DNAとRNAは核酸であり、基本的には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。核酸の構成要素はヌクレオチドと呼ばれます。核酸は、生物の発達、機能、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。ほとんどの生物は遺伝物質としてDNAを使用しますが、レトロウイルスのように遺伝物質としてRNAを使用する生物はほとんどありません。 DNAは、RNAと比較した場合、それぞれが共有するリン酸糖と塩基の違いにより安定しています。 1つ、2つ、または3つのリン酸基をペントース糖に結合させて、それぞれ一リン酸、二リン酸、および三リン酸を生成することができます。 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に含まれる窒素塩基は、アデニン、グアニン、シトシン、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-相違点

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。ヌクレオチドは、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るペントース糖で構成されています。 DNAヌクレオチドとRNAヌクレオチドはどちらも、ペントース糖の5 '炭素上の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、ヌクレオシド三リン酸の形成を図1に示します。

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ています。リボースはペントース単糖であり、その構造に5員環を含んでいます。それはその開鎖形態で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つのエナンチオマーが含まれています。自然に発生するコンフォメーションはD-リボースであり、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 '炭素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、糖の修飾型であるリボースです。それは酵素、リボヌクレオチドレダクターゼ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している間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つのエナンチオマーが含まれています。 DNA骨格の形成にはD-2-デオキシリボースのみが関与しています。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たたまれ、分子の機械的柔軟性が高まります。 DNAは、小さな核に詰め込むためにしっかりと巻くことができます。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を図2に示します。

図2：デオキシリボース

拠点とは

DNAとRNAの両方が、ペントース糖の1 '炭素上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種類の窒素塩基があります。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つの環構造のピリミジン環に見られます。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のヌクレオチドには、アデニン、グアニン、シトシン、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の相補的な塩基対形成は Watson-CrickDNA塩基対モデル。 2つの相補的DNA鎖を結合し、水素結合を形成します。したがって、DNAの最終的な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、チミンに取って代わります。同じ分子内のRNAの相補的な塩基対形成は、次のような二本鎖RNA構造を形成します。 ヘアピンループ。二本鎖DNAを図3に示します。

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、他の塩基と同様にアデニンと塩基対を形成することができ、シトシンの脱アミノ化はウラシルを生成することができます。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。ウラシルとチミンを図4に示します。

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の塩基との類似性

リン酸塩

ペントースシュガー

窒素塩基

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。

砂糖のコンフォメーション

DNA： D-2-デオキシリボースはDNAの糖リン酸骨格に見られます。

RNA： D-リボースはRNAの糖リン酸骨格に見られます。

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 'ヒドロキシル基が存在するため、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/ウラシルの意義

DNA： チミンが存在するため、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の安定性は低くなります。

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。

リン酸化は生成します

DNA： デオキシリボヌクレオシドのリン酸化は、デオキシリボヌクレオチドを生成します。

RNA： リボヌクレオシドのリン酸化はリボヌクレオチドを生成します。

結論

DNAとRNAはどちらも、1 '炭素の窒素塩基と5'炭素の1つ以上のリン酸基に結合している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に含まれる窒素塩基は、アデニン、グアニン、シトシン、チミンです。 RNAには、チミンの代わりにウラシルが含まれています。 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。ヌクレオシドに3つのリン酸基が結合している場合、それは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年4月28日。2。「核酸の構造」。 SparkNotes。 SparkNotes、n.d。ウェブ。 2017年4月28日。3。「なぜウラシルの代わりにチミンなのか？」地球の自然。 N.p.、2016年6月17日。Web。 2017年4月28日。

画像提供：1。「Nucleotides1」Boris（PNG）、SVG by Sjef – en：Image：Nucleotides.png（パブリックドメイン）、Commons Wikimedia経由2.「DeoxyriboseLabeled」byAdenosine（英語版ウィキペディアユーザー）–英語版ウィキペディア（CC BY-SA 3.0）コモンズウィキメディア3経由。OpenStaxCollegeによる「DNANucleotides」– Anatomy&Physiology、ConnexionsWebサイト。 2013年6月19日（CC BY 3.0）コモンズウィキメディア4経由。「ピリミジン2」Mtov著–コモンズウィキメディア経由の自作（パブリックドメイン）