遺伝子を化学的に見ると:「核酸」と「ヌクレオチド」

nucleic-acid-nucleotide-eyecatch 核酸

遺伝子というと我々の生命を構築する「情報」という捉え方をされることもあるが、つまるところ実際は化学物質である。

ということは化学反応をすると、電子の動きや結合の変換を紙面に描くことができる。
それがタンパク質の情報をコードし、その情報を次代につなぐ。

究極的にはその過程で起こる化学反応はすべて紙面で記述することができるはずである。
信じがたい話ではあるが、それこそが「生命の神秘」なのだろう。

我々の遺伝子を構成する基本物質として「核酸」と「ヌクレオチド」について紹介していく。

核酸とヌクレオチドとは

核酸はDNAとRNAをまとめた名称と考えればよい。
その化学構造は塩基+糖+リン酸基からなり、このひとまとまりを一つの単位として見たものがヌクレオチドである。

つまり核酸とは「ヌクレオチドが数珠状につながったもの」であり、
ヌクレオチド:塩基+糖+リン酸基=核酸の1つ1つの残基といえる。

ヌクレオチドの種類

塩基には5種類があり、糖、リン酸基は共通のため通常は塩基でヌクレオチドの種類で区別する。
塩基の骨格により「プリン塩基」と「ピリミジン塩基」に区別される。

プリン塩基

ビールを飲む人は「プリン体」を気にするが、そのプリン(Purine)とはこのプリン塩基に関連している。決してスイーツのプリン(Pudding)ではない。

ピリミジン塩基

UはRNAのみTはDNAのみに存在する塩基

DNAとRNAの違い

核酸にはDNAとRNAがある。
2つの違いは糖についているのがヒドロキシ基か水素かのみである。

専門的には糖部分のペントース環の2’位が

水素(-H):DNA
ヒドロキシ基(-OH):RNA

となる。

核酸以外のヌクレオチド

ヌクレオチドはほとんどが核酸の構成成分として利用される。
一方で、ヌクレオチドそれ自体が機能する場合もある。
代表例が下の構造で表されるアデノシン三リン酸(ATP)である。

プリン塩基であるアデニンに3つのリン酸基がついた化合物である。
リン酸基の間のホスホエステル結合は高エネルギー状態である。それを利用して、全身を動かすためのエネルギー源として用いている。

ATPは光合成、糖や脂肪酸などのエネルギー源が分解されるときに合成される。
つまり、我々は食事から得ているエネルギーをATPの形で閉じ込めて利用している。

ATPは「生体内のエネルギー通貨」とも呼ばれていることからも、非常に重要な成分である。

糖:核酸中の塩基同士のつなぎ方

核酸中のヌクレオチドにおいて、糖であるリボースは「つなぎ」の役割を果たす。
糖部分であるリボースは塩基が結合しているところを1’として時計回りに番号付けをする。
(塩基の位置番号と区別するためにリボースの位置番号には ‘ [プライム]をつける)

このうち、5’位(リン酸が結合している)と次のヌクレオチドの3’位が結合する。
→この結合はホスホジエステル結合である。

こうしてつながっていった核酸中のリン酸基は酸性となる。
よって生理的pHでは陰イオンとなり、核酸が負電荷を帯びるということになる。

当然、核酸の端っこはリン酸の結合した5’位と3’位が空のものができる。
5’位が空いたものを「5’末端」、同様に3’位が空くと「3’末端」である。

生物の仕組み上、3’末端にリン酸基をつなげることで核酸は合成されていく。
5’末端→3’末端の順番で記述するのが慣例となる。

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