核酸は次のように五炭糖、リン酸および塩基から成る。五炭糖にはＤ-リボースとデオキシ-Ｄ-リボースの２種があり、リボ核酸（RNA）にはＤ-リボース、デオキシリボ核酸（DNA）にはデオキシ-Ｄ-リボースが含まれる。塩基はアデニン(A)、グアニン(G)、シトシン(C)、ウラシル(U)、チミン(T)の5つがあるが、RNAではA, G, C, U、DNAではA, G, C, Tが含まれる。

核酸	五炭糖	b-Ｄ-リボース	・・・RNAにのみ存在
		2-デオキシ- b-Ｄ-リボース	・・・DNAにのみ存在
	リン酸	Ｈ3ＰＯ4	Ｄ-リボース         デオキシ-Ｄ-リボース
	塩基 (base)	プリン系	・・・アデニン、グアニン
		ピリミジン系	・・・シトシン、ウラシル(ＲＮＡのみ)、チミン(ＤＮＡのみ)

プリン	アデニン (A)	グアニン (G)	ピリミジン	ウラシル (U)	シトシン (C)	チミン (T)
[核酸を構成する塩基]

　Ｄ-リボースやデオキシ-Ｄ-リボースの1'位に塩基が結合した化合物をヌクレオシド(nucleoside)という。ヌクレオシドの5'位にリン酸がエステル結合した化合物をヌクレオチド(nucleotide)という。

アデノシン5'-リン酸 (AMP)	グアノシン5'-リン酸 (GMP)	ウリジン5'-リン酸 (UMP)	シチジン5'-リン酸 (CMP)
[RNAを構成するリボヌクレオチド]
デオキシアデノシン 一リン酸(dAMP)	デオキシグアノシン 一リン酸(dGMP)	デオキシチミジン 一リン酸(dTMP)	デオキシシチジン 一リン酸(dCMP)
[DNAを構成するデオキシリボヌクレオチド]

核酸（DNAやRNA）は、ヌクレオチド単位が長く連結した鎖状の高分子化合物である。

	各種ＤＮＡ中のプリン，ピリミジンの含量と シャルガフ則 塩基 材料 ヒト肝臓 ニンジン 大腸菌 lファージ A% G% C% T% A/T G/C Pur/Pyr 30.3 19.5 19.9 30.3 1.00 0.98 0.99 26.7 23.1 23.2 26.9 0.99 1.00 0.99 23.8 26.0 26.4 23.8 1.00 0.98 0.99 26.0 23.8 24.3 25.8 1.01 0.98 0.99
	シャルガフ則 A/T=1、G/C=1、 プリン/ピリミジン＝１
	[核酸のポリヌクレオチド鎖]
	X=H (DNA), OH (RNA) 塩基1-4=AGCT (DNA), AGCU (RNA)

デオキシリボ核酸（DNA，deoxyribonucleic acid）

DNAは細胞の核や核様体に存在するが、ミトコンドリアや葉緑体にも少量のDNAがある。
遺伝情報を担うゲノムの実体である。
DNAの1次構造：　塩基の配列順序のことで，遺伝情報そのものである。遺伝子部分はタンパク質やRNAの1次構造を指定する。
DNAの2次構造：　RNAと異なり，DNAは二重らせん構造（double helix）をとる。二重らせん構造には通常のB型DNA以外に，立体構造が少しずつ異なるA型DNAやZ型DNAもある。これらは互いに主溝(major groove)や副溝(minor groove)の深さが異なる｡
シャルガフ則とDNAのＸ線回折像をもとに，この構造が予測された（Watson & Crick、1953年）。二重らせんの直径は20Å、１巻きが34Åで10塩基対に対応する（１塩基対で36°回転）。

[DNAのＸ線回折像]	[ＤＮＡの二重らせん構造のモデル]	主溝 副溝
(A) ＤＮＡ二本鎖間の塩基対： ２本の鎖は互いに逆向きである。 (B) 二重らせんの針金模型： らせんは右巻き。内側に向いた塩基対を構成するプリンとピリミジン環はらせん軸にほぼ垂直。 (C) 二重らせんの空間充填模型： らせんの側面には深い溝（主溝, major groove）と浅い溝（副溝, minor groove）がある。

