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デオキシリボ核酸 特性
線状染色体の末端には、テロメアと呼ばれる特殊なDNA領域がある。テロメアの主な役割は、通常DNAを複製する酵素は染色体の3'末端の端部をコピーできないため、細胞がテロメラーゼという酵素を使用して染色体末端を複製できるようにすることである。これらの特殊な染色体キャップはDNA末端を保護し、細胞のDNA修復系がそれらを修正すべき損傷として扱うことを防ぐのにも役立つ。ヒト細胞ではテロメアは通常、単純な TTAGGG 配列が数千回繰り返された一本鎖DNAである。
これらのグアニンに富んだ配列は他のDNA分子に見られる通常の塩基対ではなく、4塩基単位が積み重なった構造を形成することによって染色体末端を安定化させる可能性がある。ここでは4つのグアニン塩基が、グアニンテトラッド（英: guanine tetrad）と呼ばれる平面を形成している。そして、これらの4塩基単位の平面が積み重なり、安定したグアニン四重鎖構造を形成する。これらの構造は、塩基の端同士の水素結合と、各4塩基単位の中心にある金属イオンのキレート化によって安定化している。他の構造を形成することも可能で、中央にある4塩基の集まりは、塩基の周囲に折りたたまれた単鎖か、それぞれが中央の構造に1塩基ずつ寄与するいくつかの異なる平行鎖のいずれかから形成される。
このような積層構造に加えて、テロメアはテロメアループ（Tループ）と呼ばれる大きなループ構造も形成する。ここでは、一本鎖DNAがテロメア結合タンパク質によって安定化された大きな円を描くように巻きついている。Tループの最先端では一本鎖テロメアDNAがテロメア鎖によって二本鎖DNAの領域に保持され、二重らせんDNAを分離し、二本鎖の一方と塩基対を形成する。この三重鎖構造は、置換ループあるいはDループと呼ばれる。
DNAでは、相補的であるべき二本鎖DNAの末端部に相補的でない領域が存在すると「ほつれ」を生じる。しかし第三のDNA鎖が導入され、既存の二本鎖のほつれ領域と混成できる隣接領域を含む場合、分岐DNA（英: branched DNA）が生じる可能性がある。分岐DNAの最も単純な例は3本のDNA鎖のみであるが、さらなる鎖と複数の分岐を含む複合体も可能である。分岐DNAは、幾何学的形状を構築するためにナノテクノロジーで使用することができる。以下の技術における用途の節も参照のこと。
いくつかの人工塩基が合成され、ハチモジDNA（英: Hachimoji DNA）と呼ばれる8塩基の核酸アナログに組み込むことに成功した。S、B、P、Zと命名されたこれらの人工塩基は、予測可能な方法で互いに結合し（S-BとP-Z）、DNAの二重らせん構造を維持し、RNAに転写することができる。これらの人工塩基の存在は、地球上で進化してきた4つの天然の核酸塩基には特別なものは何もないことを示すものと考えられる。一方、DNAはRNAと密接な関係にあり、RNAはDNAの転写産物としてだけではなく、細胞内で多くの仕事をこなす分子機械でもある。そのためには、RNAは適切な構造に折り畳まれなければならない。すべての可能な立体構造を作るためには、対応するRNAに少なくとも4つの塩基が必要であることが示されている。一方、それ以上の数も可能であるが、これは最小努力の自然原理に反することになる。
DNAのリン酸基はリン酸と同様の酸性特性を与えることから、強酸とみなすことができる。DNAは、通常の細胞内pHでは完全にイオン化し、陽子を放出してリン酸基は負電荷を帯びる。これらの負電荷は、DNAを加水分解しうる求核物質をはねつけて、加水分解による分解からDNAを保護する。
細胞から抽出された純粋なDNAは、白い糸状の凝集塊を形成する。
デオキシリボ核酸 化学修飾とDNAパッケージングの変化
遺伝子の発現は、DNAが染色体の中でクロマチンと呼ばれる階層的な構造にどのようにパッケージングされているかに影響される。塩基修飾はパッケージングに関与する可能性があり、遺伝子発現が低いかまったくない領域は通常、シトシン塩基のメチル化が高レベルで見られる。DNAパッケージングとその遺伝子発現への影響は、クロマチン構造においてDNAが巻きついているヒストンタンパク質コアの共有結合修飾や、クロマチン・リモデリング複合体によるリモデリングでも起こりうる。さらに、DNAメチル化とヒストン修飾の間にはクロストークがあるため、クロマチンと遺伝子発現に協調的に影響を与える可能性がある。
デオキシリボ核酸 化学修飾とDNAパッケージングの変化
たとえば、シトシンのメチル化は5-メチルシトシンを生成し、これはX染色体の不活性化に重要である。メチル化の平均レベルは生物によって異なり、カエノラブディティス・エレガンス（Caenorhabditis elegans）という線虫はシトシンのメチル化を欠くが、脊椎動物はメチル化のレベルが高く、DNAの最大1%が5-メチルシトシンを含む。5-メチルシトシンは重要であるにもかかわらず、脱アミノ化してチミン塩基に変換されることがあるため、メチル化シトシンは特に変異を起こしやすい。その他の塩基修飾としては、細菌におけるアデニンのメチル化、脳における5-ヒドロキシメチルシトシンの存在、およびキネトプラスト類における塩基Jを生成するためのウラシルのグリコシル化などがある。
デオキシリボ核酸 化学修飾とDNAパッケージングの変化
DNAは、DNA配列を変化させるさまざまな種類の変異原によって損傷を受ける可能性がある。変異原には、酸化剤やアルキル化剤などの化学物質のほか、紫外線やX線などの高エネルギー電磁放射線も含まれる。どのようなDNA損傷が生じるかは変異原の種類によって異なる。たとえば、紫外線はピリミジン塩基間の架橋であるチミン二量体を生成することによって、DNAに損傷を与える可能性がある。一方、フリーラジカルや過酸化水素のような酸化剤は、塩基修飾、特にグアノシンの修飾や、二本鎖切断など、さまざまな形の損傷を引き起こす。典型的なヒト細胞には、酸化的損傷を受けた塩基が約15万個所ある。これらの酸化的損傷のうち最も危険なのは修復が困難な二本鎖切断であり、点変異、DNA配列からの挿入や欠失、あるいは染色体転座を引き起こす可能性がある。これらの変異は癌（がん）を引き起こす可能性がある。DNA修復機構には本質的な限界があるため、人間が長生きすれば、いずれは誰も癌を発症することになる。活性酸素種や細胞水の加水分解活性などを産生する正常な細胞プロセスに起因する、自然発生的なDNA損傷も頻繁に起こる。これらの損傷の大部分は修復されるが、どの細胞においても、修復過程の作用にもかかわらず、DNA損傷の一部が残ることがある。これらの残存DNA損傷は、哺乳類の有糸分裂後組織において加齢とともに蓄積する。この蓄積は老化の重要な根本原因であると考えられている。
