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核酸かくさん

出典しゅってん: フリー百科ひゃっか事典じてん『ウィキペディア(Wikipedia)』
フラノース分子ぶんし位置いち関係かんけい
ヌクレオチドを接続せつぞくするホスホジエステル結合けつごう
RNAとDNA、それぞれの核酸かくさん塩基えんき

核酸かくさん(かくさん、えい: nucleic acid)は、リボ核酸かくさん (RNA)とデオキシリボ核酸かくさん (DNA)の総称そうしょうで、塩基えんきとうリンさんからなるヌクレオチドホスホジエステル結合けつごうつらなった生体せいたい高分子こうぶんしである。とう部分ぶぶんリボースであるものがRNA、リボースの2'くらい水酸基すいさんき水素すいそもと置換ちかんされた2-デオキシリボースであるものがDNAである。RNAは2'くらい水酸基すいさんきであるため、加水かすい分解ぶんかいけることにより、DNAよりも反応はんのうせいたかく、ねつ力学りきがくてき不安定ふあんていである。とうの 1'くらいには塩基えんき核酸かくさん塩基えんき)が結合けつごうしている。さらにとうの 3'となりとうの 5'くらいリンさんエステル構造こうぞう結合けつごうしており、その結合けつごうかえされてながくさりじょうになる。転写てんしゃ翻訳ほんやくは 5'くらいから 3'への方向ほうこうすすむ。

なお、とうくさりりょうはしのうち、5'にリンさん結合けつごうしてれているがわのほうを 5'末端まったん反対はんたいがわを 3'末端まったんんで区別くべつする。また、とな核酸かくさんじょう領域りょういきの、5'がわ上流じょうりゅう、3'がわ下流かりゅうという。

構造こうぞう

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いち構造こうぞう

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核酸かくさんいち構造こうぞうとは、(デオキシ)ヌクレオシド成分せいぶんがホスホジエステル結合けつごうによって、連続れんぞくてき連結れんけつされ、枝分えだわかれのない、ポリヌクレオチド(ヌクレオチドのじゅう合体がったい核酸かくさん区別くべつして、20程度ていどみじかいものをすことがある)くさり形成けいせいさせるような(デオキシ)ヌクレオシド配列はいれつである。

構造こうぞう

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核酸かくさん構造こうぞうとは、一本いっぽんくさりおもにホモポリヌクレオチド(塩基えんき成分せいぶん同一どういつのヌクレオチド重合じゅうごうたい)の場合ばあいには、塩基えんきあいだ相互そうご作用さようによって規定きていされるヌクレオシド成分せいぶん空間くうかんてき配置はいちをさす。2ほん相補そうほくさり場合ばあいには、同一どういつくさり隣接りんせつ塩基えんきあいだ相互そうご作用さようと、たがいに平行へいこうしているくさり対向たいこう塩基えんきあいだ水素すいそ結合けつごうにより安定あんていされた規則きそくてきじゅう螺旋らせん(DNAには三重みえよんじゅう螺旋らせん存在そんざいする)を意味いみする。

さん構造こうぞう

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核酸かくさんさん構造こうぞうは、固定こていされたじゅう螺旋らせんとそれ以外いがいのタイプの配列はいれつ形成けいせいされる。

よん構造こうぞう

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核酸かくさんよん構造こうぞうは、リボソームヌクレオソームのようなかく蛋白質たんぱくしつ相互そうご作用さようしている高分子こうぶんし空間くうかんてき配置はいち意味いみする。とくに、ポリヌクレオチドとポリペプチド相互そうご依存いぞんによる高分子こうぶんし構造こうぞうす。

核酸かくさん塩基えんき

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核酸かくさん塩基えんき (nucleobase) は核酸かくさん (DNA, RNA) を構成こうせいする塩基えんき成分せいぶんで、おもなものにアデニングアニンシトシンチミンウラシルがあり、それぞれ A, G, C, T, U とりゃくす。構造こうぞう骨格こっかくからプリン塩基えんき (A, G) とピリミジン塩基えんき (C, T, U) とにけられる。

