DNAの構造：ヌクレオチド

ワトソン遺伝子の分子生物学 第５版 （p98)

2010. 10.18： ＤＮＡ，ＲＮＡの構造

1

DNAの構造：ポリヌクレオチド鎖

ワトソン遺伝子の分子生物学 第５版 （p99)

ポリヌクレオチド鎖:

ヌクレオチドどうしがデオキリボースの3’-OHと5’-OHに結合したリン酸基を介してポリヌクレオチド鎖をつくる

プリン塩基：Ａ，Ｇピリミジン塩基：Ｔ，Ｃ水素結合

Ｔ－Ａ：２本Ｇ－Ｃ：３本

長さの単位：

2

ＧＣ含量 全塩基対に対するG・C塩基対の百分率

大部分の高等生物のGC含量は50％に近く、種による変動は非常に小さい（霊長類で49-51%）

単細胞生物では、GC含量は属が違うと大きく異なる。 Ex：細菌の場合

Clostridium属では27%

Sarcina属では76%

E. coli 約50%

→ＤＮＡの安定性に関連

基礎

3

コーン・スタンプ 生化学 第5版 東京化学同人p210 より引用

１本鎖DNAと２本鎖DNA：DNAの吸光度

塩基同士が近接→

吸光度が減衰

個々の塩基の吸光を検出

(260nm

)二本鎖：A260=1

一本鎖：A260=1.37

(遊離核酸：A260=1.60)

4

DNAの変性

分子生物学の基礎p45

DNAを物理的・化学的刺激により二本鎖から一本鎖に変化

A260の上昇は6-8℃の比較的狭い温度幅で起こる

この遷移の中点

→

例）

5

DNAの融解温度（melting temperature） 融解温度：Tm

GC塩基対がAT塩基対よりも水素結合の数が多い

GC塩基対と隣接塩基対との積み重なりによる相

互作用がAT塩基対での相互作用より強い

DNAの主鎖→負電荷（リン酸基）

イオン強度が高い→らせん構造が安定

イオン強度が低い→らせん構造が不安定

ワトソン遺伝子の分子生物学 第５版 （p99)6

T G C T G C T G C T G C TA C G A C G A C G A C G A

DNA-1: 5’- -3’3’- -5’

T G C T G C C G C T G C TA C G A C G G C G A C G A

DNA-2: 5’- -3’3’- -5’

DNA-2

0

20

40

60

80

100

20 30 40 50 60 70 80

温度 （˚Ｃ）

吸光度比

DNA-1(%)

GC含量：全塩基対に対するGCの百分率

１３塩基分の８ 61.5%

１３塩基分の９ 69.2%

DNAの変性

GC含量

7

DNA変性のGC含量と塩濃度依存性

ワトソン遺伝子の分子生物学 第５版 （p111)

8

アニーリングとハイブリダイゼーション

アニーリング（annealing） 変性したDNA分子から未変性状態と同じDNAを再生

高温→低温

ハイブリダイゼーション（hybridization） 異なる分子種から得た1本のDNA試料を混ぜて再結合DNAを形成させる

サザンブロット法、DNAマイクロアレイ法に利用

9

Target : ALDH2 (アルデヒド脱水素酵素）

(ゲノムDNA 第12染色体 exon12)

<genotype>

1. ALDH2*1 / ALDH2*1 → いくらでも飲める

2. ALDH2*1 / ALDH2*2 → そこそこ飲める

3. ALDH2*2 / ALDH2*2 → 下戸

Normal spine profile Osteoporosis spine profile

Target : TGF-b1遺伝子

Table Sequences of detection probes

T allele detection probe: Cy3 - 5'-TGCTGCTGCTGCTG-3'

C allele detection probe: Cy5 - 5'-TGCTGCCGCTGCT-3'

TGF-b1 (2745bp)

SNP site---T869 → C

(Leu10 → Pro)

骨粗鬆症感受性遺伝子マーカー

非常にGC含量高い

一部に繰り返し配列を含む

Whole blood(100 µl)

Genomic DNA(50 ng)

PCR product(50 µl)

PCR

Extraction

TRITC-primer

Biotin-primer

Enzyme activity

Inactive form

Active form

Glu

(GAA)

Lys

(AAA) ---ALDH2*2

---ALDH2*1

Codon487

Exon 12

Aldehyde dehydrogenase 2 (ALDH2)

10

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

20 30 40 50 60 70Temp (℃ )

Rela

tive

flu

ore

sce

nce

inte

nsity

5’-TTCACTTCAGTGTAT 3’

5’-TTCACTTTAGTGTAT 3’

ターゲット3’CAAAAGTGAAGTCACATACGG 5’

ALDH2遺伝子を対象とした熱融解曲線解析

3’CAAAAGTGAAGTCACATACGG 5’

ALDH2*1

ALDH2*2

Whole blood(100 µl)

Genomic DNA(50 ng)

PCR product(50 µl)

PCR

Extraction

TRITC-primer

Biotin-primer

Enzyme activity

Inactive form

Active form

Glu

(GAA)

Lys

(AAA) ---ALDH2*2

---ALDH2*1

Codon487

Exon 12

Aldehyde dehydrogenase 2 (ALDH2)

ターゲット3’CAAAAGTGAAGTCACATACGG 5’ 3’CAAAAGTGAAGTCACATACGG 5’ ALDH2*1：5’-TTCACTTCAGTGTAT 3’ ALDH2*2：5’-TTCACTTTAGTGTAT 3’