変異原の多くは隣接する2つの塩基対の間に侵入し、これはインターカレーション（英: intercalation）と呼ばれる過程である。ほとんどのインターカレーター（侵入物質）は芳香族の平面分子であり、たとえば臭化エチジウム、アクリジン、ダウノルビシン、ドキソルビシンなどである。インターカレーターが塩基対の間に侵入するためには、塩基が離れなければならず、二重らせんがほどけることでDNA鎖に歪みが生じる。これは転写とDNA複製の両方を阻害し、毒性と変異を引き起こす。その結果、DNAインターカレーターは発癌性を生じ、またサリドマイドの場合は催奇形性を生じる可能性がある。また、ベンゾ[a]ピレンジオールエポキシドやアフラトキシンのように、DNA付加体を形成し、複製誤りを引き起こすものもある。それにもかかわらず、DNAの転写や複製を阻害する能力があるため、他の類似毒素も、急速に増殖する癌細胞を阻害する化学療法に使用されている。
デオキシリボ核酸 生物学的機能
DNAは通常、真核生物では線状染色体として存在し、原核生物では環状染色体として存在する。細胞内の染色体の集合がゲノムを構成し、ヒトゲノムでは46本の染色体に約30億塩基対のDNAが配置されている。DNAが伝達する情報は、遺伝子と呼ばれるDNA断片の配列に含まれている。遺伝子による遺伝情報の伝達すなわち遺伝は、相補的な塩基対形成によって達成される。たとえば、転写において細胞が遺伝子の情報を使用する際、DNAと正しいRNAヌクレオチドとの間に引力が作用することで、DNA配列が相補的なRNA配列に複製される。通常、翻訳と呼ばれる過程で、このRNAコピーは一致するタンパク質配列を作るために使用されるが、これもRNAヌクレオチド間の同様な相互作用に依存している。あるいは、細胞はDNA複製と呼ばれる過程で、その遺伝情報を複製することができる。これらの機能の詳細については他の記事で取り上げており、ここではゲノムの機能を仲介するDNAと他の分子との相互作用に焦点を当てる。
デオキシリボ核酸 生物学的機能
ゲノムDNAは、DNA凝縮と呼ばれる過程を通じて、細胞の小さな体積に収まるようにきつく整然と詰め込まれている。真核生物の場合、DNAは細胞核に存在し、ミトコンドリアや葉緑体にも少量が存在する。原核生物では、DNAは核様体（ヌクレオイド）と呼ばれる細胞質内の不規則な形をした構造体に保持されている。ゲノムの遺伝情報は遺伝子内に保持されており、生物におけるこの情報の完全な集合をその遺伝型（英: genotype）と呼ぶ。遺伝子は遺伝の単位であり、生物の特定の形質に影響を与えるDNAの領域である。遺伝子には、転写可能なオープンリーディングフレームと、オープンリーディングフレームの転写を制御するプロモーターやエンハンサーなどの制御配列が含まれている。
多くの生物種では、ゲノム配列全体のごく一部のみタンパク質をコードしている。たとえば、ヒトゲノムのうちタンパク質をコードするエクソンはわずか約1.5％しかなく、ヒトDNAの50%以上は非コード反復配列で構成されている。真核生物のゲノムに非常に多くの非コードDNAが存在する理由と、ゲノムの大きさ（C値）が生物種によって著しく異なる理由は、「C値の謎」として知られる長年の難問である。しかし、タンパク質をコードしないDNA配列の中には、遺伝子発現の調節に関与する機能的な非コードRNA分子をコードしているものもある。
デオキシリボ核酸 生物学的機能
非コードDNA配列の中には染色体の構造的役割を果たすものがある。テロメアとセントロメアには通常、ほとんど遺伝子が存在しないが、染色体の機能と安定性にとって重要である。ヒトに多く存在する非コードDNAは偽遺伝子であり、変異によって機能しなくなった遺伝子の複製である。これらの配列は、遺伝子の重複や分岐の過程を通じて、新しい遺伝子を生み出すための遺伝物質の原料として役に立つこともあるが、通常は単なる分子の遺物である。
遺伝子は遺伝情報を含むDNA配列で、生物の表現型に影響を与えることがある。遺伝子内では、DNA鎖に沿った塩基配列がメッセンジャーRNA配列を規定し、それが1つか複数のタンパク質配列を規定する。遺伝子のヌクレオチド配列とタンパク質のアミノ酸配列との関係は、遺伝暗号と総称される翻訳規則によって決定される。遺伝暗号は、コドン（codon）と呼ばれる3文字の「単語」からなり（例：ACT、CAG、TTT）、ヌクレオチドが3個連続した配列に基づいている。
デオキシリボ核酸 生物学的機能
転写の際、遺伝子のコドンがRNAポリメラーゼによってメッセンジャーRNAにコピーされる。次に、このRNAコピーはリボソームによって解読され、リボソームはメッセンジャーRNAをアミノ酸を運ぶトランスファーRNAに塩基対合させることによってRNA配列を読み取る。4種類の塩基を表す3文字が組み合わさって、64通りのコドンの可能性が存在する（43 通りの組み合わせ）。これらのコドンは20種類の標準アミノ酸をコードしており、ほとんどのアミノ酸は複数のコドンに対応付けられる。また、コード領域の終わりを示す3つの「終止コドン」（ナンセンスコドンとも呼ばれる）もある。これらは、TAG、TAA、TGAコドンである（mRNAではUAG、UAA、UGA）。
デオキシリボ核酸 生物学的機能
細胞分裂は生物が成長するために不可欠であるが、細胞が分裂する際には、2つの娘細胞が親と同じ遺伝情報を持つように、ゲノム中のDNAを複製しなければならない。DNAの二本鎖構造はDNA複製の単純な機構を提供する。ここでは二本鎖が分離され、次にDNAポリメラーゼと呼ばれる酵素によってそれぞれの鎖の相補的DNA配列が再作成される。この酵素は、相補的塩基対の形成を通じて正しい塩基を見つけ、それを元の鎖に結合させることで相補鎖を作成する。DNAポリメラーゼはDNA鎖を5'から3'の方向にしか伸長できないため、二重らせんの逆平行鎖を複製するために異なる機構が使われる。このようにして、古い鎖の塩基が新しい鎖の塩基を決定し、細胞はそのDNAの完全な複製を得ることができる。
裸の細胞外DNA（英: extracellular DNA、eDNA）は、そのほとんどが細胞死の際に放出されたもので、環境中にほぼ遍在している。土壌中の濃度は2 μg/Lと高く、自然の水性環境中では88 μg/Lに達することもある。eDNAの働きとして、遺伝子の水平伝播への関与、栄養素の供給、あるいはイオンや抗生物質を取り込んだり用量を調整するための緩衝剤としての機能など、さまざまな可能性が提案されている。eDNAは、いくつかの細菌種のバイオフィルムにおいて、機能的な細胞外マトリックス成分として機能する。eDNAの働きには、バイオフィルム内の特定の細胞型の付着と分散を制御する認識因子として働く可能性や、バイオフィルム形成に寄与する可能性、あるいはバイオフィルムの物理的強度と生物学的ストレスに対する抵抗性に寄与する可能性がある。
無細胞胎児DNAは母体の血液中に存在し、その塩基配列を決定することで発達中の胎児に関する多くの情報を得ることができる。
環境DNAとして知られるeDNAは、水中、大気中、陸上における生物種の動きと存在を監視し、その地域の生物多様性を評価する生態学の調査ツールとして、自然科学の分野で利用が拡大している。
