왓슨과 크릭베이스 쌍

핵심 개념

이 생화학 자습서에서 우리는 중요, 구조 및 화학을 포함하여 Watson 및 Crick Base 쌍에 대한 모든 것을 배웁니다.

DNA의 Watson-Crick 모델은 무엇입니까?

1953 년 생화학 자 제임스 왓슨과 프랜시스 크릭은 DNA 이중 나선의 첫 번째 모델을 출판했습니다. 그들은 Maurice Wilkins와 Rosalind Franklin이 X- 선 결정학을 사용하여 수행 한 DNA 이미징을 통해이 현재 유명한 모델을 개발할 수있었습니다. DNA 구조의 Watson-Crick 모델은 특별히 가장 흔한 DNA 타우토머 인 B-DNA에 특히 해당하며 많은 올바른 세부 사항을 포함했습니다.

인산염과 설탕은 외부에 가리키는 동안 질소 기저부는 나선 안에 짝을 이루어“트위스트 사다리”
가닥의 안티 아탈 렐 방향 (3'-5 '및 5'-3')
주요 및 작은 그루브의 존재
DNA의 오른 손잡이, 시계 방향 비틀기

이 모델의 가장 획기적인 세부 사항은 적절하게 Watson-Crick베이스 페어링이라고 불리는 질소 염기의 쌍이었습니다. DNA 생화학의 필수 요소로 간주 된, Watson-Crick베이스 쌍은 아데닌과 시토신과 쌍을 이루는 아데닌을 포함합니다. 또는 생물학 학생들이 종종 암기하는 것처럼 : a는 T 's, G는 C를 곁들입니다.

Watson과 Crick은 1962 년 노벨 생리학 및 의학 상을 Maurice Wilkins와 공유했습니다. Rosalind Franklin은 1962 년 그녀의 공헌으로 인정받지 못했습니다.

질소 염기의 구조 왓슨 크릭베이스 쌍에서

DNA의 네 가지 질소 염기는 두 그룹으로 나눌 수 있습니다.

피리 미딘 :티민 및 시토신
푸린 :아데닌과 구아닌

유기 화학에서, 피리 미딘은 위치 1 및 3에서 2 개의 니트로겐을 갖는 벤젠-유사 방향족 고리이다. 피리 미딘, 티민 및 시토신의 유도체는 고리 구조에 고유 한 치환기를 갖는다. 시토신은 탄소 4에 부착 된 아미노기 및 탄소 2에서 카르본 닐을 갖는다. 반대로, 티민은 탄소 5에서 카본 2 및 4에 2 개의 카르 보닐을 갖는다. 타임 라인과 동일한 RNA 인 우라실 (Uracil)은 또한 피리 미딘으로 간주되며, 메틸과 동일한 구조와 동일한 구조를 갖는다.

대조적으로, 퓨린은 위치 1, 3, 7 및 9에서 4 개의 질소 헤테로 원자를 포함하는 9 원 방향족 이중 고리이다. 아데닌과 구아닌은이 기본 구조를 유지하지만 특징적인 치환기를 갖는다. 아데닌은 탄소 6에 부착 된 아미노기를 갖는다. 그러나 구아닌은 탄소 2에 아미노가 부착되고 탄소 6에서 카르 보닐을 갖는다.

이 모델 의이 요소에 대해 Watson과 Crick은 Erwin Chargaff의 최근 발견의 형태로 핵심 (아데닌 및 구아닌)의 합이 항상 DNA의 스트레치에서 피리 미딘 (티민 및 시토신)의 합과 항상 동일하다는 사실을 발견했습니다. 이것으로부터 Watson과 Crick은 두 퓨린 모두 상응하는 피리 미딘을 가지고 있음을 발견했습니다.

Watson-Crick베이스 쌍 :Adenine and Thymine

Watson과 Crick은 아데닌과 티민이 수소 결합을 동시에 형성 할 수있는 2 쌍의 화학 그룹을 가지고 있음을 관찰했습니다.

아데닌의 아미노와 시토신의 카르 보닐
아데닌의 6 원 고리에서 불포화 질소와 티민 고리의 포화 질소

Watson-Crick베이스 쌍 :기아닌 및 시토신

Watson과 Crick은 구아닌과 시토신이 수소 결합을 동시에 형성 할 수있는 3 쌍의 화학 그룹을 가지고 있음을 관찰했습니다.

