核酸のポリマーとは何かと尋ねられたら つまり、これはちょっとしたひっかけ問題であることを知っておいてください。核酸は実際にはポリマーそのものです。ポリマーという用語は、核酸やタンパク質のような巨大分子を簡単に表します。ポリマーの際立った特徴は、それらがより小さな構成部分で構成されていることであり、これらの連続した部分はモノマーと呼ばれます。モノマーが結合してポリマーを形成します。核酸の場合、ポリマーを構成するモノマー (核酸 DNA と RNA 自体) は、ウラシル、グアニン、シトシン、アデニン、チミンです。
核酸はしばしば「生命の設計図」と呼ばれます。これらの重要なポリマーがなければ、細胞は成長し、複製し、私たちの周りにあるさまざまな生命を構成することができないからです.ポリマー (核酸) が細胞内でどのように機能するか、およびポリマーを構成し、複製を実行する際にモノマーが果たす役割を詳しく見てみましょう。
核酸の定義
核酸は高分子であり、これらの高分子には生命に必要な情報が含まれています。核酸鎖は親から子へ、ある細胞から別の細胞へと受け継がれ、その中の情報が使用されて、細胞、組織、および生物全体に必要なタンパク質が作成されます。核酸の 2 つの異なる形態は、リボ核酸または RNA とデオキシリボ核酸または DNA です。
成熟した赤血球のような一部の細胞を除いて、すべての生細胞は RNA と DNA の両方を含んでいます。細胞の DNA は通常、細胞の核内にありますが、すべての細胞が DNA を核内に持っているわけではありません (髪と爪の細胞には核がありません)。ただし、DNA はすべての生物に共通であり、単細胞のバクテリア、植物、動物はすべて DNA を持っています。対照的に、RNA を持つすべての細胞に DNA があるわけではありませんが、RNA は DNA を持つ細胞によっても使用されます。 RNA は、ウイルスの遺伝情報を保存する主要なシステムですが、ウイルスは通常、科学者によって生きているとは考えられていません。
細胞内では、DNA は核内だけでなく、ミトコンドリア (細胞のエネルギーを生成する構造) などの他のオルガネラにも見られます。真核細胞は通常、DNA を含む核を持っていますが、原核生物は真核生物に特徴的な膜で覆われた核を欠いています。 DNA は、染色体と呼ばれる遺伝子の長い塊または鎖の中に含まれており、これらの染色体のそれぞれには、さまざまなタンパク質をコードする何千もの遺伝子があります。遺伝子は、細胞が特定のタンパク質またはタンパク質合成の「設計図」を作成するために必要な遺伝情報を保存します。
RNA は、タンパク質を作成するときに機能します。 RNA には 1 つの形式だけではなく、リボソーム RNA または rRNA、メッセンジャー RNA または mRNA、トランスファー RNA または tRNA の 3 つの異なる形式があります。メッセンジャー RNA の仕事は、DNA 鎖の転写産物を作成し、その指示をコピーすることです。これは、DNA 鎖を読み取り、すべての DNA 配列のコピーを作成することによって達成されます。その後、トランスファー RNA は、mRNA によって生成されたコードを受け取り、リボソームにアミノ酸をトランスファーして、タンパク質を合成できるようにします。最後に、rRNA はリボソーム自体の生成を助けます。
ヌクレオチドと窒素塩基
前述のように、RNA と DNA はポリマーです。つまり、モノマーと呼ばれるより単純なコンポーネントから作られています。ヌクレオチドは、複雑なポリマーである DNA と RNA 自体の用語です。ヌクレオチドを一緒に組み合わせてポリヌクレオチドを作成することができます。すべてのヌクレオチドは、同じ一般構造、窒素含有塩基 (窒素でできた環構造)、リン酸基、および 5 炭素糖を持っています。炭素基とリン酸基は中心の糖分子から枝分かれしています。
DNA と RNA を構成するモノマーは窒素塩基と呼ばれ、ヌクレオチドの環構造内に位置する炭素ベースの分子です。 DNA には、グアニン、シトシン、チミン、アデニンの 4 つの窒素塩基が含まれています。これらは単に G、C、T、および A と省略されます。グアニンとアデニンは 2 つの炭素-窒素環が融合しているため、プリンと呼ばれます。一方、単一の窒素-炭素環はシトシンとチミンを形成し、ピリミジンと呼ばれます.
