核酸 - 生物学

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核酸

一般性

核酸は大きな生体分子であるDNAとRNAであり、生細胞内での存在と適切な機能は、後者の生存に不可欠です。
ジェネリック核酸は、線状鎖での多数のヌクレオチドの結合に由来します。

図：DNA分子。

ヌクレオチドは小分子であり、その構成にはリン酸基、窒素塩基、5炭素糖の3つの要素が関与しています。

核酸は、細胞メカニズムの正しい実装に不可欠な分子であるタンパク質の合成に協力するため、生物の生存に不可欠です。
DNAとRNAはいくつかの点で互いに異なります。
たとえば、DNAには2つの逆平行ヌクレオチド鎖があり、5炭素糖としてデオキシリボースがあります。一方、RNAは通常、ヌクレオチドの一本鎖を持ち、5個の炭素原子を持つ糖としてリボースを持っています。

核酸とは何ですか？

核酸は生体高分子のDNAとRNAであり、生物の細胞内に存在することは、生物の生存と正しい発達に不可欠です。
別の定義によれば、核酸は、長い線状鎖における多数のヌクレオチドの結合から生じる生体高分子である。
生体高分子、または天然高分子は、モノマーと呼ばれる、すべて同じ分子単位で構成された大きな生物学的化合物です。

核酸：誰が所有していますか？

核酸は、真核生物や原核生物の細胞内だけでなく、ウイルスなどの無細胞生物や、ミトコンドリアや葉緑体などの細胞小器官にも存在します。

一般的な構造

上記の定義に基づいて、ヌクレオチドは核酸DNAおよびRNAを構成する分子単位です。
したがって、それらは、核酸の構造に専念する、この章の主要なトピックを表します。

一般的なヌクレオチドの構造

ジェネリックヌクレオチドは、3つの要素の結合の結果である有機性の化合物です。

リン酸の誘導体であるリン酸基。
ペントース、つまり5個の炭素原子を持つ糖。
芳香族複素環式分子である窒素塩基。

ペントースは、リン酸基と窒素塩基が結合するため、ヌクレオチドの中心的な要素を表します。

図：核酸の一般的なヌクレオチドを構成する要素。見てわかるように、リン酸基と窒素塩基は糖に結合します。

ペントースとリン酸基を一緒に保持する化学結合はホスホジエステル結合であり、ペントースと窒素塩基を結合する化学結合はN-グリコシド結合です。

ペントースは他の要素とのさまざまなリンクにどのように参加しますか？

前提：化学者は、研究と説明を簡素化するような方法で、有機分子を構成する炭素に番号を付けることを考えました。ここで、ペントースの5つの炭素は、炭素1、炭素2、炭素3、炭素4、および炭素5になります。

番号の割り当て基準は非常に複雑であるため、説明を省略することが適切であると考えます。
ヌクレオチドのペントースを形成する５つの炭素のうち、窒素塩基およびリン酸基との結合に関与するものは、それぞれ、炭素１および炭素５である。

ペントース炭素1→N-グリコシド結合→窒素塩基
ペントース炭素5→ホスホジエステル結合→リン酸基

核酸のヌクレオチドを結合する化学結合の種類は何ですか？

図：ペントースの構造、その構成炭素の番号付け、および窒素塩基とリン酸基との結合。

核酸を構成する際、ヌクレオチドはフィラメントとしてよく知られている長い線形鎖に組織化されます。
これらの長い鎖を形成する各ヌクレオチドは、そのペントースの炭素3と直後のヌクレオチドのリン酸基との間のホスホジエステル結合によって次のヌクレオチドに結合します。

極限

核酸を構成するヌクレオチド鎖（またはポリヌクレオチド鎖）は、5 "末端（「5プライム」と読む）および3"末端（「3プライム」と読む）として知られる2つの末端を有する。慣例により、生物学者および遺伝学者は、「末端5」が核酸を形成する鎖の頭を表し、「末端3」がその尾を表すことを確立しました。
化学的観点から、核酸の「5末端」は鎖の最初のヌクレオチドのリン酸基と一致し、核酸の「3末端」は炭素3のヒドロキシル（OH）基と一致します。最後のヌクレオチドの。
遺伝学と分子生物学の本で、核酸のヌクレオチド鎖が次のように記述されているのは、この組織に基づいています：P-5 "→3" -OH。

*注：文字Pは、リン酸基のリン原子を示します。

5つの「末端と3」末端の概念を単一のヌクレオチドに適用すると、後者の「5末端」は炭素5に結合したリン酸基であり、その3 "末端は炭素3に結合したヒドロキシル基です。
どちらの場合も、s "は読者に数値の再発に注意を向けるように促します：末端5"-炭素5のリン酸基と末端3 "-炭素3のヒドロキシル基。

一般的な機能

核酸は、タンパク質の遺伝情報を含み、輸送し、解読し、表現します。
タンパク質はアミノ酸で構成されており、生体の細胞メカニズムを調節する上で基本的な役割を果たす生体高分子です。
遺伝情報は、核酸の鎖を構成するヌクレオチドの配列に依存します。

歴史のヒント

1869年に行われた核酸の発見の功績は、スイスの医師で生物学者のフリードリッヒミーシェルにあります。
ミーシェルは、白血球の内部組成をよりよく理解することを目的として、白血球の細胞核を研究しているときに発見しました。
Miescherの実験は、分子生物学と遺伝学の分野におけるターニングポイントを表しており、一連の研究を開始して、DNA（Watson and Crick、1953年）とRNAの構造を特定し、遺伝的遺伝とタンパク質合成の正確なプロセスの特定。

