DNA と RNA は核酸であり、基本的にリン酸基を介して結合したペントース糖を含む窒素塩基で構成されています。核酸のビルディングブロックはヌクレオチドと呼ばれます。核酸は、生物の発生、機能、および生殖に必要な情報を保存することにより、細胞の遺伝物質として機能します。ほとんどの生物は DNA を遺伝物質として使用しますが、レトロウイルスのように RNA を遺伝物質として使用する生物はほとんどありません。 DNA は、それぞれが共有するリン酸糖と塩基の違いにより、RNA と比較して安定しています。 1 つ、2 つ、または 3 つのリン酸基がペントース糖に結合し、それぞれ一リン酸、二リン酸、三リン酸を生成します。 DNA が使用するペントース糖はデオキシリボースであり、RNA が使用するペントース糖はリボースです。 DNA に見られる窒素塩基は、アデニン、グアニン、シトシン、およびチミンです。 RNA では、チミンはウラシルに置き換えられます。
この記事では、
1.リン酸とは
2. 糖とは
3. 塩基とは
4. リン酸糖と DNA および RNA の塩基の比較
– 類似点
-違い 
リン酸塩とは
DNA と RNA はヌクレオチドの繰り返し単位で構成されています。それぞれデオキシリボヌクレオチドとリボヌクレオチドです。ヌクレオチドは、窒素含有塩基と 1 つ、2 つ、または 3 つのリン酸基に結合したペントース糖で構成されています。 DNA および RNA ヌクレオチドはどちらも、ペントース糖の 5' 炭素にある 1 つ、2 つ、または 3 つのリン酸基に結合できます。リン酸結合ヌクレオシドは、それぞれ一リン酸、二リン酸、三リン酸と呼ばれます。リン酸化反応は、ATP:D-リボース 5-ホスホトランスフェラーゼと呼ばれる酵素のクラスによって触媒されます。デオキシリボヌクレオシドはデオキシリボキナーゼと呼ばれる酵素によってリン酸化され、RNA ヌクレオシドはリボキナーゼと呼ばれる酵素によってリン酸化されます。糖-リン酸骨格の生成中のホスホジエステル結合の形成は、ヌクレオチド三リン酸の高エネルギーリン酸結合を切断することによって活性化されます。各ヌクレオチド、ヌクレオシド一リン酸、ヌクレオシド二リン酸、およびヌクレオシド三リン酸の形成は、 図 1 に示されています。 .
図 1:3 つのヌクレオチド タイプ
砂糖とは
DNA と RNA の両方にペントース糖が含まれています。デオキシリボヌクレオチドにはデオキシリボースが含まれ、リボヌクレオチドにはペントース糖としてリボースが含まれます。リボースは、その構造に 5 員環を含むペントース単糖です。開鎖型のアルデヒド官能基を含んでいます。したがって、リボースはアルドペントースと呼ばれます。リボースには、D-リボースと L-リボースの 2 つの鏡像異性体が含まれています。天然に存在するコンフォメーションは D-リボースで、L-リボースは自然界には見られません。 D-リボースは D-アラビノースのエピマーであり、2'.carbon での立体化学が異なります。この 2' ヒドロキシル基は、RNA スプライシングにおいて重要です。
DNA に含まれるペントース糖はデオキシリボースです。デオキシリボースは、糖であるリボースの修飾型です。これは、リボヌクレオチドレダクターゼという酵素の作用によって、リボース 5-リン酸から形成されます。リボース環の 2 番目の炭素原子からデオキシリボースを形成する際に、酸素原子が失われます。したがって、デオキシリボースは、より正確には 2-デオキシリオースと呼ばれます。 2-デオキシリボースには、D-2-デオキシリボースと L-2-デオキシリボースの 2 つの鏡像異性体が含まれています。 D-2-デオキシリボースのみが DNA 骨格の形成に関与しています。デオキシリボースには 2' ヒドロキシル基がないため、DNA は二重らせん構造に折り畳まれ、分子の機械的柔軟性が向上します。 DNA は、小さな核に詰め込むためにしっかりとコイル状にすることもできます。リボースとデオキシリボースの違いは、リボースに存在する 2' ヒドロキシル基にあります。リボースと比較した場合のデオキシリボースは、図 2 に示されています。
図 2:デオキシリボース
ベースとは
DNA と RNA の両方がペントース糖の 1' 炭素の窒素塩基に結合し、デオキシリボースのヒドロキシル基を置き換えます。 DNA と RNA の両方に 5 種類の窒素塩基が見られます。それらは、アデニン (A)、グアニン (G)、シトシン (C)、チミン (T)、およびウラシル (U) です。アデニンとグアニンはプリンであり、イミダゾール環と融合した2環構造のピリミジン環に含まれています。シトシン、チミン、およびウラシルはピリミジンであり、単一の 6 員ピリミジン環構造を含みます。 DNA には、ヌクレオチドにアデニン、グアニン、シトシン、およびチミンが含まれています。 RNA には、チミンの代わりにウラシルが含まれています。アデニンはチミンと 2 つの水素結合を形成し、グアニンはシトシンと 3 つの水素結合を形成します。 DNA における相補的な塩基対形成は、ワトソン-クリック DNA 塩基対形成モデルと呼ばれます。 . 2 つの相補的な DNA 鎖を結合し、水素結合を形成します。したがって、DNAの最終構造は二本鎖で逆平行です。 RNA では、ウラシルはアデニンと 2 つの水素結合を形成し、チミンを置き換えます。同じ分子内の RNA の相補的な塩基対は、ヘアピン ループと呼ばれる二本鎖 RNA 構造を形成します。 .二本鎖 DNA は 図 3 に示されています .