好中球細胞外トラップ（英: neutrophil extracellular trap、NET）は、主にDNAから構成される細胞外繊維のネットワークであり、白血球の一種である好中球が宿主細胞への損傷を最小限に抑えながら細胞外の病原体を殺滅することを可能にする。
デオキシリボ核酸 タンパク質との相互作用
DNAの機能はすべてタンパク質との相互作用に依存している。これらのタンパク質相互作用は非特異的であることもあれば、タンパク質が単一のDNA配列に特異的に結合することもある。酵素もDNAに結合することができ、その中でも特に重要なものは、転写とDNA複製の際にDNA塩基配列をコピーするポリメラーゼである。
デオキシリボ核酸 タンパク質との相互作用
DNAと結合する構造タンパク質は、非特異的DNA-タンパク質相互作用の例としてよく理解されている。染色体内でDNAは構造タンパク質と複合体を形成して保持されている。これらのタンパク質はDNAをクロマチン（染色質）と呼ばれる緻密な構造に組織化する。真核生物では、この構造はヒストンという小さな塩基性タンパク質の複合体にDNAが結合したものであるが、原核生物では複数種類のタンパク質が関与している。ヒストンはヌクレオソームと呼ばれる円盤状の複合体を形成し、その表面には二本鎖DNAが2周完全に巻きついている。これらの非特異的相互作用は、ヒストンの塩基性残基がDNAの酸性糖-リン酸骨格とイオン結合を形成することによって生じるもので、したがって、塩基配列とはほとんど無関係である。これらの塩基性アミノ酸残基の化学修飾には、メチル化、リン酸化、アセチル化などがある。これらの化学的変化はDNAとヒストン間の相互作用の強度を変化させ、DNAを転写因子に近づきやすくしたり、あるいは近づきにくくし、転写速度を変化させる。クロマチン内の他の非特異的DNA結合タンパク質には、曲がったDNAや歪んだDNAに結合する高移動度郡タンパク質がある。これらのタンパク質は、ヌクレオソームの配列を曲げたり、染色体を構成する大きな構造体を組み立てる際に重要である。
デオキシリボ核酸 タンパク質との相互作用
DNA結合タンパク質のもう一つのグループとして、一本鎖DNAと特異的に結合するDNA結合タンパク質がある。ヒトの場合、複製タンパク質Aがこの一群の中で最もよく理解されており、DNA複製、組換え、DNA修復など、二重らせんが分離するプロセスに関与している。これらの結合タンパク質は一本鎖DNAを安定化させ、ステムループを形成したり、ヌクレアーゼによる分解からDNAを保護していると考えられている。
対照的に、他のタンパク質は特定のDNA配列に結合するような進化をしてきた。最も研究が進んでいるのは、転写を制御するタンパク質であるさまざまな転写因子である。各転写因子はプロモーター近くの特定のDNA配列に結合し、遺伝子の転写を活性化または阻害する。転写因子は2つの方法でこれを行う。一つは、転写を担うRNAポリメラーゼに直接、あるいは他の媒介タンパク質を介して結合することである。これによって、ポリメラーゼはプロモーターに位置し、転写を開始することができる。あるいは、転写因子はプロモーターのヒストンを修飾する酵素と結合することができる。これによってDNA鋳型に対するポリメラーゼの近づきやすさを変化させる。
デオキシリボ核酸 タンパク質との相互作用
これらのDNA標的は生物のゲノム全体に存在する可能性があるため、一種類の転写因子の活性が変化すると、何千もの遺伝子に影響を及ぼす可能性がある。その結果、これらのタンパク質はしばしば、環境変化への応答や細胞の分化・発達を制御するシグナル伝達プロセスの標的となる。これらの転写因子のDNAとの相互作用の特異性は、タンパク質がDNA塩基の端と何度も接触して、DNA配列を「読み取る」ことを可能にすることで生じる。これらの塩基相互作用のほとんどは塩基が最も接近しやすい主溝で起こる。
ヌクレアーゼは、ホスホジエステル結合の加水分解を触媒することによってDNA鎖を切断する酵素である。DNA鎖の末端からヌクレオチドを加水分解するヌクレアーゼはエキソヌクレアーゼと呼ばれ、一方エンドヌクレアーゼは鎖内で切断する。分子生物学で最もよく使用されるヌクレアーゼは、特異的配列でDNAを切断する制限エンドヌクレアーゼである。たとえば、上図に示したEcoRV酵素は、DNA鎖の6塩基配列 5′-GATATC-3′ を認識し、水平線で切断する。自然界でこれらの酵素は、制限修飾系の一部として細菌の細胞内に侵入したファージDNAを消化することにより、細菌をファージ感染から保護している。技術分野では、これらの配列特異的ヌクレアーゼは分子クローニングやDNAプロファイリングに使用されている。
デオキシリボ核酸 タンパク質との相互作用
DNAリガーゼと呼ばれる酵素は、切断または破損したDNA鎖を再結合させることができる。リガーゼは、ラギング鎖DNA複製において特に重要で、複製フォークで作られた短いDNAセグメントをDNA鋳型の完全なコピーに結合する働きをする。これらはまたDNA修復や遺伝的組換えにも使用される。
トポイソメラーゼはヌクレアーゼとリガーゼの両方の活性を持つ酵素である。これらのタンパク質はDNAスーパーコイルの量を変化させる。これらの酵素の中には、DNAらせんを切断し、その一部分を回転させることでスーパーコイルのひずみを低減させ、その後DNAの切断部を封着するものもある。別の種類の酵素は、DNAらせんを切断し、その切断部分に2本目のDNAを通過させてから、らせんを再結合することができる。このようにトポイソメラーゼは、DNA複製や転写など、DNAが関与する多くの過程に必要な酵素である。
ヘリカーゼは分子モーターとして働くタンパク質である。これらは、ヌクレオシド三リン酸、主にアデノシン三リン酸（ATP）の化学エネルギーを利用して、塩基間の水素結合を切断し、DNA二重らせんをほどいて一本鎖にする。これらの酵素は、酵素がDNA塩基に近接する必要があるほとんどの過程にとって不可欠である。
デオキシリボ核酸 タンパク質との相互作用
ポリメラーゼはヌクレオシド三リン酸からポリヌクレオチド鎖を合成する酵素である。その生成物の配列は、鋳型（英: template）と呼ばれる既存のポリヌクレオチド鎖に基づいて作られる。これらの酵素は、伸長するポリヌクレオチド鎖末端の3'ヒドロキシ基に繰り返しヌクレオチドを付加する機能を持つ。結果としてすべてのポリメラーゼは5'から3'の方向に働く。これらの酵素の活性部位では、入ってきたヌクレオシド三リン酸が鋳型と塩基対を形成する。これにより、ポリメラーゼは鋳型の相補鎖を正確に合成することができる。ポリメラーゼは、使用する鋳型の種類によって分類される。
DNA複製は、DNA依存性DNAポリメラーゼがDNAポリヌクレオチド鎖のコピーを作る。生物学的情報を保存するためには、各コピーの塩基配列が鋳型鎖の塩基配列と正確に相補的であることが不可欠である。多くのDNAポリメラーゼは校正活性を持っている。これによりポリメラーゼは、ミスマッチしたヌクレオチド間での塩基対形成の欠如によって、合成反応の際にときおり起こる誤りを検出することができる。ミスマッチが検出されると、3'→5'エキソヌクレアーゼ活性が活性化され、誤った塩基が除去される。ほとんどの生物でDNAポリメラーゼは、DNAクランプやヘリカーゼなどの複数のアクセサリー・サブユニットを含む、レプリソームと呼ばれる大きな複合体の中で機能する。
