核酸は、生命のすべての既知の形態に不可欠な小さな生物学的分子です。さまざまな種類の核酸が集合的に連携して、遺伝情報を作成、エンコード、保存し、その情報に基づいてタンパク質を作成します。体内の核酸複合体は建設チームのようなもので、一部のメンバーが指示を出し、他のメンバーが材料を組み立てます.
核酸には、天然に存在する 2 つの種類があります:DNA とRNA .すべての生きている細胞には、DNA と RNA の両方が含まれています。それぞれの種類の核酸は、遺伝子発現において特定の役割を果たします。 DNA の分子は、タンパク質を構築するための情報をエンコードします。それらは、建設のアナロジーにおける建物の設計図のようなものです。 RNA 分子は、DNA からこの情報を抽出し、タンパク質を物理的に組み立てる機能を果たします。 RNA は、設計図の指示に基づいて建物を組み立てる作業員のようなものです。
タンパク質、mRNA、tRNA、rRNA、および snRNA の組み立てにおいて異なる役割を果たす 4 つの異なる種類の RNA があります。つまり、核酸には主に 5 つの種類があります。 5 種類の核酸とその機能は次のとおりです。
- DNA – タンパク質を構築するための遺伝情報が含まれています
- mRNA – DNA から情報を「コピー」
- rRNA – mRNA を「読み取る」リボソーム サブユニットの大部分を形成します
- tRNA – 結合してタンパク質を構成するアミノ酸を運ぶ
- snRNA – 翻訳前に mRNA を編集
核酸の構造
すべての核酸は、共通のコア化学構造を共有しています。すべての核酸は、ヌクレオチドの線状ポリマーです。個々のヌクレオチドは、窒素含有塩基、5-炭素糖、およびリン酸基で構成されています。各ヌクレオチドの化学的同一性は、その窒素塩基によって決定されます。遺伝情報は、特定のヌクレオチド塩基配列の形で核酸に保存されます。
ヌクレオチドは、糖-リン酸骨格を形成する糖基とリン酸基の間の化学結合を介して結合します。リン酸基は、3' 炭素と 5' 炭素を介して糖に結合します。これにより、核酸に 3' 末端から 5' 末端への方向性が与えられます。
DNA と RNA は、ヌクレオチドの糖基の構造が異なります。DNA には 2'-デオキシリボースがあり、RNA にはリボースがあります。
DNA
DNA (デオキシリボ核酸) は、糖基に 2'-デオキシリボースを含む核酸です。 DNA 高分子は、ヌクレオチドのペアによって中心で結合された二重らせん形状に互いにねじれ合うヌクレオチドの 2 本の鎖によって形成されます。DNA の構造はねじれたはしごとして考えることができます。はしごのレールとヌクレオチドのペアが横木を形成します。
DNAの分子には、アデニン（A）、シトシン（C）、グアニン（G）、チミン（T）の4種類のヌクレオチドが含まれています。アデニンとグアニンはプリンに分類されます シトシンとチミンはピリミジンに分類されます。ヌクレオチドは、相補的な塩基対結合を介して結合します。各ヌクレオチドには、結合を形成する相補的なペアがあります。シトシンとグアニンは相補的な塩基対 (C-G) であり、アデニンとチミン (A-T) は相補的です。 DNA の 2 本鎖は、各ヌクレオチドがその相補的な塩基と結合することによって中央で連結します。 DNA の特定の幾何学的構造は、そのヌクレオチド塩基が常に互いに特定の比率になっている理由を説明しています。具体的には、アデニンの量はチミンの量にほぼ等しく、シトシンの量はグアニンにほぼ等しい.
