生物学I
ヌクレオチドの重要な構成要素である窒素塩基は、有機分子であり、炭素と窒素を含むことからその名が付けられました。 窒素塩基が塩基であるのは、アミノ基が余分な水素を結合する可能性があるため、周囲の水素イオン濃度を低下させて塩基性にするためです。 DNAのヌクレオチドには、アデニン（A）、グアニン（G）、シトシン（C）、チミン（T）の4種類の窒素塩基が存在する。
アデニンとグアニンはプリン体に分類されます。
アデニンとグアニンはプリン体に分類されます。プリン体の主要構造は2つの炭素-窒素環です。 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つの基本構造を持っています（図1）。 これらの基本的な炭素-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が含まれ、RNAにはA、U、G、Cが含まれます。
DNAの五炭糖はデオキシリボースで、RNAの五炭糖はリボースです（図1）。 両糖の違いは、リボースの2番目の炭素に水酸基があり、デオキシリボースの2番目の炭素に水素があることである。 糖分子の炭素原子には、1′、2′、3′、4′、5′と番号が付けられている（1′は「一素」と読む）。 リン酸残基は、1つの糖の5′の炭素の水酸基と、次のヌクレオチドの糖の3′の炭素の水酸基とが結合して、5′-3′ホスホジエステル結合を形成する。 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で形成されるのではなく、2つのリン酸基が除去されて形成される。
DNA 二重螺旋構造
図2. DNAは逆平行の二重らせんである。 リン酸骨格（曲線）が外側にあり、塩基が内側にあります。 それぞれの塩基は、反対側の鎖の塩基と相互作用する。 (credit: Jerome Walker/Dennis Myts)
DNAは二重らせん構造をしています（図2）。 螺旋の外側に糖とリン酸があり、DNAの骨格を形成しています。 窒素を含む塩基は、階段のステップのように内側にペアで積み重なっており、ペア同士は水素結合で結ばれている。
二重らせんの2本の鎖は逆向きになっており、一方の鎖の炭素5′の端と、もう一方の鎖の炭素3′の端が向き合っている。
ある種の塩基対のみが許される。 例えば、あるプリンはあるピリミジンとしかペアになりません。 つまり、図3に示すように、AはTと、GはCとペアになることができます。 これを「塩基相補性ルール」といいます。 つまり、DNAの鎖はお互いに相補的であるということです。 一方の鎖の塩基配列がAATTGGCCであれば、相方の鎖はTTAACCGGという塩基配列になります。
Practice
図3. 二本鎖DNA分子では、一方の鎖が5′から3′に、もう一方の鎖が3′から5′に走るように、2本の鎖が互いに逆平行に走っています。 外側にはリン酸骨格があり、真ん中には塩基がある。 アデニンはチミンと、グアニンはシトシンと、それぞれ水素結合（塩基対）を形成しています。
突然変異が起こり、シトシンがアデニンに置き換わりました。
RNA
リボ核酸（RNA）は、DNAの指示のもと、主にタンパク質の合成過程に関わっています。 RNAは通常一本鎖で、リボヌクレオチドがホスホジエステル結合で結ばれてできている。
RNAには、大きく分けて、メッセンジャーRNA（mRNA）、リボソームRNA（rRNA）、トランスファーRNA（tRNA）、マイクロRNA（miRNA）の4種類があります。 1つ目のmRNAは、細胞内のすべての活動を制御するDNAからのメッセージを運びます。 細胞が特定のタンパク質の合成を必要とする場合、この製品の遺伝子が「オン」になり、核内でメッセンジャーRNAが合成される。 RNAの塩基配列は、コピーされたDNAのコード配列と相補的である。 ただし、RNAにはTという塩基がなく、代わりにUが存在する。 例えば、DNAの塩基配列がAATTGCGCであれば、相補的なRNAの塩基配列はUUAACGCGとなる。
mRNAは、コドンと呼ばれる3つの塩基のセットで読まれています。 各コドンは1つのアミノ酸をコードしています。 このようにしてmRNAが読み取られ、タンパク質が作られます。 リボソームRNA（rRNA）は、mRNAが結合するリボソームの主要な構成要素である。 rRNAは、mRNAとリボソームの適切な配列を確保する。リボソームのrRNAは、酵素活性（ペプチジルトランスフェラーゼ）も持ち、配列した2つのアミノ酸間のペプチド結合の形成を触媒する。 トランスファーRNA（tRNA）は、4種類のRNAの中でも最も小さいものの一つで、通常70～90ヌクレオチドの長さを持つ。 正しいアミノ酸をタンパク質の合成部位に運ぶ。 マイクロRNAは最も小さなRNA分子であり、その役割は、特定のmRNAメッセージの発現を妨害することによって遺伝子発現を制御することである
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