名前の由来

核酸は、Miescherが白血球の核（核-核）内でそれらを識別し、リン酸の誘導体（リン酸-酸の誘導体）であるリン酸基を含むことを発見したため、この名前が付けられています。

DNA

既知の核酸の中で、DNAは、生物の細胞の発達と成長を指示するのに役立つ遺伝情報（または遺伝子）の貯蔵庫を表すため、最も有名です。
略語DNAはデオキシリボ核酸またはデオキシリボ核酸を意味します。

二重らせん

1953年、「核酸DNA」の構造を説明するために、生物学者のジェームズワトソンとフランシスクリックは、いわゆる「二重らせん」のモデルを提案しました。これは後に正しいことが判明しました。
「二重らせん」モデルによると、DNAは大きな分子であり、逆平行ヌクレオチドの2つの長い鎖の結合から生じ、互いにコイル状になっています。
「逆平行」という用語は、2つのフィラメントの向きが反対であることを示します。つまり、一方のフィラメントのヘッドとテールが、もう一方のフィラメントのテールとヘッドとそれぞれ相互作用します。

「二重らせん」モデルの別の重要な点によれば、DNA核酸のヌクレオチドは、窒素塩基が各らせんの中心軸に向けられ、ペントースとリン酸基が足場を形成するような配置を持っています。後者。

DNAのペントースは何ですか？

DNA核酸のヌクレオチドを構成するペントースはデオキシリボースです。
この5炭素糖は、炭素2に酸素がないことにその名前が付けられています。結局のところ、デオキシリボースは「酸素がない」ことを意味します。

図：デオキシリボース。

デオキシリボースが存在するため、DNA核酸のヌクレオチドはデオキシリボヌクレオチドと呼ばれます。

ヌクレオチドと窒素ベースの種類

DNA核酸には4種類のデオキシリボヌクレオチドがあります。
4つの異なるタイプのデオキシリボヌクレオチドを区別するのは、ペントースリン酸基の形成に関連する窒素塩基のみです（窒素塩基とは異なり、変化することはありません）。
したがって、明らかな理由から、DNAの窒素塩基は4であり、具体的には、アデニン（A）、グアニン（G）、シトシン（C）、およびチミン（T）です。
アデニンとグアニンは、プリン、二重環芳香族複素環式化合物のクラスに属します。
一方、シトシンとチミンは、単環芳香族複素環式化合物であるピリミジンのカテゴリーに分類されます。
「ダブルヘリックス」モデルを使用して、ワトソンとクリックは、DNA内の窒素塩基の構成についても説明しました。

フィラメントの各窒素塩基は、水素結合によって、逆平行フィラメント上に存在する窒素塩基を結合し、塩基のペア、ペアを効果的に形成します。
2つのフィラメントの窒素塩基間のペアリングは非常に特異的です。実際、アデニンはチミンにのみ結合し、シトシンはグアニンにのみ結合します。
この重要な発見により、分子生物学者と遺伝学者は、「窒素塩基間の相補性」と「窒素塩基間の相補的ペアリング」という用語を作り出し、アデニンとチミン、およびシトシンとグアニンの結合の独自性を示しました。。

それは生きている細胞のどこにありますか？

真核生物（動物、植物、真菌、原生生物）では、DNA核酸はこの細胞構造を持つすべての細胞の核内に存在します。

しかし、原核生物（細菌や古細菌）では、原核細胞には核がないため、DNA核酸は細胞質に存在します。

RNA

自然界に存在する2つの核酸の間で、RNAはDNAヌクレオチドをタンパク質を構成するアミノ酸に変換する生体高分子を表します（タンパク質合成プロセス）。
実際、核酸RNAは、核酸DNAで報告されている遺伝子情報の辞書に匹敵します。
頭字語RNAはリボ核酸を意味します。

それをDNAと区別する違い

核酸RNAには、DNAと比較していくつかの違いがあります。

RNAはDNAよりも小さな生体分子であり、通常はヌクレオチドの一本鎖で構成されています。
リボ核酸のヌクレオチドを構成するペントースはリボースであり、デオキシリボースとは異なり、リボースは炭素2上に酸素原子を持っています。
生物学者や化学者がRNAにリボ核酸の名前を割り当てたのはリボース糖の存在によるものです。
RNAヌクレオチドはリボヌクレオチドとしても知られています。
核酸RNAは4つの窒素塩基のうち3つだけをDNAと共有します。実際、チミンの代わりに窒素塩基のウラシルを持っています。
RNAは、核から細胞質まで、細胞のさまざまな区画に存在する可能性があります。

RNAの種類

図：リボース。

生細胞内では、核酸RNAは4つの主要な形態で存在します：トランスポートRNA（または RNA転送 またはtRNA）、メッセンジャーRNA（または RNAメッセンジャー またはmRNA）、リボソームRNA（または リボソームRNA またはrRNA）および核内低分子RNA（o 核内低分子RNA またはsnRNA）。
それらは異なる特定の役割を果たしますが、前述の4つの形態のRNAは、DNAに存在するヌクレオチド配列から始まるタンパク質の合成という共通の目標のために協力します。