핵산

Nucleic acid
핵산 RNA(왼쪽)와 DNA(오른쪽).

핵산은 생물 고분자, 고분자로 알려진 모든 형태의 생명체[1]필수적입니다.그들은 뉴클레오티드로 구성되어 있는데, 뉴클레오티드는 5-탄소 당, 인산기, 질소 염기의 세 가지 성분으로 이루어진 모노머이다.핵산의 두 가지 주요 부류는 디옥시리보핵산리보핵산이다.설탕리보스이면 폴리머는 RNA이고, 설탕이 리보스 유도체 디옥시리보스이면 폴리머는 DNA이다.

핵산은 세포에서 정보를 전달하는 분자로서 유전 물질을 구성하는 1차적인 역할을 하는 자연적으로 발생하는 화합물이다.핵산은 지구상의 모든 생명체의 모든 살아있는 세포에 대한 정보를 만들고, 암호화하고, 저장하는 모든 생명체에서 풍부하게 발견됩니다.차례로, 그들은 세포핵 내부와 외부의 정보를 세포의 내부 작동에 전달하고 궁극적으로 살아있는 유기체의 다음 세대에 전달하는 기능을 한다.암호화된 정보는 RNA와 DNA 분자 내에서 뉴클레오티드의 '래더 스텝' 순서를 제공하는 핵산 시퀀스를 통해 포함되고 전달됩니다.그들은 단백질 합성을 지시하는 데 특히 중요한 역할을 한다.

뉴클레오티드의 끈은 나선형 등뼈를 형성하기 위해 결합되고 (일반적으로 RNA용 1개, DNA용 2개), 아데닌, 시토신, 구아닌, 티민, 우라실5개의 1차 또는 표준 핵염기 중에서 선택된 염기쌍의 사슬에 결합된다.티민은 DNA와 유라실에서만 발생한다. 아미노산단백질 [2]합성이라고 알려진 과정을 사용하여, 이러한 핵염기쌍의 DNA에서의 특정 배열은 유전자로서 코드화된 명령을 저장하고 전달할 수 있다.RNA에서 염기쌍 배열은 모든 생명체의 뼈대와 부분, 그리고 대부분의 화학적 과정을 결정하는 새로운 단백질을 생산하기 위한 것이다.

역사

스위스의 과학자 프리드리히 미셰르는 1868년에 핵산을 핵산으로 명명하는 것을 처음 발견했습니다.나중에,[3] 그는 그것이 유전과 관련이 있을 수 있다는 생각을 제기했다.

핵산은 1869년 독일 튀빙겐 대학에서 프리드리히 미셰르에 의해 처음 발견되었다.그는 그것의 첫 번째 이름[4]핵소체로 지었다.1880년대 초에 알브레히트 코셀은 그 물질을 더욱 정제하여 그것의 매우 산성적인 성질을 발견했다.그는 또한 나중에 핵염기들을 확인했다.1889년 Richard Altmann은 핵산이라는 용어를 만들었습니다.그 당시에는 DNA와 RNA가 [5]분화되지 않았습니다.1938년 Astbury와 Bell은 최초의 [6]X선 DNA 회절 패턴을 발표했다.

1944년 Avery-MacLeod-McCarty 실험은 DNA가 유전 정보의 운반체라는 것을 보여주었고 1953년 왓슨과 크릭[7]DNA의 이중나선 구조를 제안했다.

핵산에 대한 실험 연구는 현대 생물의학 연구의 주요 부분을 구성하며 게놈 및 법의학, 생명공학제약 [8][9][10]산업기반을 형성합니다.

발생 및 명명

핵산이라는 용어는 생체 [11]고분자군의 구성원인 DNA와 RNA의 총칭이며 폴리뉴클레오티드와 동의어이다.핵산은 핵 에서 초기 발견과 인산기(인산과 [12]관련된)의 존재로 명명되었다.핵산은 진핵세포 안에서 처음 발견되었지만, 박테리아, 고세균, 미토콘드리아, 엽록체, 그리고 바이러스를 포함한 모든 생명체에서 발견되는 것으로 알려져 있다.모든 살아있는 세포는 DNA와 RNA를 모두 포함하고 있는 반면, 바이러스는 DNA와 RNA 중 하나를 포함하고 있지만, 보통 둘 [13]다 가지고 있지는 않다.생물학적 핵산의 기본 구성 요소는 뉴클레오티드로, 각각의 뉴클레오티드에는 펜토당(리보스 또는 디옥시리보스), 인산기, 그리고 핵염기[14]포함되어 있습니다.핵산은 또한 효소(DNA 및 RNA 중합효소)의 사용[15] 고체 화학 합성을 통해 실험실 내에서 생성된다.화학적 방법은 또한 [16]자연에서 발견되지 않는 변화된 핵산(예: 펩타이드 핵산)의 생성을 가능하게 한다.

