 있습니다(그림 29.7).

첫째, 새로운 DNA 가닥의 짧은 조각, 즉 발견자의 이름을 딴 소위 오카자키 조각이 지연 가닥에서 합성됩니다. 각 단편은 DNA 중합효소의 기능에 필요한 짧은 RNA 시드(프라이머)로 시작됩니다. DNA 중합효소 III은 이 프라이머를 1000-2000 데옥시뉴클레오티드 단위 길이의 DNA 단편으로 완성합니다.