デオキシリボ核酸（DNA）はすべてをコードするものです セルラー 地球上の遺伝情報。 海洋で最小のバクテリアから最大のクジラまでのすべての細胞の生命は、遺伝物質としてDNAを使用しています。
注意： 一部のウイルスは、遺伝物質としてDNAを使用します。 ただし、一部のウイルスは代わりにRNAを使用します。
DNAは一種です 核酸 ヌクレオチドと呼ばれる多くのサブユニットで構成されています。 各ヌクレオチドには、5炭素リボース糖、リン酸基、および窒素塩基の3つの部分があります。 二 相補鎖 DNA間の水素結合のおかげで一緒になります 核酸塩基 これにより、DNAは、有名な二重らせんにねじれるはしごのような形を作ることができます。
この構造の形成を可能にするのは、核酸塩基間の結合です。 DNAには、アデニン（A）、チミン（T）、シトシン（C）、グアニン（G）の4つの窒素塩基オプションがあります。 各塩基は、AとT、CとGの相互結合のみが可能です。 これはと呼ばれます 相補的な塩基対の法則 または シャルガフの法則.
4つの核酸塩基
DNAで ヌクレオチド サブユニットには、4つの核酸塩基があります。
- アデニン（A）
- チミン（T）
- シトシン（C）
- グアニン（G）
これらの各拠点は、次の2つのカテゴリに分類できます。 プリン塩基 そして ピリミジン塩基.
アデニンとグアニンはの例です プリン塩基. これは、それらの構造が、2つの原子を共有して2つの環を結合する窒素含有5原子環と結合した窒素含有6原子環であることを意味します。
チミンとシトシンはの例です ピリミジン塩基. これらの塩基は、単一の窒素含有6原子環で構成されています。
注意： RNAは、チミンをウラシル（U）と呼ばれる別のピリミジン塩基に置き換えます。
シャルガフの法則
相補的塩基対規則としても知られるシャルガフの法則は、DNA塩基対は常にアデニンとチミン（A-T）およびシトシンとグアニン（C-G）であると述べています。 プリンは常にピリミジンと対になり、その逆も同様です。 ただし、プリンとピリミジンであるにもかかわらず、AはCとペアになりません。
このルールは、本質的に等しいことを発見した科学者エルヴィン・シャルガフにちなんで名付けられました アデニンの濃度 ほぼすべてのDNA分子内のチミンとグアニンおよびシトシン。 これらの比率は生物によって異なりますが、Aの実際の濃度は常に本質的にTに等しく、GおよびCと同じです。 たとえば、人間の場合、おおよそ次のようなものがあります。
- 30.9パーセントのアデニン
- 29.4パーセントチミン
- 19.8パーセントのシトシン
- 19.9パーセントグアニン
これは、AがTとペアになり、CがGとペアになる必要があるという補完的なルールをサポートします。
シャルガフの法則の説明
しかし、なぜこれが当てはまるのですか？
それは両方と関係があります 水素結合 と一緒に相補的DNA鎖を結合します 利用可能なスペース 2つのストランドの間。
まず、約20Å（オングストローム、1オングストロームは10に等しい）があります-10 メートル）DNAの2つの相補的な鎖の間。 2つのプリンと2つのピリミジンを一緒に使用すると、2つのストランド間のスペースに収まらないほど、スペースを占有しすぎてしまいます。 これが、AがGと結合できず、CがTと結合できない理由です。
しかし、なぜどのプリン結合をどのピリミジンと交換できないのですか？ 答えはと関係があります 水素結合 塩基をつなぎ、DNA分子を安定させます。
その空間で水素結合を作成できる唯一のペアは、アデニンとチミン、およびシトシンとグアニンです。 AとTは2つの水素結合を形成し、CとGは3つを形成します。 2つの鎖を結合して分子を安定化させるのはこれらの水素結合であり、これにより分子ははしごのように形成されます。 二重らせん.
相補的な塩基対規則の使用
このルールを知っていると、あなたは理解することができます 相補鎖 塩基対配列のみに基づく単一のDNA鎖に。 たとえば、次のような1つのDNA鎖の配列を知っているとします。
AAGCTGGTTTTGACGAC
相補的な塩基対の法則を使用すると、相補的な鎖は次のように結論付けることができます。
TTCGACCAAAACTGCTG
RNAはチミンの代わりにウラシルを使用することを除いて、RNA鎖も相補的です。 したがって、最初のDNA鎖から生成されるmRNA鎖を推測することもできます。 それはそのようになります：
UUCGACCAAAACUGCUG