3.5: 核酸

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DNA と RNA

核酸には、デオキシリボ核酸（DNA）とリボ核酸（RNA）という2種類の主な種類があります。 DNAは、単細胞のバクテリアから多細胞の哺乳類まで、すべての生物に含まれる遺伝物質である。 真核生物の核や、小器官である葉緑体、ミトコンドリアなどに存在する。

細胞の全遺伝的内容をゲノムといい、ゲノムを研究することがゲノミクスである。 真核細胞では、DNAはヒストン蛋白質と複合体を形成し、真核生物の染色体の物質であるクロマチンを形成する。 1本の染色体には、数万個の遺伝子が含まれている。 多くの遺伝子はタンパク質製品を作るための情報を持っており、他の遺伝子はRNA製品をコードしている。

もう一つの核酸であるRNAは、主にタンパク質の合成に関与している。 DNA分子は核から出ることはなく、代わりに仲介者を使って細胞の他の部分と通信する。 この仲介役がメッセンジャーRNA（mRNA）である。

DNAとRNAはヌクレオチドと呼ばれるモノマーで構成されています。 このヌクレオチドが互いに結合して、ポリヌクレオチドであるDNAまたはRNAを形成している。 ヌクレオチドは、窒素塩基、五炭糖、リン酸基の3つの成分から構成されています（図㊧）。

ヌクレオチドの分子構造を示したものです。 ヌクレオチドの核は五炭糖で、その炭素残基には1プライムから5プライムまでの番号がつけられている。 塩基は1価の炭素に、リン酸は5価の炭素に結合している。 ヌクレオチドには、リボースとデオキシリボースの2種類のペントースが存在する。 デオキシリボースは2つの素性にOHの代わりにHがある。 ヌクレオチドには5種類の塩基が存在する。 アデニンとグアニンの2種類は、2つの環が融合したプリン塩基である。 残りのシトシン、チミン、ウラシルは6員環が1つである。 ヌクレオチドは窒素塩基、五炭糖、1つ以上のリン酸基の3つで構成されている。 五炭糖の炭素残基には1～5までの番号が振られています（素数は塩基と区別され、素数表記はされません）。 塩基はリボースの1′の位置に、リン酸は5′の位置に結合している。 ポリヌクレオチドが形成されるとき、流入するヌクレオチドの5′リン酸は、成長する鎖の末端の3′水酸基に結合する。 ヌクレオチドには、デオキシリボース（DNAに含まれる）とリボース（RNAに含まれる）の2種類のペントースが存在する。 デオキシリボースはリボースと構造が似ているが、2位のOHの代わりにHを持っている。 塩基は、プリン体とピリミジン体の2種類に分けられる。

ヌクレオチドの重要な成分である窒素塩基は有機分子で、炭素と窒素を含むのでこの名がある。 塩基であるのは、余分な水素を結合する可能性のあるアミノ基を含むためで、その結果、環境中の水素イオン濃度が減少し、塩基性が強くなります。

アデニンおよびグアニンはプリンとして分類されます。

アデニンとグアニンはプリン体に分類される。プリンの一次構造は炭素-窒素の2つの環である。 シトシン、チミン、ウラシルはピリミジンに分類され、炭素窒素環が1つである（図↓）。 この基本的な炭素-窒素環には、それぞれ異なる官能基が結合している。 DNAにはA、T、G、Cがあり、RNAにはA、U、G、Cがあります。

DNAの五炭糖はデオキシリボースで、RNAはリボースです（図)。 両糖の違いは、リボースの2番目の炭素に水酸基、デオキシリボースの2番目の炭素に水素があるかないかである。 糖分子の炭素原子には1′、2′、3′、4′、5′と番号が振られている（1′は「ワンプライム」と読む）。 リン酸残基は、ある糖の5′炭素の水酸基と次のヌクレオチドの糖の3′炭素の水酸基に結合し、5′-3′ホスホジエステル結合を形成している。 ホスホジエステル結合は、高分子のモノマーをつなぐ他の結合のように単純な脱水反応によって形成されるのではなく、2つのリン酸基の除去を伴って形成される。 ポリヌクレオチドには、このようなホスホジエステル結合が何千も存在する可能性がある。