RNA依存性DNAポリメラーゼは、RNA鎖の塩基配列をDNAにコピーする特殊なポリメラーゼである。これらには、レトロウイルスによる細胞感染に関与するウイルス性酵素である逆転写酵素や、テロメアの複製に必要なテロメラーゼが含まれる。たとえば、HIV逆転写酵素は、エイズウイルスの複製に関与する酵素である。テロメラーゼは、その構造の一部として自身のRNA鋳型を含むという珍しいポリメラーゼである。これは染色体の末端にテロメアを合成する。テロメアは隣接する染色体末端が融合するのを防ぎ、染色体末端を損傷から保護する。
転写は、DNA鎖の配列をRNAにコピーするDNA依存性RNAポリメラーゼによって行われる。遺伝子の転写を開始するために、RNAポリメラーゼはプロモーターと呼ばれるDNA配列に結合し、DNA鎖を分離する。その後、ターミネーターと呼ばれるDNAの領域に到達するまで、遺伝子配列をメッセンジャーRNA転写物にコピーし、そこで停止してDNAから分離する。ヒトのDNA依存性DNAポリメラーゼと同様に、ヒトゲノムのほとんどの遺伝子を転写する酵素であるRNAポリメラーゼIIは、いくつか調節サブユニットとアクセサリーサブユニットを持つ大きなタンパク質複合体の一部として働いている。
デオキシリボ核酸 遺伝子組換え
DNAらせんは通常、他のDNAセグメントと相互作用することはなく、ヒトの細胞では、異なる染色体は染色体テリトリー（英: chromosome territories）と呼ばれる核内の別々の領域を占めることさえある。このように異なる染色体が物理的に分離していることは、DNAが安定した情報保管場所として機能するために重要である。なぜなら、染色体が相互作用する数少ない機会のひとつが、有性生殖の際に起こる染色体交差（英: chromosomal crossover）であり、その際に遺伝的組換えが起こるからである。染色体交差とは、DNAの2本のらせんが切断され、一部が入れ替わり、再び結合することである。
組換えは、染色体が遺伝情報を交換して遺伝子の新しい組み合わせを作り出すことを可能にし、これにより自然選択の効率を高め、新しいタンパク質の急速な進化において重要である。遺伝的組換えはDNA修復、特に二本鎖切断に対する細胞の反応にも関与している可能性がある。
デオキシリボ核酸 遺伝子組換え
染色体交差の最も一般的な形態は相同組換えで、関与する2つの染色体の配列は非常によく似ている。非相同組換えは、染色体転座や遺伝的異常を生じさせるため、細胞に損傷を与える可能性がある。組換え反応は、RAD51のようなリコンビナーゼとして知られる酵素によって触媒される。組換えの最初の段階は、エンドヌクレアーゼかDNAの損傷によって引き起こされる二本鎖切断である。その後、リコンビナーゼによって部分的に触媒される一連の段階によって、2つのらせんは少なくとも1つのホリデイジャンクションによって結合され、次に、各らせん中の一本鎖セグメントが他方のらせんの相補鎖と二本鎖を形成する。ホリデイジャンクションは四面体の接合構造で、染色体対に沿って移動することができ、一方の鎖をもう一方の鎖と交換することができる。組換え反応は、結合部の切断と遊離したDNAの再結合によって停止する。組換えの際に同じ方向性（極性）の鎖だけがDNAを交換する。切断には東西切断（east-west cleavage）と南北切断（north–south cleavage）の2種類がある。南北切断はDNAの両鎖を切断するが、東西切断はDNAの片鎖をそのまま残す。組換えの際にホリデイジャンクションが形成されることで、遺伝的多様性、染色体上での遺伝子の交換、および野生型ウイルスゲノムの発現が可能になる。
デオキシリボ核酸 進化
DNAにはあらゆる生命体が機能し、成長し、生殖するための遺伝情報が含まれている。しかし40億年の生命の歴史の中で、DNAがいつからこの機能を果たしてきたかは不明である。最も初期の生命体はRNAを遺伝物質として使っていたのではないかという提案もある。RNAは遺伝情報の伝達とリボザイムの一部としての触媒作用の両方を行うことができるため、初期の細胞代謝において中心的な役割を果たしていた可能性がある。核酸が触媒作用と遺伝学の両方に使われていたとする、この古代のRNAワールドは、4塩基に基づく現在の遺伝暗号の進化に影響を与えたかもしれない。このような生物における異なる塩基の数は、少ない塩基数による複製精度の向上と、多数の塩基によるリボザイムの触媒効率の向上との釣り合い関係によってきまった可能性もある。しかしDNAは環境中で100万年未満しか存在できず、溶液中でゆっくりと短い断片に分解されるため、ほとんどの化石からDNAを回収することは不可能で、古代の遺伝子系の直接的な証拠はない。より古いDNAが存在するという主張もなされており、特に2億5千万年前の塩の結晶から生存可能な細菌が分離されたという報告があるが、これらの主張には賛否がある。
デオキシリボ核酸 進化
DNAの構成要素（アデニン、グアニン、および関連する有機分子）は、地球外の宇宙空間で形成された可能性もある。ウラシル、シトシン、チミンを含む、生命の複雑なDNAやRNAの有機化合物もまた、隕石から発見されたピリミジンのような化学物質を出発点として、宇宙空間の模倣した条件下の実験室で合成されている。ピリミジンは、宇宙で発見された最も炭素を多く含む化学物質である多環芳香族炭化水素（PAH）と同様、赤色巨星や星間宇宙塵やガス雲で形成された可能性がある。
2021年2月、科学者たちは初めて、100万年以上前のマンモス象の遺体からDNA配列を決定したことを報告した。これまでに塩基配列が決定された最古のDNAである。
デオキシリボ核酸 技術における用途
フェノール・クロロホルム抽出法のように、生物からDNAを精製する方法や、制限消化やポリメラーゼ連鎖反応のように実験室でDNAを操作する方法が開発された。現代の生物学や生化学では、組換えDNAの分野でこれらの技術を活用している。組換えDNAとは、他のDNA配列から組み立てられた人工のDNA配列である。これらはウイルスベクターを利用して、プラスミドあるいは他の適切な型式で、生物に形質転換することができる。生産された遺伝子組換え生物は、組換えタンパク質のような製品を製造したり、医学研究で使用したり、農業で繁殖したりする。
デオキシリボ核酸 技術における用途
法科学者は、犯罪現場で発見された血液、精液、皮膚、唾液、または毛髪に含まれるDNAを利用して、加害者などの個人と一致するDNAを特定することができる。この手法は正式にはDNAプロファイリング（英: DNA profiling）と呼ばれ、DNA指紋法（英: DNA fingerprinting）とも呼ばれる。DNAプロファイリングでは、ショートタンデムリピート（縦列型反復配列）やミニサテライトなど、反復DNAの可変部分の長さを個人間で比較する。この方法は通常、一致するDNAを同定するための非常に信頼性の高い技術である。ただし、現場が複数名のDNAで汚染されている場合、同定が複雑になることがある。DNAプロファイリングは1984年にイギリスの遺伝学者アレック・ジェフリーズによって開発され、1988年のエンダービー殺人事件でコリン・ピッチフォークを有罪にするために法科学で初めて使用された。