DNA のピリミジンとプリンの比率が 1:1 であるというこの経験的一般化は、シャルガフの法則と呼ばれます。 は、1940 年代後半にこの原理を最初に明確に述べたオーストリア系アメリカ人の生物学者 Erwin Chargaff にちなんで名付けられました。フランシス・クリックとジェームズ・ワトソンが DNA の 3 次元の幾何学的構造を発見したのは 1950 年代になってからで、シャルガフの法則が正しい理由についての適切な説明がありました。
DNA は主に、タンパク質の構築に使用される情報を保存する機能を果たします。この情報は、ヌクレオチド塩基の配列の形でコード化されています。塩基配列 (A、C、G、T) タンパク質の基本的なビルディング ブロックであるアミノ酸の特定配列。簡単に言えば、DNA にはタンパク質を構築する方法に関する「指示」が含まれています。細胞機構はこの情報を DNA から抽出し、指示に従ってタンパク質を構築します。
RNA
核酸の他の主な種類は RNA です。 RNA（リボ核酸）は、その糖群にリボースを含んでいます。通常、RNA は一本鎖でしか存在しませんが、複数の RNA 鎖が分子複合体を形成することがあります。 RNA は、各 RNA 分子が一連のヌクレオチド塩基を含むという点で DNA と化学的に類似しています。 RNA のヌクレオチドのうち 3 つは、DNA、A、C、および G と同じです。ただし、RNA にはチミン (T) は含まれず、代わりにウラシル (U) が含まれます。
RNA の主な機能は、DNA から遺伝情報を抽出し、タンパク質を物理的に組み立てることです。 RNA 分子は、遺伝子発現において 2 つの主要な役割を果たします。彼らは DNA から情報を「コピー」し、その情報を「読み取って」タンパク質を構築します。 RNA は DNA よりも化学的に柔軟であり、これが DNA よりも RNA の機能的な変異体が多い理由を説明しています。 RNA のさまざまなサブタイプは特殊化されており、それぞれがタンパク質の構築において特定の機能を果たします。
mRNA
mRNA (メッセンジャー RNA) は、DNA の情報を読み取り可能な形式に「コピー」する RNA のサブタイプです。 DNA から RNA に情報をコピーするプロセスは転写と呼ばれます。 mRNAは、相補的な塩基対合を介してDNAから転写されます。転写中、RNA ポリメラーゼと呼ばれる特殊な酵素が、転写される DNA の特定の部分に結合します。 RNA ポリメラーゼは鎖を「巻き戻し」、真ん中で分割し、テンプレート鎖とコード鎖を作成します。
2 つの鎖が分割されると、RNA ポリメラーゼがテンプレート鎖に結合し、鎖に沿って 5' 末端から 3' 末端へと「歩き」始めます。それが進むにつれて、RNAポリメラーゼは相補的な塩基対を追加することによってmRNAを「構築」します。 mRNA 転写物には、すべての T 塩基が U 塩基に置き換えられていることを除いて、コード鎖と同じ情報が含まれています。
rRNA
mRNAが転写されたら、それを読み取る必要があります。 mRNAの情報に基づいてタンパク質を構築するプロセスは、翻訳と呼ばれます。リボソームは、翻訳が起こる細胞複合体です。翻訳中、mRNA はリボソームを介して供給され、リボソームが塩基配列を読み取ってタンパク質を作成します。
リボソームは、主にタンパク質と、タンパク質合成に必要な特別な形態の RNA である rRNA (リボソーム RNA) から構成されています。 rRNA は、40S および 60S リボソーム サブユニットの本体を形成します。これらは、mRNA が翻訳されるときに結合する物理的部位です。ヒト DNA には、rRNA をコードする約 300 ～ 400 の遺伝子が含まれています。 rRNA は、これらの特別な遺伝子の転写によって合成され、RNA ポリメラーゼ I と呼ばれる特別な酵素によって誘導されます。
tRNA
ただし、mRNA と rRNA がすべてではありません。 tRNA (トランスファー RNA) 分子は、塩基の mRNA 配列と完成したタンパク質との間のブリッジとして機能する特殊な核酸です。 tRNA は、リボソームによる処理中にタンパク質を実際に組み立てる分子です。
mRNAがリボソームを介して供給されると、その塩基は3つのグループで読み取られます.3つの塩基の各グループはコドンと呼ばれます.各コドンは特定のアミノ酸を指定します。たとえば、コドン「GAC」はアミノ酸グルタミンを指定します。各コドンが読み取られると、一方の端に相補的なアンチコドンを含み、もう一方の端に特定のアミノ酸を含む tRNA の特定の分子が、露出したコドンにラッチします。結合すると、mRNA 鎖はリボソームを介して引っ張られ、別の tRNA 分子が結合する新しいコドンが露出します。次に、2 つのアミノ酸がペプチド結合によって結合されます。このプロセスは、リボソームがポリペプチド鎖の終わりを示す特別なコドンである「終止コドン」を読み取るまで続きます。終止コドンが読み取られると、解放因子が完成したタンパク質をリボソームから切り離します。
snRNA
snRNA (小さな核酸 RNA) は、真核生物にしか見られない特別な種類の RNA 分子です。 snRNA の主な機能は、プレ mRNA 転写産物を編集することです。真核生物では、mRNA は転写された後、すぐに翻訳することはできません。最初にいくつかの転写後の変更を行う必要があります。 snRNA はプレ mRNA 転写産物に結合し、RNA スプライシングと呼ばれるプロセスでイントロンと呼ばれる非コード配列のセクションを切り取ります。エクソンと呼ばれる残りの配列は、実際に読み取られてタンパク質に翻訳される配列です。
真核生物におけるイントロンの進化的起源についてはあまり知られていませんが、いくつかの機能を果たしています。スプライシングされたmRNAの配列は、他の転写後および翻訳後のメカニズムを支援するマイクロRNAになる可能性があります。イントロンは選択的スプライシングも可能にするため、同じヌクレオチド セットから複数の産物を得ることができます。
要約すると、核酸には主に 2 種類あります。DNA と RNA です。 DNA にはタンパク質の構築に使用される遺伝情報が含まれていますが、RNA のサブタイプはこの情報を抽出してタンパク質を構築する役割を果たします。 RNA、mRNA、rRNA、tRNA、およびsnRNAの4つの主要な種類があります。したがって、人体には 5 つの主要な種類の核酸が存在します。 DNA、mRNA、rRNA、tRNA、snRNA。