塩基えんき 略号りゃくごう 分類ぶんるい 構造こうぞうしき DNA
or
RNA
ヌクレオシド リボヌクレオチド デオキシリボヌクレオチド
アデニン A プリン塩基えんき DNA
and
RNA
アデノシン アデノシンいちリンさん (AMP)
アデノシンリンさん (ADP)
アデノシンさんリンさん (ATP)
デオキシアデノシンいちリンさん (dAMP)
デオキシアデノシンリンさん (dADP)
デオキシアデノシンさんリンさん (dATP)
グアニン G グアノシン グアノシンいちリンさん (GMP)
グアノシンリンさん (GDP)
グアノシンさんリンさん (GTP)
デオキシグアノシンいちリンさん (dGMP)
デオキシグアノシンリンさん (dGDP)
デオキシグアノシンさんリンさん (dGTP)
チミン T ピリミジン塩基えんき DNA チミジン
または
5-メチルウリジン
5-メチルウリジンいちリンさん (TMP)
5-メチルウリジンリンさん (TDP)
5-メチルウリジンさんリンさん (TTP)
チミジンいちリンさん (dTMP)
チミジンリンさん (dTDP)
チミジンさんリンさん (dTTP)
シトシン C DNA
and
RNA
シチジン シチジンいちリンさん (CMP)
シチジンリンさん (CDP)
シチジンさんリンさん (CTP)
デオキシシチジンいちリンさん (dCMP)
デオキシシチジンリンさん (dCDP)
デオキシシチジンさんリンさん (dCTP)
ウラシル U RNA ウリジン ウリジンいちリンさん (UMP)
ウリジンリンさん (UDP)
ウリジンさんリンさん (UTP)
デオキシウリジンいちリンさん (dUMP)
デオキシウリジンリンさん (dUDP)
デオキシウリジンさんリンさん (dUTP)

核酸かくさんヌクレオチド構成こうせい単位たんい(のかえすう)として、たとえば、10塩基えんき(1ほんくさり場合ばあい)または10塩基えんきたい(2じゅうくさり場合ばあい)などと便宜べんぎてきもちいる。

塩基えんきたいにおける水素すいそ結合けつごう

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核酸かくさん塩基えんき略号りゃくごうひょう
略号りゃくごう 塩基えんき略称りゃくしょう由来ゆらい
A アデニン (Adenine)
T チミン (Thymine)
G グアニン (Guanine)
C シトシン (Cytosine)
U ウラシル (Uracil)
R プリン (puRine)
Y ピリミジン (pYrimidine)
M A あるいは C (aMino)
K G あるいは T (Keto)
S G あるいは C (G と C の結合けつごうつよい (Strong))
W A あるいは T (A と T の結合けつごうよわい (Weak))
B G あるいは T あるいは C (A のつぎは B)
H A あるいは T あるいは C (G のつぎは H)
V A あるいは G あるいは C (TU のつぎは V)
D A あるいは G あるいは T (C のつぎは D)
N AGTCのどれか (aNy)

DNAの場合ばあい、アデニン (A) とチミン (T)、グアニン (G) とシトシン (C) は水素すいそ結合けつごう形成けいせいする。ATたいふたつの水素すいそ結合けつごう形成けいせいするのにたいし、GCたいみっつの水素すいそ結合けつごう形成けいせいする。そのため、GC含有がんゆうりょうおおきい領域りょういきでは安定あんていせいたかまる。略号りゃくごうの A + T が Weak の頭文字かしらもじW、G + C が Strong の頭文字かしらもじSとなっているわけである。

一方いっぽう、RNAは、アデニン (A) とウラシル (U)、グアニン (G) とシトシン (C) で塩基えんきたい形成けいせいする。塩基えんきとしてチミンではなくウラシルで構成こうせいされるが、ウラシルもチミン同様どうようピリミジン骨格こっかくであり、アデニンと塩基えんきたい形成けいせいする。ウラシルは、チミンのメチルもと水素すいそもと置換ちかんされた塩基えんきである。

