DNAの構造

By Susha Cheriyedath, M.Sc.Reviewed by Sally Robertson, B.Sc.

1953年にジェームズ ワトソンとフランシス クリックが発見したDNA構造は、現在までの科学史において最も革新的な発見の1つと言えるでしょう。 しかし、核酸構造の発見につながる研究は、その数年前に始まり、世界中のさまざまな研究者が関わっていました。 しかし、この分子の重要性に気づいたのは、それから50年以上後のことであった。 1919年、ロシアの生化学者フォーバス・レヴィーンは、核酸が4つの塩基（A（アデニン）、T（チミン）、G（グアニン）、C（シトシン）のうちの1つと糖とリン酸基からなるヌクレオチドでできていると提唱した

1944年にオズワルド・エイヴリーが書いた遺伝物質としてのDNAの論文をきっかけに、1950年代に核酸の化学に焦点を当てた研究プロジェクトを開始したオーストリアの生化学者エルヴィン・シャルガフが、その研究を始めた。 彼は、DNA中の塩基の量に関する観察から、「プリン体（A＋G）の総量とピリミジン（C＋T）の総量はほぼ同じである」という「シャルガフの法則」を組み立てたのである。 このレヴィーンの発見と、ロザリンド・フランクリンとモーリス・ウィルキンスによるDNAの構造に関する重要なX線結晶学的研究の組み合わせにより、1953年のワトソンとクリックによる二重らせん構造の画期的な発見への基礎が作られたのです。

1962年、ワトソン、クリック、ウィルキンスは、「核酸の分子構造に関する発見と、生体内の情報伝達におけるその重要性」により、共同でノーベル医学賞を受賞しました。 この構造は二重らせんと呼ばれています。 この鎖の骨格は、炭素数5の糖とリン酸基の繰り返しパターンである。 それぞれの糖は、窒素を含む4つの塩基のうちの1つに結合している。

ヌクレオチドに存在する糖はデオキシリボースであり、それゆえデオキシリボ核酸（DNA）と呼ばれている。 二重らせん構造のDNAでは、4つの塩基はすべて二重らせんの内側に閉じ込められ、2本の鎖上の相補的な塩基を結ぶ水素（H）結合によって固定されている。 DNAの糖-リン酸骨格は二重らせんの外側にある。

水素結合

アデニンとチミンは2つのH結合で対になっており、シトシンとグアニンは3つのH結合で対になっている。

相補的塩基対

二重らせんの2本のDNA鎖は、それぞれの塩基対が二重らせんにフィットするように反対方向に（互いに反平行に）走っています。

AとT、GとCの相補的な塩基対は、二重らせん内のエネルギーレベルを最適化することができます。 この二重らせんの配置では、各塩基対の幅は同じままです。つまり、DNA分子の長さに沿って、糖-リン酸骨格の間の距離が同じに保たれているのです。 DNA二重らせんの2本の糖-リン酸骨格のねじれや回転は、10塩基対ごとに起こり、塩基対のパッキング効率を最大にしています。 分離の際、2本の鎖はそれぞれ、DNA分子の正確な、あるいは同一のコピーを作成するための鋳型として機能する。

1. http://tigger.uic.edu/classes/phys/phys461/phys450/ANJUM04/
2. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26821/
3. http://cs.boisestate.edu/~amit/teaching/342/lab/structure.html
4. http://www.nature.com/scitable/topicpage/discovery-of-dna-structure-and-function-watson-397
5. https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1962/

Further Reading

• すべての DNA 内容
• DNAとは何か?
• DNAの性質
• DNAの化学修飾
• DNAの生体機能

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