DNA

DNA はデオキシヌクレオチドというモノマーからなるポリマーで、DNAの塩基対形成はワトソン・クリックモデルによって行われます。 このモノマーは、単純な糖（デオキシリボース、下図の黒で表示）、リン酸基（赤）、アミノ酸の側鎖に類似した環状有機R基（青）を含んでいます。

DNAでは4つの塩基だけが使われています（タンパク質では20種類の側鎖があるのとは対照的に）。 ポリマーは、糖-リン酸-糖-リン酸の骨格からなり、それぞれの糖分子に1つの塩基が結合しています。 タンパク質と同様に、DNAの骨格は極性を持つが、同時に電荷も帯びている。 これはポリアニオンである。 塩基は、アミノ酸の側鎖に類似しており、主に極性である。 DNAの骨格が電荷を帯びていることから、たとえMgのような正電荷の陽イオンが結合してポリマーの電荷を安定化しても、DNAはコンパクトな球状に折れないことが予想されます。 その代わり、DNAは通常、2本の異なる鎖の糖-リン酸バックボーンが反対方向（5′-3’ともう一方の3′-5’）に走る2本鎖（ds）構造として存在します。 2本の鎖は、相補的な鎖上の塩基間の水素結合によってつなぎ合わされている。 したがって、タンパク質と同様にDNAも二次構造を持っているが、この場合、水素結合は骨格内ではなく、対向する鎖上の「側鎖」塩基の間で行われているのである。 このため、dsDNAを分子と呼ぶのは誤りである。dsDNAは、実際には2本の異なる相補鎖が水素結合によって結合しているのだから。 二本鎖DNAでは、一方の鎖にあるグアニン（G）塩基は、もう一方の鎖にあるシトシン（C）塩基と3つのH結合を形成することができる（これをGC塩基対と呼ぶ）。 一方の鎖のチミン（T）塩基は、もう一方の鎖のアデニン（A）塩基と2つのH結合を形成することができます（これをAT塩基対と呼びます）。 二本鎖DNAは、2つのバックボーンの間に一定の距離を持つ規則正しい幾何学的構造を持っています。 このため、塩基対は、2つの環状構造を持つ塩基（これをプリン塩基と呼ぶ）と1つの環状構造を持つ塩基（これをピリミジン塩基と呼ぶ）から構成されている必要がある。 したがって、GとA、TとCは塩基対のパートナーにはなり得ない。

二本鎖DNAは、長さ（糖-リン酸ユニットの連結数）、塩基組成（各塩基のセットの数）、配列（バックボーンの塩基の順序）が異なっています。 Angel Herráez, Univ. de Alcalá (Spain) と Eric Martz が作成したdsDNAのインタラクティブなJmolモデルは以下のリンクにあります。

• ds-DNAの塩基対とH結合のJmolモデル
• DNA鎖とらせん骨格のJmolモデル
• DNA端と平行のJmolモデル

染色体は1本のdsDNAと多くの異なる結合タンパクから構成されています。 ヒトのゲノムは約30億塩基対のDNAを持つ。 したがって、平均すると1対の染色体には約1億5000万個の塩基対とたくさんのタンパク質が結合しています。dsDNAは高電荷の分子で、第一近似的に、大きな負電荷を持つ長い棒状の分子と見なすことができます。 これはポリアニオンである。 この非常に大きな分子を、どうにかして小さな細胞の小さな核に詰め込まなければならない。 複雑な（真核）細胞では、この詰め込みの問題は、正味の正電荷を持つ4組の異なるヒストン蛋白質（H2A、H2B、H3、H4）のコア複合体にDNAを巻き付けることによって解決されています。 このようにdsDNAを約2.5倍巻き付けたヒストンのコア複合体をヌクレオソームと呼びます。

ヌクレオソームのJmolモデル

DNAは他にも2種類の二重らせんの形をとることができます。 ワトソンとクリックによって発見され、ほとんどの教科書に載っているのはB-DNAと呼ばれるものである。 実際のDNA配列とDNAの水和状態に応じて、ZおよびA DNAという2種類の二重らせんを形成するように仕向けることができるのです。 7747>

ヒトの32億塩基対のDNAには、さまざまなタンパク質をコード化する約2万4000の短い伸長部分（遺伝子）が含まれています。 これらの遺伝子は、遺伝子がRNA分子（下記参照）に解読され、最終的にタンパク質になるかを決定するのに役立つDNAの間に散在している。 特定の遺伝子が活性化される（あるいは「オン」になる）ためには、特定のタンパク質が特定の遺伝子の領域に結合する必要があります。 では、糖-リン酸-塩基の繰り返しが第一近似値として存在する膨大な数の塩基対の中から、結合タンパク質はどのようにして特定の結合対象を見つけることができるのだろうか？ 以下のJmolは、どのようにして特異性を獲得することができるかを示している。 DNAがATとGCの塩基対を介して二重らせんに巻かれるとき、鎖内塩基対で使われなかった塩基上の水素結合供与体（アミドHs）と受容体（Os）は、ds-DNAらせんの大溝と小溝でまだ利用できる（以下のJmolを参照）。 ユニークな塩基対の配列は、大溝にユニークなパターンのH結合供与体および受容体を示す。 これらのドナー/アクセプターは特定のDNA結合タンパク質に認識され、結合すると遺伝子を活性化することができる。

• dsDNAのJmolモデルで大溝に固有のH結合ドナー/アクセプターを示す

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