DNAの鎖は相補的な塩基対を形成し，互いに相手の鎖を認識できる。

[DNA中のチミン(T)とアデニン(A)、シトシン(C)とグアニン(G)間の水素結合 ] Watson-Crick塩基対という。

Ａ・・・・Ｔ　相補的塩基対（complementary base pair） Ｇ・・・・Ｃ　<分子生物学の基礎>

この原理を利用し、DNAのそれぞれのポリヌクレオチド鎖（親鎖）を鋳型として、それらに相補的な新しい鎖（娘鎖、daughter chain）が合成される。新しい鎖を構成する２本の鎖の一方は元の親鎖由来である。これを半保存的複製(semi-conservative replication)という。詳細についてはＤＮＡ複製を参照せよ｡

[DNAの半保存的複製のモデル]

赤い鎖が新しくつくられた鎖で、親鎖由来の黒い鎖と逆平行である点に注意。

リボ核酸（RNA、ribonucleic acid)

細胞質と核に存在。DNAの二本鎖のうち一方を鋳型として、A→ U，T→ A，G→ C，C→ Gの規則に従って合成される。

タンパク質の生合成に関与する主なRNAとしては、次の３種類がある。

伝令ＲＮＡ（messenger RNA，mRNA）

ＤＮＡのタンパク質の1次構造に関する情報を写しとったもの。細胞質に移り，リボソームに結合してタンパク質合成の鋳型となる。
mRNAの3つ組塩基は１つのアミノ酸を指定する。連続した3つの塩基をコドン（codon）といい、１つのアミノ酸に対応する。
（例）GGG → Gly(グリシン)

ｍＲＮＡのコドン表

		２文字目
		U	C	A	G
１ 文 字 目	U	UUU Phe UUC Phe UUA Leu UUG Leu	UCU Ser UCC Ser UCA Ser UCG Ser	UAU Tyr UAC Tyr UAA オーカー UAG アンバー	UGU Cys UGC Cys UGA オパール UGG Trp	U C A G	３ 文 字 目
	C	CUU Leu CUC Leu CUA Leu CUG Leu	CCU Pro CCC Pro CCA Pro CCG Pro	CAU His CAC His CAA Gln CAG Gln	CGU Arg CGC Arg CGA Arg CGG Arg	U C A G
	A	AUU Ile AUC Ile AUA Ile AUG Met	ACU Thr ACC Thr ACA Thr ACG Thr	AAU Asn AAC Asn AAA Lys AAG Lys	AGU Ser AGC Ser AGA Arg AGG Arg	U C A G
	G	GUU Val GUC Val GUA Val GUG Val*	GCU Ala GCC Ala GCA Ala GCG Ala	GAU Asp GAC Asp GAA Glu GAG Glu	GGU Gly GGC Gly GGA Gly GGG Gly	U C A G

AUGは開始コドン。下線は終止コドン。
* 原核生物では開始コドンとなる。
真核細胞のmRNA分子は末端が修飾される → プロセシング
5'末端にキャップ構造，3'末端にポリA鎖をもつ。 タンパク質の1次構造に対応する部分をコード領域という。

　転移ＲＮＡ（transfer RNA，tRNA）

細胞質中に存在する低分子量のRNA。A,G,U,C以外の特殊塩基が含まれる。3‘末端は--CCAで、ここにアミノ酸をエステル結合し、リボソームへと運ぶ。分子中の１ヶ所にアンチコドン（暗号解読部）部位があり、mRNAと結合する。tRNAはタンパク質と核酸の橋渡しをする分子である。
（例）    コドン： 5'-A-G-A- 3' (mRNA)
　アンチコドン： 3'-U-C-U- 5' (tRNA)

　リボソームＲＮＡ（ribosome RNA，rRNA）

リボソームはタンパク質合成の場で、大腸菌では3種のrRNAと53種のタンパク質、真核細胞では4種のrRNAと82種のタンパク質から成る。リボソームの重量の2/3はrRNAが占めている。

