一般性
窒素塩基は、ヌクレオチドの構成に関与する窒素原子を含む芳香族複素環式有機化合物です。
ヌクレオチドは、窒素塩基、ペントース（つまり、5個の炭素原子を持つ糖）とリン酸基の結合の果実であり、核酸DNAとRNAを構成する分子単位です。
DNAでは、窒素塩基は次のとおりです。アデニン、グアニン、シトシン、チミン。 「RNAでは、チミンを除いて同じですが、代わりにc」はウラシルと呼ばれる窒素塩基です。
RNAとは異なり、DNAの窒素塩基はペアリングまたは塩基対を形成します。DNAはヌクレオチドの二本鎖構造を持っているため、このようなペアリングの存在が可能です。
遺伝子発現は、DNAヌクレオチドに結合した窒素塩基の配列に依存します。
窒素塩基とは何ですか？
窒素塩基は、ヌクレオチドの構成に関与する窒素を含む有機分子です。
ヌクレオチドは、窒素塩基、5炭素糖（ペントース）、リン酸基のそれぞれで形成され、核酸DNAとRNAを構成する分子単位です。
核酸DNAとRNAは生体高分子であり、生物の細胞の発達と適切な機能が依存しています。
核酸の窒素ベース
DNAおよびRNA核酸を構成する窒素塩基は、アデニン、グアニン、シトシン、チミン、およびウラシルです。
アデニン、グアニン、シトシンは両方の核酸に共通です。つまり、これらはDNAヌクレオチドとRNAヌクレオチドの両方の一部です。チミンはDNA専用ですが、ウラシルはRNA専用です。
したがって、簡単に要約すると、核酸を形成する窒素塩基（DNAまたはRNA）は4つの異なるタイプに属します。
窒素塩基の略語
化学者や生物学者は、窒素塩基の名前をアルファベットの1文字で短縮することが適切であると考えており、このようにして、テキストでの核酸の表現と説明をより簡単かつ迅速に行えるようになりました。
L "アデニンは大文字A、グアニンは大文字G、シトシンは大文字C、チミンは大文字T、最後にl"ウラシルは大文字Uと一致します。
クラスと構造
窒素塩基には2つのクラスがあります。ピリミジンに由来する窒素塩基のクラスとプリンに由来する窒素塩基のクラスです。
図：ピリミジンとプリンの一般的な化学構造。
ピリミジンに由来する窒素塩基は、次の別名でも知られています。ピリミジンまたはピリミジン窒素塩基。一方、プリンに由来する窒素塩基は、プリンまたはプリン窒素塩基という代替用語でも知られています。
シトシン、チミン、およびウラシルは、ピリミジン窒素塩基のクラスに属します。一方、アデニンとグアニンは、プリン窒素塩基のクラスを構成します。
DNAおよびRNAの窒素塩基以外のプリン誘導体の例
プリン誘導体の中には、DNAやRNAの窒素塩基ではない有機化合物もあります。たとえば、カフェイン、キサンチン、ヒポキサンチン、テオブロミン、尿酸などの化合物は上記のカテゴリーに分類されます。
化学的観点から見た窒素ベースとは何ですか？
有機化学者は、窒素塩基とプリンおよびピリミジンのすべての誘導体を芳香族複素環式化合物と定義しています。
- 複素環式化合物は、前述の環において、炭素以外の1つまたは複数の原子を有する有機環（または環状）化合物である。プリンやピリミジンの場合、炭素以外の原子は窒素原子です。
- 芳香族化合物は、ベンゼンと同様の構造的および機能的特性を有する有機環化合物です。
構造
図：ベンゼンの化学構造。
ピリミジンに由来する窒素塩基の化学構造は、主に6個の原子を持つ単一の環で構成されており、そのうち4個は炭素で、2個は窒素です。
実際、ピリミジン窒素塩基は、環の炭素原子の1つに結合した1つまたは複数の置換基（つまり、単一の原子または原子のグループ）を持つピリミジンです。
一方、プリン由来の窒素塩基の化学構造は、主に総原子数が9個の二重環で構成されており、そのうち5個が炭素、4個が窒素です。合計9個の原子を持つ前述の二重環は、ピリジミン環（すなわちピリミジン環）とイミダゾール環（すなわち、別の複素環式有機化合物であるイミダゾール環）との融合に由来します。
図：イミダゾールの構造。
知られているように、ピリミジン環には6個の原子が含まれています。一方、イミダゾール環には5が含まれています。融合により、2つの環はそれぞれ2つの炭素原子を共通に配置します。これが、最終構造に具体的に9つの原子が含まれる理由を説明しています。
プリンおよびピリミジンにおける窒素原子の位置
有機分子の研究と説明を簡素化するために、有機化学者は、炭素と支持構造の他のすべての原子に識別番号を割り当てることを考えました。番号付けは常に1から始まり、非常に特定の割り当て基準（ここでは、省略した方がよい）に基づいており、分子内の各原子の位置を確立するのに役立ちます。
ピリミジンの場合、数値割り当て基準により、2つの窒素原子が位置1と位置3を占め、4つの炭素原子が位置2、4、5、および6に存在することが確立されます。
一方、プリンの場合、数値割り当て基準により、4つの窒素原子が1、3、7、および9の位置を占め、5つの炭素原子が2、4、5、6、および8の位置にあることが確立されます。
ヌクレオチド内の位置
ヌクレオチドの窒素塩基は、共有結合のN-グリコシド結合を介して、対応するペントースの1位の炭素に常に結合します。
特に、
- NS ピリミジンに由来する窒素塩基 それらは、位置1の窒素を介してN-グリコシド結合を形成します。
- ながら プリンに由来する窒素塩基 それらは、9位の窒素を介してN-グリコシド結合を形成します。
