核酸の特徴

自然界の重要な核酸には、デオキシリボ核酸（DNA）、およびリボ核酸（RNA）が含まれます。 それらはプロトン（すなわち水素原子）ドナーであるため酸と呼ばれ、したがってそれらは負の電荷を帯びています。

化学的には、DNAとRNAはポリマーであり、繰り返し単位で構成されていることを意味します。 これらのユニットは ヌクレオチド. すべてのヌクレオチドには、ペントース糖、リン酸基、窒素塩基の3つの異なる化学部分が含まれています。

DNAは3つの主要な点でRNAと異なります。 1つは、核酸分子の構造的な「バックボーン」を構成する糖がデオキシリボースであるのに対し、RNAではリボースであるということです。 化学命名法に精通している場合は、これが全体的な構造スキームのわずかな違いであることに気付くでしょう。 リボースには4つのヒドロキシル（-OH）基があり、デオキシリボースには3つのヒドロキシル基があります。

2つ目の違いは、DNAに見られる4つの核酸塩基の1つがチミンであるのに対し、RNAの対応する塩基はウラシルであるということです。 核酸の窒素塩基は、これらの究極の特性を決定するものです リン酸塩と糖の部分は分子内または分子間で変化しないため、分子 同じタイプ。

最後に、DNAは二本鎖です。つまり、2つの窒素塩基によって化学的に結合されたヌクレオチドの2つの長い鎖で構成されています。 DNAは、両端が反対方向にねじれた柔軟なはしごのように、「二重らせん」の形に巻かれています。

デオキシリボースは、五角形またはおそらく野球のホームプレートのような形をした、5原子の環、4つの炭素、および酸素で構成されています。 炭素は4つの結合を形成し、酸素は2つを形成するため、これにより、4つの炭素原子上に8つの結合部位が残り、炭素ごとに2つ、環の上と下に1つずつあります。 これらのスポットのうち3つはヒドロキシル（-OH）基で占められ、5つは水素原子で占められています。

この糖分子は、アデニン、シトシン、グアニン、チミンの4つの核酸塩基のいずれかに結合する可能性があります。 アデニン（A）とグアニン（G）はプリンであり、シトシン（C）とチミン（T）はピリミジンです。 プリンはピリミジンよりも大きな分子です。 完全なDNA分子の2つの鎖は、それらの核酸塩基によって中央で結合されているため、これらの結合は 分子全体の2つの塩基の合計サイズを大まかに維持するには、1つのプリンと1つのピリミジンの間に形成する必要があります 絶え間ない。 （参考文献にあるような、読むときに核酸の図を参照するのに役立ちます。）たまたま、AはDNAのTにのみ結合し、CはGにのみ結合します。

窒素塩基に結合したデオキシリボースは、 ヌクレオシド. 塩基が結合している場所から2スポット離れた炭素のデオキシリボースにリン酸基が付加されると、完全なヌクレオチドが形成されます。 ヌクレオチドのさまざまな原子のそれぞれの電気化学電荷の特性は次のとおりです。 二本鎖DNAが自然にらせん形状を形成し、分子内の2本のDNA鎖が と呼ばれる 相補鎖。

RNA中のペントース糖はデオキシリボースではなくリボースです。 リボースは、環構造がそれぞれ3つと5つではなく、4つのヒドロキシル（-OH）基と4つの水素原子に結合していることを除いて、デオキシリボースと同じです。 ヌクレオチドのリボース部分は、DNAの場合と同様に、リン酸基と窒素塩基に結合しており、リン酸と RNAの「バックボーン」を形成する糖。 上記のように、塩基にはA、C、Gが含まれますが、RNAの2番目のピリミジンはウラシル（U）ではなく Tより。

DNAは情報の保存のみに関係しますが（遺伝子は単一のタンパク質をコードするDNAの鎖にすぎません）、異なるタイプのRNAは異なる機能を担います。 メッセンジャーRNA、またはmRNAは、通常二本鎖DNAが転写の目的で2本の一本鎖に分裂するときにDNAから作られます。 得られたmRNAは、最終的にはタンパク質の製造が行われる細胞の部分に向かって進み、DNAによって提供されるこのプロセスの指示を伝えます。 2番目のタイプのRNAであるトランスファーRNA（tRNA）は、タンパク質の製造に関与しています。 これはリボソームと呼ばれる細胞小器官で起こり、リボソーム自体は主にリボソームRNA（rRNA）と呼ばれる第3のタイプのRNAで構成されています。

5つの核酸塩基– DNA中のアデニン（A）、シトシン（C）、グアニン（G）、チミン（T）、および最初の3つとウラシル（U） RNA中–生体全体の遺伝子産物の多様性に最終的に関与する核酸の部分です 物事。 糖とリン酸の部分は、構造と足場を提供するという点で不可欠ですが、塩基はコードが生成される場所です。 ラップトップコンピューターを核酸または少なくとも一連のヌクレオチドと考える場合、ハードウェア（ディスクドライブ、モニターなど） 画面、マイクロプロセッサ）は砂糖やリン酸塩に似ていますが、実行しているソフトウェアやアプリはすべて窒素のようなものです あなたがあなたのシステムにロードしたプログラムのユニークな品揃えがあなたのコンピュータを効果的に他に類を見ないものにするので、ベース "生命体。"

前述のように、核酸塩基はプリン（AおよびG）またはピリミジン（C、TおよびU）のいずれかに分類されます。 DNA鎖では常にTとペアになり、Cは常にGとペアになります。 重要なのは、DNA鎖がRNA合成（転写）のテンプレートとして使用される場合、成長するRNA分子に沿った各ポイントで、 「親」DNAヌクレオチドから作成されるRNAヌクレオチドには、「親」塩基が常に結合する塩基が含まれます。 に。 これについては、次のセクションで説明します。

