Nucleotide

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Nucleotide Definition

ヌクレオチドは、DNA および RNA の構成単位である有機分子です。 また、細胞のシグナル伝達、代謝、酵素反応に関連する機能も持っています。 ヌクレオチドは、リン酸基、炭素数5の糖、および窒素塩基の3つの部分から構成されています。 DNAの4つの窒素塩基は、アデニン、シトシン、グアニン、チミンであり、DNAは、アデニン、シトシン、グアニン、チミンの4つの窒素塩基からなる。 RNAはチミンの代わりにウラシルを含む。 ヌクレオチドは鎖状になっており、既知のすべての生物の遺伝物質を構成している。

DNA内の3つのヌクレオチドの系列はコドンと呼ばれ、細胞内のタンパク質に、DNAの残りの部分によって指定された系列に特定のタンパク質をくっつけるよう指示します。 特殊なコドンは、機械に対して、どこでプロセスを停止し、どこで開始するかを指定することさえあります。 DNA翻訳とは、DNAからの情報をタンパク質という言語に変換することである。

ヌクレオチドの構造

ヌクレオチドの構造は単純ですが、一緒に形成できる構造も複雑です。 下はDNAの画像です。 この分子は、2本の鎖が互いに巻き付き、構造の中央で水素結合を形成して支えています。

DNAヌクレオチド

窒素塩基

ヌクレオチド構造の情報伝達部分の中心である窒素塩基です。 露出した官能基が異なるこれらの分子は、互いに作用する能力も異なっています。 画像のように、関与するヌクレオチド間の水素結合の量が最大となるようなアイデア配置になっている。 ヌクレオチドの構造上、あるヌクレオチドだけが他のヌクレオチドと相互作用することができる。 上の画像では、チミンがアデニンに、グアニンがシトシンに結合しています。

このように均等に形成されることで、構造にねじれが生じ、誤差がなければ滑らかになるのです。 タンパク質が損傷したDNAを修復する方法の1つは、構造内の不均一なスポットに結合することができることです。 不均一なスポットは、対向するヌクレオチド分子間で水素結合が起きない場合に生じる。 タンパク質は、あるヌクレオチドを切り取って、別のヌクレオチドに置き換えます。

糖

ヌクレオチドの第二の部分は、糖分です。 ヌクレオチドに関係なく、糖は常に同じものである。 違いは、DNAとRNAの違いである。 DNAの場合、炭素数5の糖はデオキシリボースであり、RNAの場合、炭素数5の糖はリボースである。 DNAの正式名称はデオキシリボ核酸、RNAはリボ核酸です。

酸素が露出した糖は、次の分子のリン酸基と結合することができます。

酸素が露出した糖は、次の分子のリン酸基と結合することができる。そして結合を形成し、これが糖-リン酸骨格となる。 この構造は、2本の鎖の間の水素結合よりも、それらが形成する共有結合の方がはるかに強いため、構造に剛性が加わります。 タンパク質がDNAを処理するようになると、鎖を分離し、片側だけを読むことで転移を行う。 タンパク質がDNAを処理する際には、DNA鎖を分離して片側だけを読み取る。

リン酸基

ヌクレオチド構造の最後の部分であるリン酸基は、おそらく別の重要な分子 ATP でお馴染みでしょう。 アデノシン三リン酸 (ATP) は、地球上のほとんどの生命が、反応間でエネルギーを貯蔵し、伝達するために依存しているエネルギー分子です。 ATPは3つのリン酸基を持ち、その結合に多くのエネルギーを蓄えることができます。

DNAの複製では、DNAポリメラーゼという酵素が正しいヌクレオチドの塩基を集め、読み込んでいる鎖に対して整理を始めます。 DNAリガーゼという別のタンパク質が、ある塩基の糖分子と次の塩基のリン酸基との間にホスホジエステル結合を作ることで、その仕事を終えます。 こうして、次の世代に受け継ぐことのできる新しい遺伝分子の骨格ができあがる。

ヌクレオチドの例

アデニン

アデニンはプリンで、窒素塩基の2種類のうちの1つである。 プリン体は二重リング構造を持っています。 DNAでは、アデニンはチミンと結合しています。 RNAでは、アデニンはウラシルと結合しています。 アデノシン三リン酸は、先に述べたように、ヌクレオチドであるアデニンを塩基として使用する。 そこからリン酸基を3つ付けることができる。 そのため、結合の中に大きなエネルギーを蓄えることができるのです。 糖-リン酸骨格が強力なのと同じ理由で、ATPの結合も強力なのです。

アデニンと同様、グアニンもプリンヌクレオチドであり、二重リングを持っています。 DNAでもRNAでもシトシンと結合している。 上の図に見られるように、グアニンは3つの水素結合を通してシトシンと結合している。

シトシン

ピリミジンは、他のクラスのヌクレオチドです。 シトシンはピリミジン系のヌクレオチドで、構造上1つの環しか持っていない。 DNAでもRNAでもシトシンはグアニンと結合している。

チミン

シトシンと同じくピリミジン系のヌクレオチドで、環が1つあります。 DNAではアデニンと結合する。 チミンはRNAには存在しない。

ウラシル

ウラシルもピリミジンの一種です。 DNA から RNA への転写の際、ウラシルは通常チミンが入るであろう場所に配置されます。 この理由は完全には解明されていませんが、ウラシルはいくつかの明確な利点と欠点を持っています。 ウラシルは寿命が短く、シトシンに分解される可能性があるため、ほとんどの生物はDNA内でウラシルを使用しない。

ヌクレオチドの機能

すべての生物にとって遺伝物質の基本単位であることに加え、ヌクレオチドは他の機能も持つことができます。 例えば、細胞の主要なエネルギー分子であるアデノシン三リン酸 (ATP) などの別の分子の塩基になることができます。 また、ADPから生成されるNADやNADPなどの補酵素にも含まれます。これらの分子は、代謝の役割を果たす多くの化学反応に使用されます。 代謝の調節や細胞への化学的シグナルの伝達など、多くのプロセスで重要な役割を果たすメッセンジャー分子であるサイクリックAMP（cAMP）も、ヌクレオチドを含む分子です。 ヌクレオチドは生命の構成要素であるだけでなく、生命を可能にするために機能するさまざまな分子を形成しています

1.クイズ

1. 次のうち、ヌクレオチド構造の一部でないものはどれでしょう？
A. 5炭素の糖
B. リン酸基
C. リン脂質

質問1の答え
Cが正しいです。 ヌクレオチドを構成するのは、炭素数5の糖、リン酸基、窒素塩基の3つです。 ヌクレオチドにはリン脂質は含まれていません。リン脂質は細胞膜や核膜を構成する分子です。

2. 正しい組合せはどれか。
A. A-G
B. C-G
C. T-U
D. U-C

質問2への回答
Bが正しいです。 シトシンはDNAでもRNAでも常にグアニンと対になっており、逆もまた然りです。 シトシンはピリミジンであるため、プリンであるグアニンと対になることができるのです。 背の高い文字、A、T、Uはすべて対になり、丸い文字も対になることを覚えておいてください。

3.DNAに存在しないヌクレオチドはどれでしょう？
A. ウラシル
B.

A. ウラシル
B. チミン
C. アデニン

第3問の答え
Aが正しいです。 ウラシルはDNAには含まれていません。 それはチミン（これはRNAに見られない）の代わりに、RNAにのみ見出される。 Uracil binds with adenine in RNA.