核酸(DNAとRNAの違い)、DNAの構造と役割

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kakusan@2x
ヌクレオシド 五炭糖と有機塩基が脱水縮合した化合物. \{ヌクレオチド 五炭糖,\ リン酸,\ 有機塩基が脱水縮合した化合物.\ nucleo(核の)tide(結ばれた).} \includegraphics[width=8cm]{nucleotide.eps 核酸 多数のヌクレオチドが脱水縮合したポリヌクレオチド.\ 細胞の{核}にある{酸}性物質. 生物の遺伝を支配する重要な高分子化合物で,\ DNA(下図)とRNAがある. 左がリン酸({H₃PO₄})の構造式,\ 右が五炭糖(デオキシリボース)の構造式である. リン酸の{OH}基の{H}と五炭糖の3位や5位の{OH}基(水色)の間が交互に脱水縮合する. こうしてできる分子鎖がDNAやRNA}の主鎖となる. また,\ 五炭糖の1位の{OH}基(赤)は,\ 核酸塩基のイミノ基{NH}の{H}との間で脱水縮合している. {DNA(デオキシリボ核酸)とRNA(リボ核酸)}{デオキシリボース}({C5H10O4}){リボース}({C5H10O5}) 2}*{塩基} & アデニン(A)},\ グアニン(G)} & アデニン(A)},\ グアニン(G)} & シトシン(C)},\ チミン(T)}  & シトシン(C)},\ ウラシル(U)} 構造 & 2本(二重らせん) & 1本鎖 存在 & 核 & 核と細胞質 役割 & 遺伝子本体.\ 遺伝情報の保持,\ 複製. & タンパク質の合成.\ 遺伝情報の転写,\ 翻訳. {核酸塩基(有機塩基)}{DNAとRNAで共通 『デオキシ(deoxy)』は『de(脱)-oxygen(酸素)』}の意味である. 核酸塩基の赤字の{NH}と五炭糖の1位の{OH}基との間で脱水縮合が起こる. DNAとRNAでは,\ 1種類だけ含まれる核酸塩基が異なる.} チミン(\text T)は,\ ウラシル(\text U)の{H}1個がメチル基{CH₃}に置換したメチルウラシルである. なお,\ 核酸塩基の構造式を覚える必要はないが,\ 構造式を見て名称がわかるようにはしておきたい. DNAの構造 2本のポリヌクレオチド鎖が塩基間の水素結合によって1本の二重らせん構造を作る. このとき,\ 水素結合の対になる核酸塩基は互いに決まっている(相補性). アデニン(A)}とチミン(T)} または}ウラシル(U)}は,\ 2本の水素結合を作って結合する. グアニン(G)}とシトシン(C)}は,\ 3本の水素結合を作って結合する. 対になるので,\ AとT,\ GとCは常に同じ物質量ずつ存在する(シャルガフの法則). なお,\ 核酸塩基のどの部分で水素結合を作るかは覚えておく必要がある. }{DNAの役割 自己複製 細胞分裂時,\ 二重らせん構造を作るポリヌクレオチド鎖がほどかれ,\ 2本の1本鎖となる. 1本となった各鎖の塩基に対応する塩基をもつ新しいヌクレオチドが結合していく. ペアが決まっているので,\ 同じ塩基配列の二重らせん構造が2組できあがる(複製完了) {DNAの役割 タンパク質の合成 DNAには,\ {4種類の塩基(A,\ T,\ G,\ C)の{配}{列}が遺伝情報として組み込まれている. この遺伝情報は,\ タンパク質のアミノ酸の配列順序を指定している. 細胞の核内で,\ DNAのもつ遺伝情報(塩基配列)がmRNAに転写される. { }このとき,\ まずDNAの必要な部分のみ二重らせんがほどける. { }そのうちの1本を鋳型として相補的な塩基配列をもつmRNAが合成される. { }例として,\ あるDNAの塩基配列が『GGCGCATGT』であるとしよう. { }DNAの塩基A,\ T,\ G,\ Cと相補的なRNAの塩基はそれぞれU,\ A,\ C,\ Gである. { }よって,\ 塩基配列『CCGCGUACA』をもつmRNAが合成される. 合成されたmRNAは,\ 核から出て細胞内のリボソームに移動する. { }DNAとRNAは,\ 塩基配列3組(コドン}という)で1つのアミノ酸を指定している. { }また,\ tRNAは3個の塩基を持っており,\ 特定のアミノ酸と結合している. { }mRNAと相補的なtRNAが,\ 対応するアミノ酸をリボソームに運んでくる. { }に続けて,\ mRNAの塩基配列が『CCG,\ CGU,\ ACA』であるとしよう. { }このmRNAには,\ 3個のtRNA『GGC』『GCA』『UGU』が対応する. { }0.97}{それぞれグリシン,\ アラニン,\ システインと結合しているtRNAで,\ これらを運んでくる.} [3]rRNAが触媒となり,\ アミノ酸が連結してタンパク質が合成される(翻訳). { }以上のようにして,\ DNA『GGCGCATGT』から次のタンパク質が合成される. { }  {グリシン}—{アラニン}—{システイン} $[l} mRNA}は,\ メッセンジャーRNA}や伝令RNA}ともいう. tRNA}は,\ トランスファーRNA}や運搬RNA}ともいう. rRNA}は,\ リボソームRNA}ともいう. ある生物のDNA分子の塩基組成を調べたところ,\ Aの割合が20\%であった. このDNAのG,\ T,\ Cの割合はそれぞれ何\%か. DNAの二重らせんは,\ 長さ3.4nmで1回転し,\ その中に塩基対を約10個を含む. ヒトの体細胞中のDNAには塩基対が60億個ある.\ 二重らせんの長さは何mか. AとT,\ GとCは同じ割合}であるから,\ Aが30\%ならばTも30\%}である. {  }AとTを除いた残りの40\%がGとCで,\ GとCはそれぞれ20\%ずつ}である. 塩基対1個分の長さは $3.4nm}10=0.34nm}=0.3410^{-9}\text m=3.410^{-10}\text m$ {  }塩基対60億個分の長さは $3.410^{-10}\text m6000000000=2.04\text m}$ \ ヒト1人には細胞が60兆個あるから,\ ヒトのDNA}の全長は 2.0460兆120兆\text m 120兆\text m=1200億km}は,\ 太陽と地球の距離1.5億km}の800倍である.
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