Name: dna structure and base pairing
Uploaded: 2020-11-23T11:47:33.000Z
Duration: 1 min 16 s
Channel: JoVE

K12 Standards

Minnesota Academic Standards in Science

9-12

Life Science

1.1.1 9L.1.1.1.1

The DNA Helix

デオキシリボ核酸(DNA)は，2本のポリヌクレオチド鎖で構成されています。それぞれは、単一のリン酸基と、糖デオキシリボースに結合した 窒素含有塩基である，アデニン(A)シトシン(C)グアニン(G)チミン(T)という4種類のヌクレオチドサブユニットで構成されています。この配置は、ＤＮＡ構造の 糖リン酸骨格を作り出しています。三本鎖末端の一方の鎖では、糖は、ホスホジエステル結合を介して 5番目の炭素原子の鎖中の 他の糖分子と共有結合する準備ができている 3番目の炭素原子にある ヒドロキシル基で配向されます。反対側の逆平行鎖では、形成される水素結合の数の違いのおかげで、CはGと，AはTと 各塩基は それぞれ決まったものに対合します。この相補的な側は 5'のリン酸基が終わりです。この化学的極性は効率的な形成を可能にしています。2本の鎖を互いの周りに巻き付けて全回転毎に 10の塩基対を有する 三次元二重らせんを形成します。

「DNAの構造と機能の発見:ワトソンとクリック」 Nature Education 1、no. 1(2008):100。[<a href="https://www.nature.com/scitable/topicpage/discovery-of-dna-structure-and-function-watson-397">出典</a>]

dnaヘリックス

<h4>概要</h4>
 
 デオキシリボ核酸(DNA)は、すべての生物やほとんどのウイルスの形質を代々受け継ぐための遺伝物質です。DNAは、2本のヌクレオチドがお互いに巻きついて二重らせんを形成しています。DNAの構造の発見は、約1世紀にわたって段階的に行われ、科学の歴史の中で最も有名で魅力的な物語の一つとなっています。
 
 <h4>DNA構造の詳細</h4>。
 
 DNAは、デオキシリボースという糖、リン酸基、アデニン(A)、グアニン(G)、シトシン(C)、チミン(T)という4つの窒素を含む塩基を含むヌクレオチドというサブユニットから構成されています。アデニンとグアニンはプリンと呼ばれる化学物質の一種であり、いずれも二環性の構造を持ちます。シトシンとチミンは、ピリミジンと呼ばれる単環性の構造を持つグループに属します。
 
 同じ鎖の中で隣り合うヌクレオチドは、ホスホジエステル結合によって共有結合しています。ヌクレオチドでできた2本の鎖は、一方の鎖のアデニンが他方の鎖の同じ位置にあるチミンとペアになり、一方の鎖のシトシンが他方の鎖の同じ位置にあるグアニンとペアになるという水素結合によって結合しています。このような水素結合は、2本のDNA鎖の5’と3’の端が反対方向に向いている逆平行配列によって可能になります。この配列がなければ、ヌクレオチドは鎖間で水素結合を形成するのに不適切な位置にあることになります。
 
 DNA分子の2本の鎖は、二重らせんと呼ばれるバネのような構造でしっかりと巻かれています。しかし、二重らせんは完全な対称構造ではなく、規則的に溝が形成されています。主溝は、糖-リン酸の骨格が比較的離れているところにあります。この溝には、転写因子などのDNA結合タンパク質が入り込むことができます。一方、副溝は、糖-リン酸の骨格が近接しているところに生じる溝です。副溝を介してDNAに結合するタンパク質は比較的少ないです。
 
 <h4>DNA構造の発見。歴史を振り返る</h4>。
 
 DNA構造の発見は、1869年にスイス人科学者フリードリッヒ・ミーシャー（Friedrich Miescher）が「ヌクリン」と呼ばれる物質を発見したことから始まりました。白血球からタンパク質を抽出する過程で、ミーシャーはリンの含有量が比較的多い未知の物質を発見しました。それが何であるかは分かりませんでしたが、生物学的に重要な物質ではないかと考えたのです。ミーシャーは正しかったですが、科学界が彼の洞察を完全に理解するには数十年を要しました。
 
 次の重要な発見は、ロシア人生化学者フィーバス・レヴィーン(Phoebus Levene)によるものでしました。1919年、レヴィーンは、ヌクリン（後に核酸として知られる）がポリヌクレオチドと呼ばれる分子の鎖で構成されていることを提案しました。この提案は、酵母を使った研究で、ヌクレオチドがリン酸基、糖、窒素を含む塩基から構成されていることを発見したことに端を発しています。レヴィ―ンのポリヌクレオチドモデルは多くの点で正しかったものの、DNA分子の中で塩基がどのように配置されているかはまだ不明でしました。
 
 オーストリア人生化学者エルヴィン・シャルガフ(Erwin Chargaff)は、レヴィーンの研究をさらに発展させました。シャルガフは、1940年代後半に、DNA中のアデニンの量とチミンの量は常にほぼ等しく、グアニンの量とシトシンの量は常にほぼ等しいという重要な発見をしました。これは「シャルガフの法則」と呼ばれ、DNAの構造を最終的に解明するための重要な証拠となりました。
 