デオキシリボ核酸 技術における用途
法科学が発達し、血液、皮膚、唾液、毛髪などの微量サンプルで遺伝子照合ができるようになったことで、多くの事件が再調査されるようになった。当初の調査時には科学的に不可能であった証拠も、現在では発見されることがある。一部の地域において二重の危険の原則（英: double jeopardy law）が撤廃されたこともあいまって、これまでの裁判で陪審を納得させるに十分な証拠が得られなかった事件でも再審が可能になることがある。重大犯罪で起訴された人々は、照合目的でDNAサンプルの提出を求められることがある。法科学的に得られたDNA照合に対する最も明白な抗弁は、証拠の相互汚染が起こったと主張することである。このため、重大犯罪の新事例に対し、細心の注意を払った厳格な取り扱い手順が導入されるようになった。
DNAプロファイリングはまた、集団死傷事件の犠牲者、重大事故の遺体やその一部、集団戦没者墓地における犠牲者個人の身元を、家族との照合によって確認するためにも使用され、成功を収めている。
DNAプロファイリングは、誰かが子供の生みの親または祖父母であるかどうかを判定するためのDNA親子鑑定にも使用され、親とされる人物が子供と生物学的に血縁関係がある場合、親である確率は通常99.99%である。通常のDNA配列決定法は出生後に行われるが、母親がまだ妊娠している間に親子関係を検査する新しい方法がある。
デオキシリボ核酸 技術における用途
デオキシリボザイム（英: deoxyribozyme）は、DNA酵素（DNAzymes）または触媒DNA（catalytic DNA）とも呼ばれ、1994年に初めて発見された。これらの大部分は、in vitro選択法または試験管内進化法（英: Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment、SELEX）と呼ばれる組み合わせアプローチを使用して、ランダムなDNA配列の大規模プールから単離された一本鎖DNA配列である。DNA酵素は、RNA-DNA切断、RNA-DNAライゲーション、アミノ酸のリン酸化-脱リン酸化、炭素-炭素結合形成など、さまざまな化学反応を触媒する。DNA酵素は、触媒反応の化学反応速度を、無触媒反応の最大1千億倍に向上させることができる。DNA酵素の中でもっとも広く研究されているのはRNA切断型で、さまざまな金属イオンの検出や治療薬の設計に使用されている。GR-5 DNA酵素（鉛特異的）、CA1-3 DNA酵素（銅特異的）、39E DNA酵素（ウラニル特異的）、NaA43 DNA酵素（ナトリウム特異的）など、いくつかの金属特異的DNA酵素が報告されている。NaA43 DNA酵素は、ナトリウムに対して他の金属イオンよりも10,000倍以上選択的であると報告されており、細胞内でリアルタイムのナトリウムセンサーを作成するために使用された。
デオキシリボ核酸 技術における用途
バイオインフォマティクスは、DNA核酸配列データを含む生物学的データの保存、データマイニング、検索、操作のための技術開発を含む学問分野である。これらの技術は、コンピュータサイエンス、特に文字列検索アルゴリズム、機械学習、データベース理論に広く応用されるようになった。文字列検索またはマッチングアルゴリズムは、より大きな文字列の中にある文字列の出現を検出する手法で、ヌクレオチドの特異的配列を検索するために開発された。DNA配列を他のDNA配列と整列させることで、相同配列を同定し、それらを区別する特異的変異を突き止めることができる。これらの技術、特に多重配列アラインメントは、系統的関係やタンパク質機能を研究する際に使用される。ヒトゲノムプロジェクトで作成されたような全ゲノムDNA配列の大規模なデータセットは、各染色体上の遺伝子や調節エレメントの位置を特定するアノテーションがなくては利用が困難である。タンパク質やRNAをコードする遺伝子に関連する特徴的なパターンを持つDNA配列領域は、遺伝子探索アルゴリズムによって同定することができ、これにより研究者は、特定の遺伝子産物が実験的に単離される前であっても、生物内での存在と可能性のある機能を予測することができる。また、ゲノム全体を比較することで、生物の進化の歴史に焦点を当てたり、複雑な進化の過程を研究することもできる。
デオキシリボ核酸 技術における用途
DNAナノテクノロジーは、DNAや他の核酸に特有の分子認識特性を利用して、有用な特性を備えた自己集合化能・分岐DNA複合体を作り出す技術領域である。DNAは生物学的情報の伝達手段としてではなく、構造材料として使用することもできる。その結果、2次元周期格子（タイルベースとDNAオリガミ法の両方）や、多面体形状を持つ3次元構造の創造につながった。ナノメカニカルデバイスやアルゴリズム的自己集合化も実証されており、これらのDNA構造は、金ナノ粒子やストレプトアビジンタンパク質など、他の分子集合体の鋳型とするために使用されている。DNAや他の核酸は、アプタマー（さまざまなバイオテクノロジーや生物医学の用途に使われる、特定の標的分子に対する合成オリゴヌクレオチドリガンド）の基礎となっている。
DNAは時間の経過とともに変異を蓄積し、遺伝によって歴史的な情報を含んでおり、DNAの塩基配列を比較することで、遺伝学者は生物の進化の歴史、系統発生を推定することができる。系統発生学は進化生物学における強力な道具である。生物種内のDNA配列を比較することで、集団遺伝学者は特定の集団の歴史を知ることができる。これは、生態遺伝学から人類学に至るまで、さまざまな研究に利用できる。
情報記録媒体としてのDNAは、電子機器に比べて記録密度がはるかに高いため、非常に大きな可能性を秘めている。しかしコストが高く、読み書きに時間がかかり（メモリレイテンシ）、信頼性が十分でないことなどから、実用化には至っていない。
デオキシリボ核酸 歴史
DNAが最初に単離されたのは、1869年、スイスの医師フリードリッヒ・ミーシェルによって、廃棄された手術用包帯の膿（うみ）の中から微小な物質を発見した時にさかのぼる。細胞核に存在することから、彼はこれを「ヌクレイン（英: nuclein）」と命名した。1878年、アルブレヒト・コッセルが「ヌクレイン」の非タンパク質成分である核酸を単離し、その後、5つの標準核酸塩基を単離した。
デオキシリボ核酸 歴史
