核酸

核酸は、すべての細胞とウイルスにおいて重要な役割を果たす大きな生体分子です。^{[ 1 ]}核酸は、モノマー成分であるヌクレオチド（5炭糖、リン酸基、窒素塩基）から構成されています。核酸の主な種類は、デオキシリボ核酸（DNA）とリボ核酸（RNA）の2つです。糖がリボースの場合、ポリマーはRNAになります。糖がリボースの変異体であるデオキシリボースの場合、ポリマーはDNAになります。

核酸は自然界に存在する化学化合物です。細胞内で情報を伝達し、遺伝物質を構成します。これらの酸はあらゆる生物に広く存在し、地球上のあらゆる生命体のあらゆる細胞において情報の生成、符号化、保存を担っています。そして、細胞核の内外でその情報を伝達・発現します。細胞の内部から生物の幼生に至るまで、核酸は核酸配列を介して情報を伝達・提供します。これにより、RNAとDNAは分子内に特徴的な「はしご状」のヌクレオチド配列を持つようになります。どちらもタンパク質合成の誘導において重要な役割を果たしています。

ヌクレオチドの鎖が結合してらせん状の骨格を形成し、5つの主要な、または標準的な核酸塩基から選択された塩基または塩基対の鎖に組み立てられます。RNAは通常、単一の塩基の鎖を形成しますが、DNAは塩基対の鎖を形成します。RNAとDNAに見られる塩基は、アデニン、シトシン、グアニン、チミン、およびウラシルです。チミンはDNAにのみ存在し、ウラシルはRNAにのみ存在します。アミノ酸とタンパク質合成を使用して、^{[ 2 ]} DNAのこれらの核酸塩基対の特定の配列は、コード化された指示を遺伝子として保持および送信するのに役立ちます。RNAでは、塩基対の配列は、すべての生命体のほとんどの化学プロセスを決定する新しいタンパク質を作るのに役立ちます。

核酸は、 1869年にドイツのテュービンゲン大学でフリードリヒ・ミーシャーによって部分的に初めて発見されました。彼はヌクレインと呼ばれる新しい物質を発見し、その結果を詳細に解釈すると、現代の用語では核酸-ヒストン複合体または実際の核酸のどちらかと見なすことができます。フォエブス・レヴェンは核酸の基本構造を決定しました。^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]} 1880年代初頭、アルブレヒト・コッセルは核酸物質をさらに精製し、その強い酸性を発見しました。彼は後に核酸塩基も特定しました。1889年にリヒャルト・アルトマンは核酸という用語を作りました。当時、DNAとRNAは区別されていませんでした。^{[ 7 ]} 1938年にアストベリーとベルはDNAの最初のX線回折パターンを発表しました。^{[ 8 ]}

1944年にエイブリー・マクラウド・マッカーティの実験により、DNAが遺伝情報の担体であることが示され、1953年にワトソンとクリックがDNAの二重らせん構造を提唱した。^{[ 9 ]}

核酸の実験的研究は、現代の生物学および医学研究の主要部分を構成し、ゲノム科学、法医学、バイオテクノロジーおよび製薬産業の基盤を形成している。^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

核酸という用語は、生体高分子ファミリーのメンバーであるDNAとRNAの総称であり、[ ^{13 ]ポリ}ヌクレオチドの一種です。核酸は、最初に核内で発見されたことと、リン酸基（リン酸に関連する）が存在することから名付けられました。^{[ 14 ]}核酸は、最初に真核細胞の核内で発見されましたが、現在では、細菌、古細菌、ミトコンドリア、葉緑体、ウイルスを含むすべての生命体に存在することが知られています（ウイルスが生物か非生物かについては議論があります）。すべての生細胞は、DNAとRNAの両方を含んでいます（成熟した赤血球などの一部の細胞を除く）が、ウイルスはDNAまたはRNAのいずれかを含み、通常は両方を含みません。^{[ 15 ]} 生物学的核酸の基本構成要素はヌクレオチドであり、それぞれがペントース糖（リボースまたはデオキシリボース）、リン酸基、および核酸塩基を含んでいます。^{[ 16 ]}核酸は、酵素^{[ 17 ]}（DNAおよびRNAポリメラーゼ） の使用や固相化学合成によって実験室内でも生成される。

核酸は一般的に非常に大きな分子です。実際、DNA分子はおそらく既知の最大の分子です。よく研究されている生物学的核酸分子のサイズは、21ヌクレオチド（低分子干渉RNA）から大きな染色体（ヒト染色体1は2億4700万塩基対を含む単一の分子です^{[ 18 ]}）まで多岐にわたります。

ほとんどの場合、自然界に存在するDNA分子は二本鎖であり、RNA分子は一本鎖である。^{[ 19 ]}しかし、例外は数多くあり、一部のウイルスは二本鎖RNAゲノムを持ち、他のウイルスは一本鎖DNAゲノムを持ち、^{[ 20 ]}また、状況によっては、 3本または4本の鎖を持つ核酸構造が形成されることもある。^{[ 21 ]}