25℃

25℃

70℃

ALDH2*2

ALDH2*1○

△

11

スケールバー：100 nm 12

DNAのB型、A型、Ｚ型のモデル

ワトソン遺伝子の分子生物学 第５版 （p106)

B型DNA

細胞内の大部分のDNA

A型DNA

RNAが二重らせんをつくる時の構造

Z型DNA

塩基配列上でプリンとピリミジン残基が交互に出現する部分はこの構造をとりやすい

B型DNA A型DNA Z型DNA 特徴コンフォメーション

(立体構造）

B型DNA A型DNA Z型DNAらせんの種類

らせんの直径(nm) 2.37 2.55 1.84１塩基対ごとの昇り(nm) 0.34 0.29 0.37１巻きごとの距離 (nm) 3.4 3.2 4.5

１巻きごとの塩基対の数

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環状DNAと超らせんDNA（１）

二重らせんのとる立体配座の１つで、二重らせんに余分の巻きが加わったり、巻きが除去されたりして形成されるらせん

ゲノム２ （p54,55)

14

ＤＮＡの糖－りん酸の主鎖に切れ目を入れる

原核生物のDNAおよびミトコンドリアのDNAは環状分子

2本の鎖がたがいに巻き合う合計回数は一定

DNAの複製やRNAへの転写の際、どのように2本鎖を分離するか？

環状DNAと超らせんDNA（２）

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トポイソメラーゼの働き

トポイソメラーゼⅡ DNAに結合し二本鎖に切れ目を入れ、切れていないDNAをくぐらせた後、切れ目をつなぐ

トポイソメラーゼⅠ DNA二本鎖のうちの１本だけに切れ目（ニック）をいれ、切れていない方の一本鎖をくぐらせ、ニックを閉じる

ワトソン遺伝子の分子生物学 第５版 （p116)

大腸菌では

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トポイソメラーゼによるDNAの切断と再結合反応

ワトソン遺伝子の分子生物学 第５版 （p119)

トポイソメラーゼ活性部位のチロシン残基が、標的DNAの主鎖のホスホジエステル結合を攻撃

17

トポイソメラーゼⅠの反応：仮説

ワトソン遺伝子の分子生物学 第５版 （p120)

18

RNAの構造 DNAとの違い

RNAの主鎖を含む糖鎖はリボース

RNAはチミンの代わりにウラシル

RNAは一本鎖

水素結合によって折りたたまれている

（立体構造を取りやすい）

細胞内ではDNAよりも多く存在

化学的に不安定

ワトソン遺伝子の分子生物学 第５版 （p122)

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RNAの種類

リボソームRNA(ribosomal RNA, rRNA)

細胞内でタンパク質合成を行うリボソームを構成しているRNA

転移RNA (transfer RNA, tRNA)

翻訳の際に、特定のアミノ酸をリボソーム内部へと導入するRNA

メッセンジャーRNA (messenger RNA, mRNA)

タンパク質合成部位であるリボソームにDNAの情報を伝える役割をするRNA

その他：

→ex) リボザイム(ribozyme →ribose + enzyme)

細胞内の必須の反応を触媒する酵素

→ex) siRNA(short interfering RNA)

ある種のmRNAに結合して翻訳を妨げる→RNA干渉 20

RNAの三次構造とGU塩基対

ワトソン遺伝子の分子生物学 第５版 （p124)

RNAにはワトソン－クリック型以外のＧＵ塩基対をつくる性質がある

ＧＵ塩基対はワトソン－クリック塩基対４種類と同頻度で出現

RNA鎖は自己相補力が増強される

・

http://www.stanford.edu/~esorin/trna_cartoon.gif

21

米スタンフォード大のアンドリュー・Z・ファイア教授米マサチューセッツ大のクレッグ・C・メロー教授

２００６年度 ノーベル医学・生理学賞

Nature (1998)391, 806-811

受賞理由は「RNA干渉 / 二本鎖RNAによる遺伝子発現抑制の発見」(プレスリリース, 1998年のNature掲載論文 ）

GFP-repoter strain PD4251(線虫)にGFP部分配列の二本鎖RNAを注入

→GFPの発現が抑制された

→この発見がきっかけとなり、RNAi研究がスタート

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http://www.jp.amershambiosciences.com/technologies/sirna/essential/essential_1.asp

・目的の遺伝子配列に対応する二本鎖RNA (double-stranded RNA; dsRNA)を体内に導入すると、特異的な配列が分解され、遺伝子の発現が抑制される現象

・線虫(C. elegance)で初めて見出された (1998年)

・菌類、酵母、テトラヒメナ、ショウジョウバエおよび植物、ほ乳類まで保存

生理学的役割（仮説）

・ウイルスやトランスポゾンなどの外来性因子に対する防御機構

・生体内で生成された“異常な”mRNAの排除機構

・生物が内在的に持っている遺伝子発現の転写後制御機構23

まとめ DNAの構造

ヌクレオシド、ヌクレオチドについて

DNAの性質吸光度の違いでDNAの状態（1本鎖、2本鎖）を評価

GC含量、イオン強度、Tm値の関係

変性、ハイブリダイゼーション、アニーリング

→トピックス①、②

DNAのB型、A型、Z型モデル：立体構造

環状DNAと超らせんDNA

トポイソメラーゼの役割：ⅠとⅡの違い

RNAの三次構造と機能：RNAの種類→トピックス③

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