図 3:DNA
チミンとウラシルの違いは、チミンの 5' 炭素原子に存在するメチル基にあります。ウラシルは、アデニンに加えて他の塩基との塩基対合が可能であり、シトシンの脱アミノ化によりウラシルを生成できます。したがって、チミンの代わりにウラシルが存在するため、RNA は DNA と比較して安定性が低くなります。ウラシルとチミンは 図 4 に示されています。
図 4:ウラシルとチミン
DNA と RNA のリン酸糖と塩基の比較
リン酸糖と DNA および RNA の塩基との類似点
リン酸塩
- DNA と RNA の両方に、ペントース糖の 5' 炭素に結合した 1 つ、2 つ、または 3 つのリン酸基が含まれています。
ペントース糖
- DNA と RNA はどちらも、ヌクレオチドにペントース単糖を含み、窒素塩基と 1 つ、2 つ、または 3 つのリン酸基に結合しています。
窒素塩基
-
DNA と RNA はどちらも、アデニン、グアニン、シトシンの 3 種類の窒素塩基を共有しています。
リン酸糖と DNA および RNA の塩基の違い
ペントース シュガー
DNA: DNA に含まれるペントース糖はデオキシリボースです。
RNA: RNA に含まれるペントース糖はリボースです。
糖のコンフォメーション
DNA: D-2-デオキシリボースは、DNA の糖リン酸骨格に含まれています。
RNA: D-リボースは、RNA の糖-リン酸骨格に含まれています。
DNA/RNA におけるペントース糖の重要性
DNA: 2-デオキシリボースは、DNA 二重らせんの形成を可能にします。
RNA: リボースは、2' ヒドロキシル基の存在により、RNA 二重らせんの形成を許可しません。
チミン/ウラシル
DNA: チミンは DNA に含まれています。
RNA: ウラシルは RNA に含まれています。
チミン/ウラシルの重要性
DNA: チミンの存在により、DNA は RNA よりも安定しています。
RNA: チミンの代わりにウラシルが存在するため、RNA は安定性が低くなります。
リン酸化
DNA: デオキシリボヌクレオシドは、デオキシリボキナーゼによってリン酸化されます。
RNA: リボヌクレオシドはリボキナーゼによってリン酸化されます。
リン酸化による生産
DNA: デオキシリボヌクレオシドのリン酸化により、デオキシリボヌクレオチドが生成されます。
RNA: リボヌクレオシドのリン酸化により、リボヌクレオチドが生成されます。
結論
DNA と RNA はどちらも、1' 炭素の窒素塩基と 5' 炭素の 1 つまたは複数のリン酸基に結合したペントース糖で構成されています。両方の核酸タイプの糖-リン酸骨格は、リン酸基を介したヌクレオチドの重合によって形成されます。 DNA の糖リン酸骨格に見られるペントース糖は、D-2-デオキシリボースです。 D-リボースは RNA に含まれています。 DNA に見られる窒素塩基は、アデニン、グアニン、シトシン、およびチミンです。 RNA では、ウラシルが見つかり、チミンが置き換えられます。 1 つ、2 つ、または 3 つのリン酸基がペントース糖に結合していることがわかります。 1 つのリン酸基がヌクレオシドに結合している場合、それはヌクレオチド一リン酸と呼ばれます。 2 つのリン酸基がヌクレオシドに結合している場合、それはヌクレオチド二リン酸と呼ばれます。 3 つのリン酸基がヌクレオシドに結合すると、ヌクレオチド三リン酸と呼ばれます。
参照:
1.「クラスノート」。基本:DNA、RNA、タンパク質。 N.p.、n.d.ウェブ。 2017.4.28.
2.「核酸の構造」。スパークノート。 SparkNotes, n.d.ウェブ。 2017.4.28.
3.「なぜウラシルではなくチミンなのか?」地球人の自然。 N.p.、2016 年 6 月 17 日。ウェブ。 2017 年 4 月 28 日。