1909年、フィーバス・レヴィーンはRNA（当時は「酵母核酸（英: yeast nucleic acid）」と呼んだ）の塩基、糖、リン酸のヌクレオチド単位を同定した。1929年、レヴィーンはDNA（当時は「胸腺核酸（英: thymus nucleic acid）」）内のデオキシリボース糖を同定した。レヴィーンは、DNAはリン酸基によって結合された4つのヌクレオチド単位からなる紐で構成されていることを提案した（テトラヌクレオチド仮説）。レヴィーンは、この鎖は短く、塩基が一定の順序で繰り返されていると考えた。1927年、ニコライ・コルツォフは、遺伝形質は「それぞれの鎖を鋳型として半保存的に複製される2本の鏡像鎖」からなる「巨大な遺伝分子」を介して遺伝すると提案した。1928年、フレデリック・グリフィスは実験によって、肺炎球菌（Pneumococcus）のS型菌の形質が、死滅したS型菌と生きたR型菌とを混合することによって、R型菌に転換できることを発見した（グリフィスの実験）。この実験系は、DNAが遺伝情報を伝達していることを初めて明確に示唆した。
デオキシリボ核酸 歴史
1933年、ウニの未受精卵を研究していたジャン・ブラッシェ（Jean Brachet）は、DNAは細胞核に存在し、RNAは細胞質にのみ存在することを提案した。当時は、酵母核酸（RNA）は植物だけに、胸腺核酸（DNA）は動物だけに存在すると考えられていた。後者は細胞内pHを緩衝する機能を持つ四量体であると考えられていた。
1937年、ウィリアム・アストベリーは、DNAが規則正しい構造を持っていることを示すX線回折パターンを初めて作成した。
1943年、オズワルド・アベリーは、共同研究者であるコリン・マクロード、マクリン・マッカーティとともに、DNAが形質転換原理であることを突き止め、グリフィスの提案を支持した（アベリー-マクロード-マッカーティの実験）。エルヴィン・シャルガフは、現在「シャルガフの法則」として知られる見解を発表し、どの生物種のDNAにおいても、グアニンの量はシトシンと等しく、アデニンの量はチミンと等しくなければならないと述べた。
1951年末、フランシス・クリックは、英国ケンブリッジ大学のキャヴェンディッシュ研究所でジェームズ・ワトソンとともに研究を始めた。遺伝におけるDNAの役割は、1952年にアルフレッド・ハーシーとマーサ・チェイスが行った一連の実験（ハーシー-チェイス実験）で、DNAが腸内細菌ファージT2の遺伝物質であることを示して確認された。
デオキシリボ核酸 歴史
1952年5月、ロザリンド・フランクリンの指導下で研究をしていた大学院生、レイモンド・ゴスリングは、高水和レベルでのDNA X線回折像を撮影し、「Photo 51」とラベルを付けた。この写真は、モーリス・ウィルキンスからワトソンとクリックに渡されたもので、彼らがDNAの正しい構造を得る上で極めて重要なものであった。フランクリンはクリックとワトソンに、主鎖は外側になければならないと語った。それまでは、ライナス・ポーリングや、ワトソンとクリックらは、鎖が内側にあって塩基が外側を向いた誤ったモデルを持っていた。フランクリンがDNA結晶の空間群を特定したことで、クリックは、DNAの二本鎖が逆平行であることを突き止めた。1953年2月、ライナス・ポーリングとロバート・コリーは、リン酸が軸の近くにあり、塩基が外側にある、3本の鎖が絡み合った核酸のモデルを提案した。ワトソンとクリックはそのモデルを完成させ、現在ではDNA二重らせんの最初の正しいモデルとして受け入れられている。1953年2月28日、クリックは、英国ケンブリッジのザ・イーグルパブで常連客のランチタイムを中断し、彼とワトソンが「生命の秘密を発見した」と発表した。
デオキシリボ核酸 歴史
1953年4月25日、雑誌「Nature」は、ワトソンとクリックの二重らせん構造DNAとそれを支持する証拠を示す一連の5本の論文を掲載した。その構造は、『MOLECULAR STRUCTURE OF NUCLEIC ACIDS A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid（核酸の分子構造: デオキシリボース核酸の構造）』と題されたレターで報告され、その中で彼らは次のように述べている。『私たちが仮定した特異的な対形成が、遺伝物質の複製メカニズムである可能性を即座に示唆していることを、私たちは見逃さなかった』。この後、フランクリンとゴスリングのレターが続き、彼ら自身のX線回折データと独自の解析方法が初めて公表された。さらに、ウィルキンスと彼の同僚2名によるレターが続き、生体内におけるB-DNA X線パターンの解析が報告されており、生体内にワトソンとクリックの構造が存在することを裏付けていた。
1962年、フランクリンの死後、ワトソン、クリック、ウィルキンスの3名はノーベル生理学・医学賞を共同受賞した。ノーベル賞は存命中の受賞者にのみ授与される。2023年4月、科学者たちは新たな証拠に基づき、ロザリンド・フランクリンはDNA発見の過程に貢献しただけでなく「対等な役割」を果たした人物であり、発見後に発表されたような貢献者ではないと結論づけた。誰がこの発見の功績を称えられるべきかについては議論が続いている。
1957年に行われた影響力のある講演で、クリックは、分子生物学におけるセントラル・ドグマを打ち出し、DNA、RNA、タンパク質の関係を予言し、「アダプター仮説」を公にした。二重らせん構造が示唆する複製機構の最終確認は、1958年のメセルソン-スタールの実験によってなされた。クリックと共同研究者らによる更なる研究によって、遺伝暗号がコドンと呼ばれる塩基の非重複トリプレット（三連符）に基づいていることが明らかにされ、ハー・ゴビンド・コラナ、ロバート・W・ホリー、マーシャル・ニーレンバーグによって遺伝暗号の解読が可能となった。分子生物学の誕生は、これらの発見が基礎となった。
1986年、英国の警察がレスター大学のアレック・ジェフリーズに強姦殺人に関する容疑者の自白の検証または反証を依頼したとき、DNA鑑定は初めて犯罪捜査に利用された。この特別な事件では、容疑者は2件の強姦殺人を自白していたが、後に自白を撤回した。大学の研究所でのDNA鑑定によって、容疑者の当初の「自白」の真実性はすぐに否定され、容疑者は強姦殺人の容疑を晴らすことができた。
メディア (媒体)
メディア（media）は、情報の記録・伝達・保管などに用いられる物や装置のことである。媒体（ばいたい）などと訳されることもある。
記録・保管のための媒体（記録媒体、記憶装置）と伝達・コミュニケーションのための媒体に大別することができる。
また不特定多数の受け手を対象に情報を発信する報道機関の「マスメディア」や「マスコミ」を指すこともある。
メディア (媒体) メディアの例
文字や音声、コンピュータで扱うデータなどの情報を記録・保管する際には紙や磁気テープ、CD-ROM、フロッピーディスクなどが使用される。
音楽や文章、声、映像などの情報を伝達する際にはCDや手紙、電話、テレビなどが使用される。
新聞、テレビ、ラジオなどは報道機関およびコミュニケーションとしてのメディアである。
なおメディアを広義に捉える場合には、ある情報が、送り手から受け手に届くまでに経由する媒介全てを指すことになる。例えばテレビでニュースキャスターが、事件についてのニュースを読み上げる様子を、視聴者が見ている場面において、ニュース原稿としてキャスターの手に書かれている言葉は、視聴者に届くまでに、少なくとも次のような諸要素に媒介される。