比較的ひかくてき広範囲こうはんい使つかわれている略号りゃくごうしめした。分野ぶんやによってはこれとことなった略号りゃくごうもちいることもある(修飾しゅうしょく塩基えんきなど)。また、塩基えんきとヌクレオシドを区別くべつしたい場合ばあいさん文字もじ略号りゃくごう使つか場合ばあいもある。

化学かがくてき性質せいしつ

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変性へんせい

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核酸かくさん蛋白質たんぱくしつなどのきょ大分おおいたこる現象げんしょうひとつで、一般いっぱんてき以上いじょう構造こうぞう関係かんけいしている共有きょうゆう結合けつごう交互こうご作用さよう破壊はかいし、核酸かくさん場合ばあいではほんくさりから一本いっぽんくさり変換へんかん意味いみし、[ちゅう 1]慣用かんようてき融解ゆうかいといわれる。変性へんせい化学かがくてき外因がいいん紫外線しがいせんねつ加圧かあつ、攪拌、さん塩基えんき溶媒ようばいのイオンなどである。これらのような刺激しげきあたつづければ、核酸かくさん螺旋らせん構造こうぞう(以下いかたん螺旋らせん構造こうぞうといえばじゅう螺旋らせん構造こうぞうし、螺旋らせん分子ぶんしといえばその構造こうぞうった核酸かくさん分子ぶんし意味いみする)はけてゆき、最終さいしゅうてきには平行へいこうしていたくさり完全かんぜん解離かいりし、一本いっぽんくさりとなるだろう。この遷移せんい所要しょよう時間じかんをその螺旋らせん構造こうぞう安定あんていせいといえる。くさり解離かいり対向たいこう塩基えんきあいだ水素すいそ結合けつごう切断せつだんによって進行しんこうするが、G/C塩基えんきたいの3ほん結合けつごうより、A/T塩基えんきたいの2ほん塩基えんきたい破壊はかい容易よういであることはあきらかである。スタッキング相互そうご作用さよう安定あんていせいかかわるが、それはこう詳述しょうじゅつする。

また、溶液ようえきイオン強度きょうどにも影響えいきょうける。螺旋らせん分子ぶんししゅくさりには電荷でんかリンさんもとがあり、2ほんくさりじょうのこれらの電荷でんかたがいにちかくにあるので、遮蔽しゃへいされていなければくさり同士どうし反発はんぱつさせようとし、分離ぶんりうながす。イオン濃度のうどたかいと、イオンによって電荷でんか遮断しゃだんし、螺旋らせん安定あんていされる。

G/C含量がえるたびに、また溶液ようえきのイオン強度きょうどつよくなるたびに、変性へんせいにかかる時間じかん増加ぞうかする。溶液ようえきのイオン濃度のうど(温度おんど、pHなども)を一定いっていたもてばこの時間じかん塩基えんき組成そせい依存いぞんするので、測定そくていにより、その螺旋らせん構造こうぞう安定あんていせい定量ていりょうすることができる。安定あんていせい指標しひょうとしておもに、温度おんど、pH、塩基えんき組成そせいからの計算けいさんなどがあり、それぞれ、TmpHmあらわす。以下いかにそれぞれの詳細しょうさい記述きじゅつする。

融解ゆうかい温度おんどという。螺旋らせん分子ぶんし溶液ようえき徐々じょじょ加熱かねつすると、そのポリヌクレオチドに特異とくいてき一定いってい温度おんど範囲はんいないで、その溶液ようえき性質せいしつ急変きゅうへんする。温度おんど増加ぞうかともな種種しゅじゅ性質せいしつ変化へんか螺旋らせん構造こうぞう崩壊ほうかい進行しんこう比例ひれいする。加熱かねつまえ螺旋らせん分子ぶんし温度おんどと、変性へんせい完了かんりょう瞬間しゅんかん温度おんどの、中間ちゅうかん温度おんど融解ゆうかい温度おんどなのである。ねつ変性へんせいには旋光ねばたび減少げんしょう沈降ちんこう定数ていすう増大ぞうだいなどをともなうが、この遷移せんい経過けいか検出けんしゅつもっとひろもちいられる変化へんか吸光増加ぞうかである。そこで、吸光観測かんそく実験じっけんれいげ、Tm具体ぐたいてき説明せつめいをする。

