GC含有量

分子生物学および遺伝学において、GC含有量（またはG+C含有量またはグアニン-シトシン含有量）は、 DNAまたはRNA分子中の窒素塩基のうち、グアニン（G）またはシトシン（C）である割合です。^{[ 1 ]}この尺度は、DNA中のアデニンとチミン、およびRNA中のアデニンとウラシルを含む、暗黙の4つの塩基のうち、GおよびC塩基の割合を示します。

GC含量は、DNAまたはRNAの特定の断片、あるいはゲノム全体に対して示されることがあります。断片を指す場合、個々の遺伝子または遺伝子の一部（ドメイン）、遺伝子群または遺伝子クラスター、非コード領域、あるいはプライマーなどの合成オリゴヌクレオチドのGC含量を示すことがあります。

定性的に見ると、グアニン（G）とシトシン（C）は互いに特異的な水素結合を形成するのに対し、アデニン（A）はDNAではチミン（T）と、RNAではウラシル（U）と特異的に結合します。定量的に見ると、GC塩基対は3つの水素結合で結びついているのに対し、ATおよびAU塩基対は2つの水素結合で結びついています。この違いを強調するために、塩基対はしばしば「G≡C」対「A=T」または「A=U」と表記されます。

GC含量の低いDNAはGC含量の高いDNAよりも不安定ですが、水素結合自体は分子の安定性に特に大きな影響を与えず、分子の安定性は主に塩基スタッキングの分子間相互作用によって引き起こされます。^{[ 2 ]} GCペアの熱安定性のため、かつてはDNAのGC含量が高いことは高温への必要な適応であると推測されていましたが、この仮説は2001年に100以上の原核生物の比較分析によって後に否定されました。^{[ 3 ]}さらに、 GC含量の高いDNAを持つ細菌種であるP. putrefaciensは、自己分解がより容易に起こり、それによって細胞全体の寿命が短くなることが観察されています。^{[ 4 ]}それでもなお、高温での原核生物 の最適な成長と、リボソームRNA、トランスファーRNA、および他の多くの非コードRNAなどの構造RNAのGC含量との間に強い相関があることが示されています。^{[ 3 ] [ 5 ]} AU塩基対はGC塩基対よりも不安定であるため、GC含有量の高いRNA構造は高温の影響に対してより耐性がある。

近年、二本鎖核酸の熱安定性に寄与する最も重要な要因は、塩基間の水素結合の数ではなく、隣接する塩基のスタッキングによるものであることが実証されている。環外基の相対的な位置関係から、GCペアはATペアやAUペアよりもスタッキングエネルギーが有利である。さらに、塩基のスタッキング順序と分子全体の熱安定性の間には相関関係がある。^{[ 6 ]}

GC含有量は通常パーセント値で表されますが、比率（G+C比またはGC比と呼ばれる）で表される場合もあります。GC含有量パーセントは次のように計算されます^{[ 7 ]}

$\displaystyle {\cfrac {G+C}{A+T+G+C}}\times 100\%}$

一方、AT/GC比は^{[ 8 ]のように計算される。}

${\displaystyle {\cfrac {A+T}{G+C}}}$。

GC含有率およびGC比はいくつかの方法で測定できますが、最も簡単な方法の1つは、分光光度計を使用してDNA二重らせんの融解温度を測定することです。260 nmの波長でのDNAの吸光度は、十分に加熱されて二本鎖DNA分子が2本の一本鎖に分離すると、かなり急激に増加します。^{[ 9 ]} GC比を決定するために最も一般的に使用されるプロトコルは、多数のサンプルに対してフローサイトメトリーを使用することです。 ^{[ 10 ]}

別の方法として、調査対象のDNAまたはRNA分子が確実に配列決定されている場合は、GC含有量を簡単な算術演算、または無料のオンラインGC計算機などのさまざまな公開ソフトウェアツールを使用して正確に計算できます。

GCSpeciesSorter ^{[ 31 ]}と TopSort ^{[ 32 ]}は、GC 含有量に基づいて種を分類するためのソフトウェア ツールです。

• コドン使用頻度の偏り

1. 配列決定されたすべての原核生物のGC含量を示す表
2. NCBIウェブサイト上のGC比に基づく細菌の分類学的ブラウザ。
3. 様々な種におけるGC比。