また、ここで、ニュース原稿自体がやはりメディアの一種であり、ニュース原稿の書き手、言葉などを媒介として報道の対象である「事件」を伝えているものである、と考えることもできる。また、実際に報道研究やメディア論などではそのような観点からジャーナリストの持つ価値観や言葉について注目することも多く見られる。
いわゆる生放送でない場合には記録、輸送、保管、再生などのプロセスがここに加わることになるが、これらも広義にはメディアの一種である。
メディア (媒体) コミュニケーション・メディアの諸形態
コミュニケーションのためのメディアは、いくつかの形態に分類される。
マスメディアは特定少数の送り手が、何らかの情報を不特定多数の受け手に向けて伝達する際に用いられる。
典型的なイメージはテレビ、新聞、雑誌、ラジオ、などいわゆる報道に関わる諸機関だが、その他に、映画、音楽、出版業界をここに含めることが多い。
なお、これら個々の項目は、一般的に馴染みが深く、多用されている用語だが、実際には明快な細分類にはなっていない。テレビは映画や音楽を部分的に含み、ラジオも音楽と重なる部分がある。
本、レコード、コンパクトディスク、映画館など、他にも様々な物や施設をここに含めることができる。
マスメディアはしばしば情報の独占、表現の手段の独占、ツリー構造、ヒエラルキー構造などと結びつけて考えられ、否定的な評価を受けることも多い。
マスメディアに媒介された情報伝達を、1点を発信源とし多数の点を到達点とする構造になぞらえ、複数の送り手から複数の送り手へ情報が行き交うような仕組みを指して、「ネットワークメディア」と呼ぶことがある。
メディア (媒体) コミュニケーション・メディアの諸形態
インターネットやパソコン通信はその代表的な形態である。ここに電話や郵便が加えられることもある。インターネットは様々な用途に用いられるため、電子掲示板や電子メール、あるいはブログをネットワークメディアとし、不特定多数へ向けた情報発信であるウェブページについてはマスメディアに近いものと考える場合もある。また、より情報の拡散性と結びつきが増したSNSやTwitterの台頭により、ソーシャルメディアという語も生まれている。
同様に、テレビ放送も、個々の番組ひとつひとつについては、少数の送り手から多数の受け手へという構図になっているが、チャンネル数の増加などによって、送り手が限定されている度合いが減っていると考える向きもある。地域によっては、地元自治体などの協力によって地元住民が番組を制作、放映できる体制になっているケーブル局もある。
但し、これらの通信を支える物理的な基盤、特にケーブルなどの通信網はしばしばツリー状の構造を持っており、その意味では多数の点の間にツリーと対比されるところのネットワーク状の構造があるわけではない。
ユーザの視点からは、テレビや出版は限られた作り手によって供給される情報を受け取るだけであるのに対して、インターネットや電話では情報の送り手がそれほど限定されていないことからこう呼ばれる。
メディア (媒体) コミュニケーション・メディアの諸形態
主に使い手が情報を発信したり、記録、編集したりするために用いられるものを「パーソナルメディア」と言うことがある。これはマスメディアが情報の大量一括伝送であることと対比される。また、文脈によっては、これらのメディアを介した情報のやりとりが、比較的匿名性の低い知り合い同士の間で起こるものであること、パーソナルネットワーク、インターパーソナルネットワークなどと呼ばれる文脈で起こるものであることが強調されることもある。
カメラ、家庭用ビデオカメラ、テープレコーダー、などのほか、携帯電話やアマチュア無線、電子メールなどが含まれる。
メディアの特性として、インタラクティビティ、双方向性などと呼ばれる性質が注目されることがある。テレビ番組の内容などについては、視聴者は間接的でごくわずかな影響力しか持っておらず、「受け手」にとどまるが、電話を介した会話の場合には双方が話題を提起したり、会話を打ち切ったりすることがある程度可能である。つまり、送り手と受け手の立場に立つことができ、両者の間では情報が必ず一方から他方へ伝達されるのではなく、双方向の伝達がある。こうしたメディアを指して、「双方向メディア」または「インタラクティブメディア」と言うことがある。
メディア (媒体) コミュニケーション・メディアの諸形態
この双方向性、インタラクティビティの概念にも多少の幅がある。文脈によっては、より広義に双方向性を捉え、ウェブサイトやCD-ROMなどのように、利用者が自分の受け取る情報の種類や順序をある程度選択できるようになっているものを含める場合がある。ここでは、利用者の選択がコンピュータなどによって「受け取られ」それに対する応答として情報が提供されるため双方向性があると考えることができる。
批評家の東浩紀は、送信者と受信者の間の対称性の有無によってコンテンツ志向メディア（非対称性あり）とコミュニケーション志向メディア（非対称性なし）という対比を行っているが、この分け方ではコミュニケーション志向メディアは双方向メディアに相当する。
情報の送信側と受信側の時間的なギャップに注目した場合、送信のタイミングとそれが閲覧されるタイミングがほぼ一致するものを「同期型メディア」、そうでないものを「非同期型メディア」という。例えば手紙・新聞・書籍といった紙媒体は非同期型であり、電話やテレビ放送は同期型であるといえる。インターネットは同期型・非同期型の両方の形態が存在し、チャットやインスタントメッセンジャーは同期型であるが、ブログ・電子掲示板などは非同期型といえる（ただし電子掲示板に常駐して新規の投稿がないかを強迫的に確認し続けるような利用の仕方をしていれば同期的といえる）。
批評家・社会学者の濱野智史は、単純な「同期」「非同期」の区分で論ずるのは難しいソーシャルウェアが登場しているとして、「擬似同期」（システム設計によってリアルタイム性を仮想的に実現しているニコニコ動画）や「選択同期」（非同期的に状態からユーザーの自発的な選択により一時的に同期的になるTwitter）といった用語を導入している。
メディアによって、伝達可能な情報の種類が制限されることがある。例えばラジオや電話では通常文字や映像は送れない。書籍では動画や音は送れない。文字、音声、映像、動画などを送るのに用いることができるメディアを指して、「マルチメディア」と言うことがある。
メディア (媒体) メディアを用いて送られる情報
実際にはこれらの情報もまたメディア（上記全てのメディアは手段である）であり、表現者が伝えたいものとしてよく口にする「感動」や「共感」などといった非常に不確実で抽象的な表現は、上記情報を介して送られる「意思」と「共感への欲求」などいう根本的なものを伝達していることを表している、と言える。
K点