 1950年代初頭、アメリカ人生物学者ジェームズ・ワトソン(James Watson)とイギリス人物理学者フランシス・クリック(Francis Crick)は、ライバルであるアメリカのライナス・ポーリング(Linus Pauling)と競い合ってDNAの立体構造を発見しました。彼らはシャルガフの研究を基にしてDNAの物理モデルを構築するために、物理学、数学、化学の知識を駆使しましたが、DNAの二重らせん構造を示すX線写真という重要なデータを手に入れるまではうまくいきませんでしました。この写真は、物理学者ロザリンド・フランクリン(Rosalind Franklin)の未発表データで、フランクリンに内緒でワトソンとクリックに渡されたものでしました。ワトソンとクリックは、1953年にDNAの構造を発表し、この発見により1962年にノーベル医学・生理学賞を、フランクリンの同僚であるモーリス・ウィルキンス(Maurice Wilkins)とともに受賞しました。残念ながら、フランクリンは1958年に亡くなったため、ノーベル賞を受賞する資格はありませんでしました。

DNAヘリックス

概要

デオキシリボ核酸、またはDNAは、すべての生物、そしてほとんどの生物で世代から世代へと形質を渡す責任がある遺伝物質です...

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分子生物学

Unit 1

ユニット1

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DNA、細胞、そして進化

KEY TERMS AND CONCEPTS

主要用語と概念

dna structure and base pairing

DNA has a helical structure that helps store genetic information. The double helix is the shape formed by two strands that twist around each other. This structure is a key feature of DNA in cells.

The two strands are held together by base pairing. Bases on one strand match with bases on the other strand in a regular way. This pairing helps keep the DNA molecule stable and organized.

The helix shape also helps explain how DNA fits into chromosomes and carries instructions for living things. By studying the DNA helix, students can connect molecular structure with heredity and genetic information.

DNA Structure and Base Pairing

the dna helix

DNA has a helical structure that helps store genetic information. The double helix is the shape formed by two strands that twist around each other. This structure is a key feature of DNA in cells. The two strands are held together by base pairing. Bases on one strand match with bases on the other strand in a regular way. This pairing helps keep the DNA molecule stable and organized. The helix shape also helps explain how DNA fits into chromosomes and carries instructions for living things. By...

the central dogma

DNA to Protein: Central Dogma Steps

The central dogma explains how genetic information moves from DNA to RNA to protein. This flow is a key idea in molecular biology. It helps show how cells use genes to make the molecules that carry out work. DNA stores the instructions for making proteins. During transcription, a gene in DNA is copied into RNA. The RNA then carries that message to the next stage. In translation, the RNA message is used to build a protein. Proteins do much of the cell’s work, so this process connects genes to...

prokaryotic cells

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Cell Compartments in Eukaryotes

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the tree of life - bacteria, archaea, eukaryotes

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How Life Is Classified Into Three Domains

The tree of life shows how organisms are related through evolution. Its root represents the common ancestor of all life on Earth. From that point, branches spread out like a tree. The tips of the branches represent living, or extant, species. Species that no longer exist, called extinct species, appear closer to the center of the tree. Today, these organisms are grouped into three domains: bacteria, archaea, and eukaryotes. Scientists still debate these divisions, so the tree of life keeps...

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gene evolution - fast or slow?

Why Some Gene Regions Evolve Faster

Gene regions do not all change at the same rate. In eukaryotes, long stretches of DNA do not code for proteins or RNAs. Some of these non-coding regions include important regulatory sequences, but most have no known function. Because little or no selection pressure acts on them, they often change the fastest over evolutionary time. Protein-coding regions usually evolve more slowly. A change in a coding sequence can alter a protein and make it less effective at doing its job. That creates...

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genome-size-and-the-evolution-of-new-genes

How Genome Size Shapes New Genes

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How Gene Families Evolve and Diversify

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How Genes Move Within and Across Generations

Genetic transfer is the movement of genetic information from one organism to another. It happens in two main ways: vertical gene transfer and horizontal gene transfer. Vertical gene transfer moves genes from one generation to the next. It is much more common than horizontal gene transfer. Vertical gene transfer happens during both sexual reproduction and asexual reproduction. In both cases, one or more organisms pass some or all of their genome to their offspring. This kind of transfer occurs...

key terms and concepts

Explore the DNA double helix and base pairing in a clear, high school-friendly overview of how DNA stores genetic information.

DNA Structure and Base Pairing | JoVE K12

molecular biology

JoVE Core 分子生物学は、明確で簡潔なアニメーション ビデオ レッスンを通じて細胞の分子プロセスを紹介します。さらに、科学者の実際のビデオでは、これらの概念の応用が現代の研究室での実際の実験を通じて実証されています。

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DNA as a Genetic Template

Two structural features of the DNA molecule provide a basis for the mechanisms of heredity: the four nucleotide bases and its double-stranded nature. The ...

Organization of Genes

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Heterochromatin

Heredity: Inheritance and Variation of Traits: Ask questions to clarify relationships about the role of DNA and chromosomes in coding the instructions for characteristic traits passed from parents to offspring. (P: 1, CC: 2, CI: LS3)

1 Exploring phenomena or engineering problems
 1.1 Asking questions and defining problems
  1.1.1 Students will be able to ask questions about aspects of the phenomena they observe, the conclusions they draw from their models or scientific investigations, each other’s ideas, and the information they read.

DNA Structure and Base Pairing

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