ヌクレオチドの化学構造において、ペントースは、窒素塩基とリン酸基が結合する中心的な要素を表しています。
リン酸基をペントースに結合する化学結合はホスホジエステル型であり、リン酸基の酸素とペントースの5位の炭素が関与します。
窒素塩基がヌクレオシドを形成するのはいつですか？
窒素塩基とペントースの組み合わせは、ヌクレオシドの名前をとる有機分子を形成します。
したがって、ヌクレオシドをヌクレオチドに変えるのはリン酸基の付加です。
さらに、ヌクレオチドの特定の定義によれば、これらの有機化合物は、「構成ペントースの炭素５に結合した１つまたは複数のリン酸基を有するヌクレオシド」である。
DNAの組織
DNA、またはデオキシリボ核酸は、ヌクレオチドの2つの非常に長い鎖（またはポリヌクレオチド鎖）で構成される大きな生体分子です。
これらのポリヌクレオチドフィラメントにはいくつかの特徴があり、窒素塩基にも密接に影響するため、特に言及する価値があります。
- それらは互いに団結しています。
- それらは反対方向に向けられています（「逆平行フィラメント」）。
- それらは、まるで2つのスパイラルであるかのように、お互いを包み込みます。
- それらを構成するヌクレオチドはそのような配置を持っているので、窒素塩基は各スパイラルの中心軸に向けられ、ペントースとリン酸基は後者の外部足場を形成します。
ヌクレオチドの特異な配置により、2つのポリヌクレオチドフィラメントの一方の各窒素塩基が、水素結合を介して、もう一方のフィラメントに存在する窒素塩基に結合します。したがって、この結合により、塩基のペアが作成され、生物学者と遺伝学者がペアになります。それをペアリングまたはベースペアと呼びます。
Poc "確かに、2つのフィラメントが一緒に結合されていることが確認されています。結合を決定するために、2つのポリヌクレオチドフィラメントのさまざまな窒素塩基間に存在する結合があります。
窒素塩基間の相補性の概念
DNAの構造を研究することにより、研究者らは窒素塩基間のペアリングが非常に特異的であることを発見しました。実際、彼らは、アデニンはチミンにのみ結合し、シトシンはグアニンにのみ結合することに気づきました。
この発見に照らして、彼らは「窒素塩基間の相補性」という用語を作り出し、アデニンとチミン、およびシトシンとグアニンの間の一義的な結合を示しました。
DNAの物理的寸法と、2つのポリヌクレオチド鎖が享受する特定の安定性を説明するために、窒素塩基間の相補的ペアリングの特定が重要な要素となりました。
アメリカの生物学者ジェームズワトソンとイギリスの生物学者フランシスクリックは、1953年に、DNAの構造の発見に決定的な貢献をしました（「2つのポリヌクレオチド鎖のらせん状のコイル」から相補的な窒素塩基間のペアリングまで）。
いわゆる「二重らせんモデル」の定式化により、ワトソンとクリックは「信じられないほどの直感を持っていました。これは、分子生物学と遺伝学の分野における画期的なターニングポイントを表しています。
実際、DNAの正確な構造の発見により、デオキシリボ核酸が関与する生物学的プロセスを研究および理解することが可能になりました。RNAがどのように複製または形成されるかから、タンパク質がどのように生成されるかまでです。
窒素塩基対を結合する結合
DNA分子内の2つの窒素塩基を結合して相補的なペアを形成するのは、水素結合として知られる一連の化学結合です。
アデニンとチミンは2つの水素結合によって相互作用し、グアニンとシトシンは3つの水素結合によって相互作用します。
ヒトDNA分子にはいくつの窒素塩基対が含まれていますか？
一般的なヒトDNA分子には、約33億の窒素塩基対が含まれています。これは、鎖あたり約33億ヌクレオチドです。
図：アデニンとチミンの間、およびグアニンとシトシンの間の化学的相互作用。読者は、2つのポリヌクレオチド鎖の窒素塩基を一緒に保持する水素結合の位置と数に気付くことができます。
RNAの構成
DNAとは異なり、RNA、またはリボ核酸は、通常、ヌクレオチドの一本鎖で構成される核酸です。
したがって、それを構成する窒素塩基は「不対」です。
ただし、相補的な窒素塩基鎖がないからといって、RNAの窒素塩基がDNAのように対になる可能性が排除されないことを指摘しておく必要があります。
言い換えれば、単一のRNA鎖の窒素塩基は、DNAの窒素塩基と同じように、窒素塩基間の相補性の法則に従って対になることができます。
2つの異なるRNA分子の窒素塩基間の相補的ペアリングは、タンパク質合成（またはタンパク質合成）の重要なプロセスの基礎です。
ウラシルはチミンに取って代わります
「RNA」では、ウラシルがDNAのチミンを構造だけでなく、相補的なペアリングでも置き換えます。実際、RNAの2つの異なる分子が機能するように見える場合、アデニンに特異的に結合するのは窒素塩基です。理由。
生物学的役割
遺伝子の発現は、DNAヌクレオチドに結合した窒素塩基の配列に依存します。遺伝子は、多かれ少なかれ長いDNAセグメント（したがって、ヌクレオチドのセグメント）であり、タンパク質の合成に不可欠な情報が含まれています。アミノ酸で構成され、タンパク質それらは生物学的高分子であり、生物の細胞メカニズムを調節する上で基本的な役割を果たします。
特定の遺伝子の窒素塩基配列は、関連するタンパク質のアミノ酸配列を指定します。