種種しゅじゅ螺旋らせん分子ぶんし溶液ようえき加熱かねつしたときの吸光変化へんか観察かんさつすると、あきらかにせま温度おんど範囲はんいで吸光増加ぞうかこり、ある温度おんどからふたたび吸光一定いっていになる、という特徴とくちょうられる。上昇じょうしょうまった吸光構造こうぞう完全かんぜん崩壊ほうかい意味いみするので、遷移せんい途中とちゅうでの螺旋らせん部分ぶぶん割合わりあい(θしーた)と、螺旋らせん部分ぶぶん割合わりあい(1-θしーた)はつぎしきもとめられる。

ここでD, Dt, D0は、完全かんぜん変性へんせいした分子ぶんしの吸光、ある中間ちゅうかん温度おんどでのポリヌクレオチド溶液ようえきの吸光低温ていおんでのポリヌクレオチドの吸光である。 うえで「変性へんせい完了かんりょう瞬間しゅんかん温度おんどの、中間ちゅうかん温度おんど融解ゆうかい温度おんど」とべたが、このしきから表現ひょうげんすると、融解ゆうかい温度おんどとは「螺旋らせん部分ぶぶん割合わりあい螺旋らせん部分ぶぶん割合わりあいひとしくなる(θしーた = 1 - θしーた = 0.5)温度おんど」である。

Tmは、一定いってい外部がいぶ条件じょうけんでは一定いっていであり、ためにその構造こうぞうのみで規定きていされる螺旋らせん分子ぶんし安定あんていせい指標しひょうすることができる。

pHmは、上昇じょうしょうまえのpHと、変性へんせい完了かんりょう瞬間しゅんかんのpHの、中間ちゅうかんのpHのである。定義ていぎについてはうえTmで、温度おんどをpH、TmをpHm代入だいにゅうしたものと同様どうようであるので、pHm についてとく解説かいせつすることはない。以下いかに、両者りょうしゃ変性へんせい過程かてい共通きょうつうしてかかわることをべる。

螺旋らせん分子ぶんし変性へんせい遷移せんい過程かてい特徴とくちょうとして、native状態じょうたいから変性へんせい状態じょうたい遷移せんいするときの遷移せんい間隔かんかくはば(⊿Tm、⊿pHm)があげられる。螺旋らせん分子ぶんし変性へんせい過程かていを、うえしめした吸光観測かんそく実験じっけんのように解析かいせきした結果けっかにおいて、1-θしーた曲線きょくせんたいするてんでの接点せってんが、直線ちょくせん1-θしーた=1(ぜん変性へんせい)、および1-θしーた=0(変性へんせい)と交差こうさする温度おんどからもとめられる。これは遷移せんい協力きょうりょくせい[ちゅう 2]、すなわち温度おんど(pH)の上昇じょうしょうともな螺旋らせん構造こうぞう要素ようそのすべてが崩壊ほうかいする同時どうじせい度合どあいを反映はんえいする。螺旋らせん構造こうぞうがある温度おんど同時どうじ消失しょうしつするとき、⊿Tm(⊿pHm) = 0となる。DNAはけっしてそのような融解ゆうかいはしない。

いままでじゅう螺旋らせんのことばかりあつかってきたが、核酸かくさんにはいちじゅうや、三重みえよんじゅう螺旋らせん存在そんざいし、また部分ぶぶんてきじゅう螺旋らせんさん構造こうぞう存在そんざいする。それらとくらべ、単一たんいつ種類しゅるい螺旋らせん分子ぶんし変性へんせい温度おんどおよびpHはきわめてひくく、また⊿Tm特徴とくちょうてきひくい(3〜7℃)ので、構造こうぞうとほとんど区別くべつできる。