분자조성 및 크기

핵산은 일반적으로 매우 큰 분자이다.사실, DNA 분자는 아마도 알려진 가장 큰 개별 분자일 것이다.잘 연구된 생물학적 핵산 분자는 21개의 뉴클레오티드(작은 간섭 RNA)에서 큰 염색체(인간 1번 염색체는 2억4천700만 개[17] 염기쌍을 포함하는 단일 분자)까지 크기가 다양합니다.

대부분의 경우 자연발생 DNA 분자는 이중가닥이고 RNA 분자는 단일가닥이다.[18]하지만 많은 예외가 있습니다. 어떤 바이러스는 이중 가닥 RNA로 만들어진 게놈을 가지고 있고 다른 바이러스는 단일 가닥 DNA [19]게놈을 가지고 있으며, 어떤 상황에서는 서너 가닥의 핵산 구조가 [20]형성될 수 있습니다.

핵산은 뉴클레오티드의 선형 중합체이다.각 뉴클레오티드는 세 가지 성분으로 구성되어 있습니다: 푸린 또는 피리미딘 핵염기, 펜토오스당, 그리고 분자를 산성으로 만드는 인산염기.핵염기와 설탕으로 이루어진 하부구조를 뉴클레오사이드라고 한다.핵산 유형은 뉴클레오티드에 있는 설탕의 구조가 다릅니다.DNA는 2'-디옥시리보스를 포함하고 RNA는 리보스를 포함하고 있다.또한 아데닌, 시토신구아닌은 RNA와 DNA에서 모두 발견되는 반면 티민은 DNA에서 발생하며 유라실은 RNA에서 발생한다.

핵산의 당과 인산염은 포스포디에스테르 [21]결합을 통해 교대 사슬(당-인산 골격)으로 서로 연결되어 있습니다.기존 명명법에서 인산기가 결합하는 탄소는 당의 3' 말단 및 5' 말단 탄소이다.이것은 핵산의 방향성을 제공하며, 핵산 분자의 끝을 5' 말단 및 3' 말단이라고 한다.핵산염기들은 핵산 고리 질소(피리미딘은 N-1, 퓨린은 N-9)와 펜토당 고리의 1' 탄소를 포함한 N-글리코시드 결합을 통해 당에 결합된다.

비표준 뉴클레오시드는 RNA와 DNA 모두에서 발견되며, 보통 DNA 분자 또는 1차(초기) RNA 전사체 내에서 표준 뉴클레오시드의 변형에서 발생한다.전달 RNA(tRNA) 분자는 특히 많은 양의 변형된 [22]뉴클레오시드를 포함하고 있다.

토폴로지

이중가닥 핵산은 상호보완적 배열로 구성되며, 이 배열에서 광범위한 왓슨-크릭 염기쌍은 고도로 반복되고 매우 균일한 핵산 이중나선 3차원 [23]구조를 생성한다.이와는 대조적으로, 단가닥 RNA 및 DNA 분자는 규칙적인 이중나선으로 구속되지 않고, 왓슨-크릭 염기쌍과 비캐논 염기쌍을 포함한 분자 내 염기쌍의 짧은 스트레칭 및 광범위한 복잡한 3차 [24]상호작용에 기초한 고도로 복잡한 3차원 구조를 채택할 수 있다.

핵산 분자는 보통 가지가 없고 선형 및 원형 분자로 발생할 수 있습니다.예를 들어, 박테리아 염색체, 플라스미드, 미토콘드리아 DNA, 엽록체 DNA는 보통 원형 이중사슬 DNA 분자이고, 진핵핵의 염색체는 보통 선형 이중사슬 DNA [13]분자입니다.대부분의 RNA 분자는 선형, 단일 가닥 분자이지만, 원형 분자와 분기 분자는 모두 RNA 스플라이싱 [25]반응에서 발생할 수 있습니다.이중 가닥 DNA 분자의 피리미딘의 총량은 퓨린의 총량과 같다.나선의 지름은 약 20Ω입니다.