구아닌의 카르 보닐과 시토신의 아미노
구아닌의 6 원 고리의 포화 질소와 사이토신 고리의 불포화 질소
구아닌의 아미노와 시토신의 카르 보닐

또한, 구아닌-시토신 쌍은 아데닌-티민 쌍보다 하나의 추가 수소 결합을 포함하기 때문에, DNA 가닥은 더 높은 구아닌-시토신 쌍 또는 더 높은 "GC"함량으로 서로 더 강한 친화력을 갖는다. 더 높은 GC 함량은 차례로 DNA 가닥을 자발적으로 분리하는 데 필요한 "용융"또는 "변성"온도를 증가시킵니다. 이것은 특정 온도에서 분리되는 DNA 가닥에 의존하는 PCR과 같은 특정 분자 생물학 실험실 기술에 중요한 영향을 미칩니다.

비 Watson-Crick베이스 쌍

DNA 및 RNA도 왓슨 크릭베이스 쌍을 독점적으로 포함하는 경향이 있지만, 더 많은 "비정규 적"베이스 쌍이 존재합니다. 이러한 대체 기본 쌍은 산성 조건 또는 특정 RNA 구조 하에서 DNA에서 찾을 수 있습니다.

Hoogsteen Base Pairs

Hoogsteen베이스 페어링에서, 구아닌은 여전히 시토신과 쌍을 이루고 아데닌은 여전히 티민과 쌍을 이룹니다. 그러나 피리 미딘 염기, 구아닌 및 아데닌은 왓슨 크릭 방향에 비해 180 °“플립”. 생화학 자들은 이것을 "뒤집힌"오리엔테이션이라고 부릅니다.

아데닌과 티민 사이에서 두 개의 수소 결합이 여전히 다음 그룹 쌍 사이에 형성됩니다.

아데닌의 아미노 그룹과 타임의 카르 보닐
아데닌의 5 원 고리에서 불포화 질소와 티민 고리의 포화 질소

구아닌과 시토신 사이에서, 두 개의 수소 결합 (3 대신)이 다음 그룹 쌍 사이에서 형성됩니다.

구아닌의 카르 보닐과 시토신 아미노
구아닌의 5 원 고리에서 불포화 질소와 티민 고리의 양성자 질소

통지 :구아닌-시토신 쌍에서, 필요한 수소 결합을 형성하기 위해 시토신의 고리 질소를 양성자로 만들어야한다. 이로 인해 Hoogsteen베이스 페어링은 낮은 pH에서 선호되는 경향이있는 반면, Watson-Crick Base Pairing은 중성 또는 높은 pH에서 우세합니다.

흥미롭게도, 아데닌 및 구아닌의 일반적인 결합 그룹은 짝을 이루지 않은 채로 남아 있기 때문에, Hoogsteen베이스 쌍을 통해 트리플렉스 DNA가 가능하다. 그러나 이러한 구조는 대부분의 조건에서 형성되지 않는 경향이 있습니다.

흔들림베이스 쌍

전사에서, RNA 폴리머 라제는 mRNA 가닥의 코드를 결정하기 위해 Watson-Crick 염기 쌍에 의존한다. 그러나 번역에서 생화학 자들이 "흔들림"베이스 쌍은 mRNA와 tRNA 사이의 상호 작용에도 존재한다.
흥미롭게도, TRNA는 hypoxanthine이라는 대체 피리 미딘 염기를 가지고 있으며, 이는 뉴클레오티드 이노신을 형성합니다.

hypoxanthine은 아미노 그룹을 빼고 구아닌과 유사합니다. 기능적으로, hypoxanthine은 우라실, 시토신 및 아데닌과베이스 쌍에서 2 개의 수소 결합을 형성한다. 이 수소 결합은 특히 hypoxanthine의 카르 보닐 및 포화 질소로부터 형성됩니다.

hypoxanthine과 함께이 3 개의 새로운베이스 쌍 외에도 Guanine은 Uracil과 함께 흔들리는베이스 쌍을 형성 할 수 있습니다. 두 수소 결합은 그들의 카르 보닐과 포화 니트로겐 사이에 형성됩니다.

이 대체 비-츠슨 크릭베이스 쌍은 유전자 코드의 중복성을 허용합니다. TRNA 항 코돈의 세 번째 위치에 배치되면 Uracil, Guanine 및 Hypoxanthine은 다중 가능한 mRNA 염기와 결합 할 수 있습니다.

예를 들어, UAI의 항 코돈을 갖는 아미노 아실 -TRA는 항상 이소류신 아미노산을 갖는다. hypoxanthine의 흔들림 염기 쌍, AUC, AUA 및 AUU의 mRNA 코돈이 모두 결합하여 최종 단백질에서 이소류신에 대한 모든 코드로 인해