K点（ケイてん）とは、スキーのジャンプ競技におけるジャンプ台の建築基準点のこと。ドイツ語で建築基準点を意味するKonstruktionspunkt（英: construction point）の略語として現在使われている。かつては極限点（Kritischer Punkt）の意味であった。
K点 解説
K点は、ジャンプ台の着地斜面の下部に位置し赤い線が引かれており、この位置を境にして着地滑走路の傾斜曲率が変わる。2005年現在の採点法ではK点を飛距離の基準とし、K点に着地した飛躍に対し60点が与えられる。着地地点がK点に達しなかった場合は減点され、超えた場合は加算される。減加算される点数は、ジャンプ台の規模により異なるが、一般的にノーマルヒルでは2.0点/m、ラージヒルでは1.8点/mである。着地区域の開始点はP点（独: Punkt, 英: P-point）と呼び、青い線が引かれている。
着地地点は前述の傾斜路の曲率が着地時に危険が伴うことから、これ以上飛ぶと危険であるという「極限点」（独: Kritischer Punkt, 英: critical point）を表す意味として、1972年札幌オリンピック当時は用いられていた。
競技中においても最も飛距離の長い選手であっても着地地点がK点を超えないように、大会運営者はスタート地点の高さや助走路の長さを調節して設定していた。その後、滑空中の姿勢を含む滑空技術・着地技術・競技服等が大幅に進歩したことでジャンプ場の完成時に固定されていたK点を越える、いわゆる「K点越え」のジャンプが可能になり、極限点は事実上意味をなさなくなった。
K点 解説
かつてのK点の役割（極限点）に相当するものは2004 - 2005年シーズンから「ヒルサイズ」と呼ばれ、K点より遠くに設定されている。選手がこの距離を超える飛行をすると、危険のため競技の続行について審議される。また、K点距離が同じであってもジャンプ台によってヒルサイズは異なるが、おおむねバーンの斜度がノーマルヒルで31度、ラージヒルで32度となっている。すなわち、現在ではジャンプ台の大きさは「ヒルサイズ=Xm、K点=Ym」というかたちで示される。1995年頃からヒルサイズ導入までは斜度30度を目安にした「ジュリーディスタンス」が用いられていた。
1998年長野オリンピックでジャンプ競技が執り行われた白馬ジャンプ競技場のK点は、ノーマルヒルで90m、ラージヒルで120mである。
電荷密度
電荷密度（でんかみつど、英: charge density）とは、ある特定の空間領域において、単位体積あたりに存在する電荷の量を示す物理量である。この概念を理解する上で極めて重要なのは、どの大きさのスケール（体積）で空間を定義するかによって、電荷密度の値が全く異なる意味を持つという点である。
物質は、正の電荷を持つ原子核と、負の電荷を持つ電子から構成される原子（または分子）の集合体である。この基本構造に基づき、電荷密度を異なるスケールで考察する。
ミクロスケール（原子内部のスケール）
原子1個よりもはるかに小さい、極めて微小な体積で空間を定義する場合、電荷密度は場所によって著しく変動する。
このように、ミクロスケールにおける電荷密度は、極めて不均一に分布している。
マクロスケール（原子サイズ以上のスケール）
一方、原子数個分、あるいはそれ以上の大きさの体積で空間を定義する場合、状況は本質的に異なる。
結論として、「電荷密度」という物理量を扱う際は、それが原子内部のようなミクロな電荷分布を論じているのか、物質全体としてのマクロな電気的性質を論じているのか、その定義スケールを明確に意識することが不可欠である。
電荷密度
（注：原子核が持つ正電荷の根源は陽子にあるが、陽子自体もクォークなどの素粒子から構成される。電荷の起源をどのレベルで議論するかは、物理学で扱うエネルギーや空間のスケールに依存する。）
物性物理学の文脈では、物質全体の電荷密度（通常はゼロ）とは別に、特定の役割を担う電荷の密度だけを意図的に取り出して議論することが頻繁にある。その代表例が、金属中の伝導電子である。
特定の担い手（キャリア）に注目した電荷密度
金属の銅（Cu）を例にとると、これは規則正しく並んだ「銅イオン（Cu+）」と、その周りを自由に動き回る「伝導電子（e-）」の集合体としてモデル化される。この場合、電荷密度は以下のように区別して扱われる。
このように、電流や熱輸送といった現象を議論する際には、物質の性質を支配する「伝導電子の電荷密度」という言葉が、文脈上、単に「電荷密度」として用いられることがある。これは、静的なイオンを背景として捉え、動的な電子の振る舞いに焦点を当てているためである。
電荷密度の実験的な測定手法
理論モデルだけでなく、電荷密度の空間的な分布は実験によって直接観測することも可能である。この測定には、粒子線と物質との相互作用の違いが利用される。
X線回折
中性子回折法
このように、X線と中性子線という二つの異なるプローブ（探針）を使い分けることで、物質内の正負の電荷密度分布をそれぞれ分離して可視化することができる。
電荷密度 バンド計算での電荷密度
バンド計算では通常、電荷密度とは電子の密度のことを示す。従って、この場合は電子密度（electron density）とも言う。電子以外の電荷（例えばイオンなど）に対しても "電荷密度" の表記を用いることがあるので注意が必要。
バンド計算では、実空間での電荷密度 ρ(r) は波動関数 ψi,k(r) のノルムを取ることにより求められる：
i, k はそれぞれバンドとk点の指標。fi,k は、各 k 点上の各バンドでの電子の占有数。なお、バンド計算では普通原子単位を用いるので素電荷は、e = 1（ハートリー原子単位系の場合）としている。ここで占有数は、N を系の全電子数とすると
となる。バンド計算において波動関数は規格化されており、占有数 fi,k は非整数となる場合がある。
実空間の電荷密度をフーリエ変換したものは、
（i は虚数単位）であり、上式左辺の ρ(G) は構造因子と言われるが、このことを逆空間表示での電荷密度と言う場合もある。
電荷密度 運動量密度
実空間の波動関数をフーリエ変換して（指標 i, k は省略、V：系の体積）、
を得る。ψ(G) は逆格子空間（運動量空間）での波動関数であり、これのノルムをとると、
となり、上式左辺の P(G) は逆格子空間での電荷密度と言えるが、通常は運動量密度(momentum density)と呼ばれる。
運動量密度は、コンプトン散乱や電子‐陽電子消滅実験などの実験によって観測される量で、対象が金属（含む半金属）の場合、フェルミ面の情報を含んでいる。
自由電子の場合の運動量密度 ρ(P) は、自由電子の実空間（3次元）での波動関数 ψ が平面波 であるから、
となり（体積は省略）、
を得る（fk はフェルミ分布関数←電荷密度での占有数と表記が類似するが異なるものである）。実際は、2次元ないし 1次元表示したものが実験による観測結果と比較される。
2次元表示
1次元表示
以上から、3次元での自由電子の運動量密度の2次元表示は半球状、1次元表示は放物線となる。実際に観測されるものは、アルカリ金属のような価電子が自由電子的であるような場合を除いて自由電子のものとは大分異なった形状になることが多い。