- Δでるた G37°

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構造こうぞう安定あんていエネルギーという。うえしめしたとおり、螺旋らせん構造こうぞう安定あんていせいはG/C含量に依存いぞんすることをべたが、じつはそれだけでなく、スタッキング相互そうご作用さよう関与かんよしている。水素すいそ結合けつごう螺旋らせんじく垂直すいちょくに、スタッキング相互そうご作用さようはほぼ平行へいこう形成けいせいされるため、両者りょうしゃの、安定あんていせいへの寄与きよけてかんがえることが可能かのうである。は37における構造こうぞう形成けいせい自由じゆうエネルギー意味いみし、水素すいそ結合けつごうとスタッキング相互そうご作用さよう両者りょうしゃ寄与きよから予想よそうされた、安定あんていせい指標しひょうひとつである。

この指標しひょうはI. Tinocoら[ちゅう 3]が1971ねんさい塩基えんきたいモデルとして提案ていあんされ、このモデルは「核酸かくさん塩基えんきたい形成けいせいかんしてもっと影響えいきょうあたえるのはすで生成せいせいしているとなり塩基えんきたいである」というかんがえを基本きほんにしている。なぜなら、水素すいそ結合けつごう強度きょうどは1塩基えんきたいにおけるふたつの塩基えんきわせに決定けっていされ、スタッキング相互そうご作用さよう距離きょりの6じょう反比例はんぴれいするので、ある塩基えんきたい隣接りんせつ塩基えんきたいのさらにとなり塩基えんきたいとのあいだはたらちから無視むしできるとかんがえられるためである。すなわち、螺旋らせん構造こうぞう安定あんていせいは、隣接りんせつする塩基えんきたいわせによってもとめられるとかんがえられた。

螺旋らせん構造こうぞうにおいて可能かのうさい近接きんせつ塩基えんきたいくみは、DNA/DNAおよびRNA/RNAで10種類しゅるい、DNA/RNAで16種類しゅるいである。[2]

    1.  DNA/DNAじゅう螺旋らせん
 DNA          
            
            
 DNA          
 DNA          
        
        
 DNA          
    1.  RNA/RNAじゅう螺旋らせん
 RNA          
             
            
 RNA          
 RNA           
        
        
 RNA          
    1.  RNA/DNAじゅう螺旋らせん
 RNA          
          
           
 DNA          
 RNA          
          
           
 DNA         

もし螺旋らせん構造こうぞう安定あんていせいがこのモデルにしたがえば、ことなる塩基えんき配列はいれつ螺旋らせん分子ぶんし同士どうしでも、おなさい近接きんせつ塩基えんきたい組成そせいつのなら安定あんていせいひとしい。さい近接きんせつ塩基えんきたいモデルから、うえしめしたさい近接きんせつ塩基えんきたいくみ構造こうぞう安定あんていエネルギーの実験じっけんてき測定そくてい網羅もうらから、構造こうぞう安定あんていせい解読かいどくされている。

存在そんざい

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ほぼすべての生物せいぶつふくまれているとかんがえられる。重量じゅうりょうでは、酵母こうぼ(Baker's yeast/Saccharomyces cerevisiae)、海苔のり(Purple laver)、白子しらこ(さけ)、牡蠣かき大豆だいず肝臓かんぞう(ぶた)などでの検出けんしゅつたかい。[3]

注釈ちゅうしゃく

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  1. ^ 蛋白質たんぱくしつ変性へんせいについては変性へんせい#変性へんせい生体せいたい高分子こうぶんし参照さんしょう
  2. ^ КООПБРАТИВНОСТЬ暫定ざんていてき和訳わやく英語えいごではcooperativeness
  3. ^ I. Tinoco, Jr., O. C. Uhlenbeck, M. D. Levine

出典しゅってん

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  1. ^ N. K. カチェトコフ/E. I. ブドフスキー へん橋爪はしづめたけし 監訳かんやく核酸かくさん有機ゆうき化学かがく じょう」 1974ねん 講談社こうだんしゃ出版しゅっぱん
  2. ^ したのアイディアは杉本すぎもと直己なおき遺伝子いでんし化学かがく」2002ねん p36 にかれている3.9から流用りゅうよう
  3. ^ “Nucleic Acid Contents of Japanese Foods”. NIPPON SHOKUHIN KOGYO GAKKAISHI 36 (11): Table 2. (1989). doi:10.3136/nskkk1962.36.11_934. 

関連かんれん項目こうもく

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外部がいぶリンク

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