アルカリに対する安定性

RNAは酸化され易い2'-OH基があるため，希アルカリで分解される。DNAはアルカリに安定。この性質はDNA中の微量のRNAを除去するのに利用される。

加水分解酵素

RNAやDNAを加水分解する酵素が数多く存在し、それぞれを分解・除去するのに広く利用される。酵素の作用点にはa型とb型の２つがある。

核酸分解酵素

酵素名 基質 作用様式 特異性 切断個所 膵臓リボヌクレアーゼ リボヌクレアーゼT1 (タカシアスターゼ中, コウジカビより単離) ミクロコッカスヌクレ 　アーゼ 蛇毒ヌクレアーゼ 脾臓ヌクレアーゼ 　 RNA RNA RNA, DNA RNA, DNA RNA, DNA エンド (b型) エンド (b型) エンド (b型) エクソ (a型) エクソ (b型) ピリミジン(Py)の後の 3'側 グアニン(G)の後の 3'側 アデニン(A)の後の 5'側 3'側から順次切断 （塩基特異性なし） 5'側から順次切断 (5'OH必要) …Pyp]Xp… …Gp]Xp… …Xp]Ap… …X[pY[pZ(3'-OH) (5'-OH)Xp]Yp]Z… 　 次の3つは制限酵素の例で、特定の塩基配列を認識して切断する。 EcoRI (E. coliより単離) Hae III (Haemophilus aegyptiusより単離) Hind III (Haemophilus influenzaより単離) DNA DNA DNA 　 エンド (a型) エンド (a型) エンド (a型) 　 回文構造 回文構造 回文構造 　 …G[AATTC… …GG[CC… …A[AGCTT…

制限酵素(restriction enzyme)は特定の塩基配列を認識して決まった位置を切断するので、遺伝子工学になくてはならない道具である。その大部分は回文構造を認識する。

[回文(パリンドローム　palindrome)構造の例] 右のように、十字型の構造をとることができる。

核酸の変性とアニーリング

2本のDNA鎖は、ある温度以上に加熱したり、pH 10以上にすると相補鎖が分離しランダム構造になる。これをDNAの変性という。
DNAは260nmにUVの吸収極大を示す（50 mg/mlが吸光度１に相当）。DNAが変性するとUV吸収は約40%増大する（濃色効果、hyperchromic effect）。50%変性する温度をDNAの融点 Tm という。

[DNAの融点]

融点は溶媒、溶液中のイオンの種類と濃度、pH、G：C含量などで変わる。 A：Tは水素結合２本、G：Cは水素結合３本なので、G：C含量が高いほど融点も高い。

変性したDNA溶液を冷却すると、相補的な鎖はひとりでに結合して元の2本鎖に戻る。これをアニーリング（焼きなまし）という。同様に、RNAとDNAの相補鎖も結合し（ハイブリダイゼーション）、RNA-DNAの混成二重らせんをつくる。

	弱い加熱		強い加熱
	冷却 （アニーリング）		冷却
２本鎖らせん構造			１本鎖ランダム構造 （変性状態）
[ＤＮＡの変性とアニーリング]

　ＤＮＡからＲＮＡがつくられ，ＲＮＡからタンパク質がつくられる｡このような遺伝情報の流れを中心教義（セントラルドグマ）とよぶ。ただし，逆転写酵素の発見，ＲＮＡエディティングの発見により，この教義は多少の訂正を余儀なくされている｡

DNA		複製
	転写	アンチコドン
mRNA
	翻訳
アミノ酸
タンパク質
[遺伝情報の流れ（ＤＮＡからタンパク質まで）]

遺伝情報に関する４つの基本過程

(1) 遺伝情報の保存……DNA複製 (DNA replication) (2) 遺伝情報の維持……DNA修復 (DNA repair) (3) 遺伝情報の発現……タンパク質合成 （転写と翻訳） (4) 遺伝情報の改良……遺伝的組み替え