시퀀스

한 DNA 또는 RNA 분자는 주로 뉴클레오티드의 배열에서 다른 분자와 다르다.뉴클레오티드 배열은 생물학에서 매우 중요하다. 왜냐하면 그것들은 모든 생물학적 분자, 분자 집합체, 세포 내 구조, 장기, 그리고 유기체를 인코딩하고 인지, 기억, 그리고 행동을 직접적으로 가능하게 하는 궁극적인 명령을 가지고 있기 때문이다.생물학적 DNA와 RNA [26][27]분자의 뉴클레오티드 배열을 결정하기 위한 실험 방법의 개발에 엄청난 노력이 들어갔고, 오늘날 수억 개의 뉴클레오티드가 전 세계 게놈 센터와 소규모 연구소에서 매일 배열되고 있다.국립생명공학정보센터(NCBI, https://www.ncbi.nlm.nih.gov)는 GenBank 핵산 배열 데이터베이스 유지와 더불어 GenBank의 데이터와 NCBI 웹사이트를 [28]통해 제공되는 기타 생물학적 데이터에 대한 분석 및 검색 리소스를 제공합니다.

종류들

디옥시리보핵산

디옥시리보핵산(DNA)은 알려진 모든 생물의 발달과 기능에 사용되는 유전적 명령을 포함하는 핵산이다.화학 DNA는 1869년에 처음 발견되었지만, 유전적인 유전은 1943년까지 증명되지 않았다.이 유전 정보를 가지고 있는 DNA 세그먼트는 유전자라고 불립니다.마찬가지로, 다른 DNA 배열은 구조적인 목적을 가지고 있거나 이 유전 정보의 사용을 조절하는 데 관여합니다.RNA와 단백질과 함께, DNA는 알려진 모든 형태의 생명체에 필수적인 3대 고분자 중 하나이다.DNA는 뉴클레오티드라고 불리는 단순한 단위의 두 개의 긴 중합체로 구성되어 있으며, 등뼈는 당으로 만들어지고 인산염기는 에스테르 결합으로 결합됩니다.이 두 가닥은 서로 반대 방향으로 진행되기 때문에 반평행입니다.각 설탕에는 핵염기라고 불리는 네 가지 분자 중 하나가 붙어 있습니다.정보를 암호화하는 것은 골격을 따라 있는 이 네 개의 핵염기들의 배열이다.이 정보는 단백질 내 아미노산의 염기서열을 규정하는 유전자 코드를 사용하여 읽힌다.그 코드는 전사라고 불리는 과정으로 DNA를 관련된 핵산 RNA에 복사함으로써 읽힌다.세포 내에서 DNA는 염색체라고 불리는 긴 구조로 구성되어 있다.세포 분열 동안 이 염색체들은 DNA 복제 과정에서 복제되어 각각의 세포에 그들만의 완전한 염색체 세트를 제공한다.진핵 생물들은 그들의 DNA의 대부분을 세포핵 안에 저장하고 그들의 DNA의 일부는 미토콘드리아나 엽록체와 같은 세포 세포에 저장한다.반대로, 원핵생물(박테리아와 고세균)은 세포질에만 그들의 DNA를 저장한다.염색체 내에서 히스톤과 같은 염색질 단백질은 DNA를 압축하고 조직한다.이러한 콤팩트한 구조는 DNA와 다른 단백질 사이의 상호작용을 안내하며, DNA의 어떤 부분이 전사되는지를 조절하는데 도움을 준다.

리보핵산

리보핵산은 유전자의 유전 정보를 단백질의 아미노산 배열로 변환하는 기능을 한다.RNA의 세 가지 보편적인 유형은 전달 RNA(tRNA), 메신저 RNA(mRNA), 리보솜 RNA(rRNA)를 포함한다.메신저 RNA는 DNA와 리보솜 사이에서 유전자 배열 정보를 전달하고 단백질 합성을 지시하며 핵 내 DNA에서 리보솜으로 명령을 전달한다.리보솜 RNA는 DNA 배열을 읽고 펩타이드 결합 형성을 촉매한다.전달 RNA는 단백질 합성에 사용되는 아미노산의 운반체 분자로서 mRNA 복호화를 담당한다.게다가, 많은 다른 종류의 RNA가 현재 알려져 있다.

인공 핵산

인공 핵산 유사체는 화학자들에 의해 설계 및 합성되었으며, 펩타이드 핵산, 모르포리노잠금 핵산, 글리콜 핵산트레오스 핵산포함한다.이들 각각은 분자의 골격에 대한 변화에 의해 자연적으로 발생하는 DNA 또는 RNA와 구별된다.

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메모들

레퍼런스

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참고 문헌

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추가 정보

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외부 링크