RNA は DNA とは異なる構造をしており、主な違いの 1 つは、ヌクレオチドのチミンがないことです。代わりに、RNA はチミンの代わりに別のピリミジン、ウラシルと呼ばれるヌクレオチドを持っています。ただし、RNA はグアニン、アデニン、シトシンという酸をまだ持っています。
DNAとRNAの他の違いには、2つの分子が異なる塩基だけでなく異なる糖を持っているという事実が含まれます. DNAを構成する糖はデオキシリボースと呼ばれ、RNAを構成する糖は単なるリボースです。 2 つの糖は互いに非常に似ていますが、重要な違いがあります。デオキシリボースの 2 番目の炭素には水素があり、リボースの 2 番目の炭素にはヒドロキシル基があります。
ヌクレオチドの中心は糖で構成され、リン酸は 5' 炭素位置に結合し、ヌクレオチドは 1' 炭素位置に結合します。ヌクレオチドのリン酸基は、複数のリン酸基または単一のリン酸基のいずれかです。最大 3 つのリン酸基が 5' 炭素糖点でヌクレオチドに結合できます。
一部のリソースでは、ヌクレオチドという用語を使用して、単一のリン酸基と結合している塩基のみを説明しているため、正確に何をヌクレオチドと見なすかについて意見の相違があることに注意してください.また、DNA 鎖と RNA 鎖が結合してポリヌクレオチドが形成されると、2 つのリン酸基が失われることを覚えておくことも重要です。これは、DNA または RNA 分子の鎖がある場合、分子は単一のリン酸基しか持たないことを意味します。
核酸を構成する分子
モノマーを構成し、ひいてはポリマーを構成する個々の分子は何ですか?酸素、水素、炭素、窒素、リンの 5 つの異なる分子がさまざまな方法で組み合わされて核酸が生成されます。これらの分子にはそれぞれ独自の役割があり、RNA/DNA 分子のさまざまな部分を作り出します。
炭素分子は、骨格に糖を構成することによって分子の核酸骨格を作成するだけでなく、窒素塩基の一部も構成するため、ヌクレオチドの作成に重要です。ヌクレオチドのアミノ酸の 2 つの形態であるピリミジンとプリンの両方が、窒素分子によって作成されます。アミノ酸グループ間には水素結合があり、これにより RNA と DNA の鎖で塩基対が結合したままになります。
水素分子は、核酸の糖と窒素含有塩基の間の炭素原子と酸素原子を結びつけます。これらの窒素-水素結合は本質的に極性があり、水素結合が核酸の株全体を結合するのに役立ちます.これらの水素結合は、DNA の 2 本の鎖が塩基対の水素結合を介して結合されているため、DNA で知られている二重らせん形成がどのように作成されるかです。リン酸塩、窒素含有塩基、および糖にも、酸素原子が散在しています。これらの酸素原子の存在は、DNA と RNA にわずかに異なる方法で影響を与えるため、DNA と RNA は異なる糖構造を持っています。リボ核酸には 4 つのヒドロキシル基がありますが、ヒドロキシル基の 1 つに純粋な水素が代用されている DNA には当てはまりません。これが用語の「デオキシ」とデオキシリボ核酸の適用方法です。
最後に、リン分子が結合して、RNA と DNA の両方に見られるリン酸基を構築します。これらのグループを作成するには、リン原子と酸素原子の両方が必要です。リン基は、異なるヌクレオチドが結合してポリマーを作成することを可能にします。
ヌクレオチドとヌクレオシドの違い
ヌクレオチドはヌクレオシドと似ていますが、この 2 つを混同してはなりません。ヌクレオシドとヌクレオチドの違いは何ですか?簡単に言えば、ヌクレオシドはリン酸基がないことを除いてヌクレオチドに非常に似ているということです。ヌクレオチドはヌクレオシドから生成され、リン酸化として知られるプロセスを経てヌクレオチドになります。リン酸化プロセスでは、ヌクレオシドとリンが結合して窒素含有塩基が形成されます。
体の細胞は合成によってヌクレオシドを作り出すことができますが、食べ物を食べることでも体にヌクレオチドを提供することができます.食べ物を食べることによって獲得されたヌクレオチドは、ヌクレオチダーゼと呼ばれる酵素によって分解され、ヌクレオシドとリン酸塩に分解されます.
コドンとタンパク質合成
RNA 鎖は 3 つの文字または分子の長い配列に分割され、これらの配列は正しいタンパク質を作成するために必要な機能を指定します。これらの 3 文字コードの用語はコドンであり、RNA の 3 つのヌクレオチド塩基の任意の組み合わせから作成できます。コドンはリボソームによって読み取られ、リボソームは配列のコードを解釈して正しいタンパク質を作成します。タンパク質合成は、開始コドン、コドン AUG またはメチオニンの存在によって開始されます。このコドンが赤色の場合、リボソームはトランスファー RNA をそこに取り込み、tRNA 配列を読み取り、必要なアミノ酸とアンチコドン (mRNA が送達したコドンに相補的な配列) を適用することにより、タンパク質の合成を開始します。
RNA のストランド内には、合計 64 のコドンがあります。前述のように、コドン AUG は開始コドンです。 3 つの異なる終止コドンもあり、さまざまな異なるタンパク質を作成するために組み合わせることができる 61 の他のコドンが残ります。人間は 20 の異なるコドンを利用してアミノ酸を生成するだけでなく、複数のコドンが同じタンパク質 (UUG および UUA によってコードされているタンパク質ロイシンなど) をコードすることができます。