核酸はヌクレオチドの線状ポリマー（鎖）です。各ヌクレオチドは、プリンまたはピリミジン塩基（窒素塩基または単に塩基と呼ばれることもあります）、ペントース糖、および分子を酸性にするリン酸基の3つの構成要素からなります。塩基と糖からなる部分構造はヌクレオシドと呼ばれます。核酸の種類は、ヌクレオチド中の糖の構造が異なります。DNAは2'-デオキシリボースを含み、RNAはリボースを含みます（唯一の違いはヒドロキシル基の存在です）。また、2種類の核酸に含まれる塩基も異なります。アデニン、シトシン、グアニンはRNAとDNAの両方に含まれていますが、チミンはDNAに、ウラシルはRNAに含まれています。^{[ 22 ]}

核酸中の糖とリン酸は、ホスホジエステル結合を介して交互に鎖状（糖リン酸骨格）に結合している。 ^{[ 23 ]}従来の命名法では、リン酸基が結合する炭素は、糖の3'末端と5'末端の炭素である。これにより核酸に方向性が与えられ、核酸分子の末端は5'末端と3'末端と呼ばれる。核酸塩基は、核酸塩基環の窒素（ピリミジンの場合はN -1、プリンの場合はN -9）とペントース糖環の1'炭素を含むN-グリコシド結合を介して糖に結合している。

非標準ヌクレオシドはRNAとDNAの両方に存在し、通常はDNA分子または一次（初期）RNA転写産物内の標準ヌクレオシドの修飾によって生じる。トランスファーRNA（tRNA）分子には特に多くの修飾ヌクレオシドが含まれている。^{[ 24 ]}

二本鎖核酸は相補的な配列から構成されており、広範なワトソン・クリック塩基対形成によって、高度に反復された非常に均一な核酸二重らせん三次元構造が形成される。^{[ 25 ]}対照的に、一本鎖RNAおよびDNA分子は規則的な二重らせん構造に制約されず、ワトソン・クリック塩基対と非標準塩基対の両方を含む短い分子内塩基対配列と、広範囲にわたる複雑な三次相互作用に基づく非常に複雑な三次元構造をとることができる。 ^{[ 26 ]}

核酸分子は通常分岐がなく、線状分子と環状分子の両方が存在する。例えば、細菌の染色体、プラスミド、ミトコンドリアDNA、葉緑体DNAは通常環状二本鎖DNA分子であるが、真核生物の核の染色体は通常線状二本鎖DNA分子である。[ ^{15 ]ほとんど}のRNA分子は線状の一本鎖分子であるが、RNAスプライシング反応によって環状分子と分岐分子の両方が生じる可能性がある。^{[ 27 ]}二本鎖DNA分子中のピリミジンの総量はプリンの総量に等しい。らせんの直径は約20Åである。

DNA または RNA 分子は、主にヌクレオチドの配列において互いに異なります。ヌクレオチド配列は、すべての生物学的分子、分子集合体、細胞内および細胞構造、器官、生物をコード化する究極の指示を担い、認知、記憶、行動を直接可能にするため、生物学において非常に重要です。生物学的 DNA および RNA 分子のヌクレオチド配列を決定するための実験方法の開発には多大な努力が注がれており、^{[ 28 ] [ 29 ]}今日では、世界中のゲノムセンターや小規模な研究所で毎日数億個のヌクレオチドが配列決定されています。国立生物工学情報センター(NCBI)は、GenBank 核酸配列データベースの維持に加えて、GenBank のデータおよび NCBI Web サイトを通じて利用可能なその他の生物学的データの分析および検索リソースを提供しています。^{[ 30 ]}

• 核酸シミュレーションソフトウェアの比較
• 生化学の歴史
• 分子生物学の歴史
• RNA生物学の歴史
• 分子生物学– 生物システムを分子レベルで研究する生物学の一分野 
• 核酸法– 核酸を研究するために用いられる技術 
• 核酸代謝–短い説明を表示するプロセスページ（スペースなし） 
• 核酸の構造– DNAやRNAなどの核酸の生体分子構造 
• 核酸の熱力学― 温度が核酸の構造にどのように影響するかを研究する学問 
• オリゴヌクレオチド合成– 核酸の化学合成 
• 核酸の定量化– 分子生物学におけるプロセス リダイレクト先の簡単な説明を表示するページ 

• Wolfram Saenger、『核酸構造の原理』、1984年、Springer-Verlag New York Inc.
• ブルース・アルバート、アレクサンダー・ジョンソン、ジュリアン・ルイス、マーティン・ラフ、キース・ロバーツ、ピーター・ウォルター著『細胞の分子生物学』、2007年、ISBN 978-0-8153-4105-5第4版はNCBI Bookshelfからオンラインで入手可能です：リンク
• Jeremy M Berg、John L Tymoczko、Lubert Stryer著、『生化学第5版』、2002年、WH Freeman社。NCBI Bookshelfからオンラインで入手可能：リンク
• Astrid Sigel 、Helmut Sigel、Roland KO Sigel 編 (2012)。金属イオンと核酸の相互作用。生命科学における金属イオン。第 10 巻。Springer。doi:  10.1007 / 978-94-007-2172-2。ISBN 978-94-007-2171-5. S2CID 92951134 . 

• 生物学的に重要な核酸タンパク質複合体の構造解明でノーベル賞を受賞したアーロン・クルーグ氏へのインタビューは、ベガ・サイエンス・トラストの提供によるものです。
• 核酸研究ジャーナル
• 核酸の本（核酸の化学と生物学に関する無料オンライン書籍）
• ヌクレオチド配列の可視化