プリンは、側面を共有する六角形と五角形のように、6員の窒素と炭素の環と5員の窒素と炭素の環で構成されています。 プリン合成には、リボース糖の化学的微調整と、それに続くアミノ（-NH）の添加が含まれます。₂）グループ。 ピリミジンもプリンのように6員の窒素と炭素の環を持っていますが、プリンの5員の窒素と炭素の環を欠いています。 したがって、プリンはピリミジンよりも分子量が高くなります。

ピリミジンを含むヌクレオチドの合成とプリンを含むヌクレオチドの合成は、1つの重要なステップで逆の順序で行われます。 ピリミジンでは、塩基部分が最初に組み立てられ、分子の残りの部分が後でヌクレオチドに修飾されます。 プリンでは、最終的にアデニンまたはグアニンになる部分がヌクレオチド形成の終わりに向かって修飾されます。

転写とは、DNAテンプレートからmRNAの鎖を作成することであり、テンプレートと同じように特定のタンパク質を作成するための同じ指示（つまり、遺伝暗号）を実行します。 このプロセスは、DNAが存在する細胞核で発生します。 二本鎖DNA分子が一本鎖に分離して転写が進むと、一本鎖から生成されるmRNAが 「解凍された」DNAペアの鎖は、mRNAがUの代わりにUを含むことを除いて、解凍されたDNAのもう一方の鎖のDNAと同一です。 T。 （繰り返しになりますが、図を参照すると便利です。 参考文献を参照してください。）mRNAは、完成すると、核膜の細孔を通って核を離れます。 mRNAが核を離れた後、リボソームに付着します。

次に、酵素はリボソーム複合体に付着し、翻訳のプロセスを支援します。 翻訳とは、mRNAの指示をタンパク質に変換することです。 これは、タンパク質のサブユニットであるアミノ酸が、mRNA鎖上の3ヌクレオチドの「コドン」から生成されるときに発生します。 このプロセスには、rRNA（翻訳はリボソームで行われるため）とtRNA（アミノ酸の組み立てを助ける）も含まれます。

DNA鎖は、関連する要因の合流により、二重らせんに集合します。 これらの1つは、分子のさまざまな部分に自然に配置される水素結合です。 らせんが形成されると、核酸塩基の結合ペアは全体として二重らせんの軸に垂直になります。 各フルターンには、合計で約10のベース-ベース結合ペアが含まれます。 「はしご」として配置されたときにDNAの「側面」と呼ばれていたものが、現在は二重らせんの「鎖」と呼ばれています。 これらはほぼ完全にヌクレオチドのリボース部分とリン酸部分で構成されており、塩基は内側にあります。 らせんには、最終的に安定した形状を決定する主溝と副溝の両方があると言われています。

染色体は非常に長いDNA鎖として説明されるかもしれませんが、これは非常に単純化されたものです。 理論的には、特定の染色体をほどいて、壊れていない単一のDNA分子を明らかにすることができるのは事実ですが、 これは、DNAが形成に向かう途中の複雑なコイリング、スプーリング、およびクラスタリングを示すものではありません。 染色体。 1つの染色体は数百万のDNA塩基対を特徴としており、すべてのDNAがらせんを壊さずに引き伸ばされた場合、その長さは数ミリメートルから1センチメートル以上になります。 実際には、DNAははるかに凝縮されています。 ヒストンと呼ばれるタンパク質は、4対のサブユニットタンパク質（全部で8つのサブユニット）から形成されます。 この八量体は、DNA二重らせんが糸のように2回巻き付くための一種のスプールとして機能します。 この構造、つまり八量体とその周りに巻かれたDNAは、ヌクレオソームと呼ばれます。 染色体が染色分体と呼ばれるストランドに部分的に巻き戻されると、これらのヌクレオソームは顕微鏡検査ではストリング上のビーズのように見えます。 しかし、ヌクレオソームのレベルを超えると、正確なメカニズムはとらえどころのないままですが、遺伝物質のさらなる圧縮が発生します。

DNA、RNA、タンパク質が考慮されます 生体高分子 それらは生物に関連する情報とアミノ酸の反復配列であるためです（「バイオ」は「生命」を意味します）。 今日の分子生物学者は、何らかの形のDNAとRNAが生命の起源よりも前に存在することを認識しています。 地球ですが、2018年の時点では、初期の生体高分子からシンプルな生活への道筋を誰も理解していませんでした 物事。 一部の人々は、何らかの形のRNAが、DNAを含むこれらすべてのものの元の供給源であると理論付けています。 これが「RNAワールド仮説」です。 ただし、これは生物学者にとって一種の鶏が先か卵が先かというシナリオを示しています。 十分に大きなRNA分子は、他の手段では出現できなかったように見えるからです。 転写。 いずれにせよ、科学者たちは熱心さを増して、現在、最初の自己複製分子の標的としてRNAを研究しています。

核酸の構成要素を模倣する化学物質は、今日、薬物として使用されており、この分野でのさらなる開発が進行中です。 例えば、わずかに改変された形態のウラシルである5-フルオロウラシル（5-FU）は、結腸癌を治療するために何十年もの間使用されてきた。 これは、真の窒素塩基を十分に模倣して、新しく製造されたDNAに挿入されるようにすることで行われます。 これは最終的にタンパク質合成の崩壊につながります。

ヌクレオシドの模倣物（覚えているかもしれませんが、リボース糖と窒素塩基です）は、抗菌療法や抗ウイルス療法で使用されてきました。 修飾を受けるのはヌクレオシドの塩基部分である場合もあれば、薬物が糖部分を標的とする場合もあります。