窒素塩基 - 定義と構造

窒素塩基は DNA と RNA に見られます。 Shunyuファン/ゲッティイメージズ

窒素塩基は、元素窒素を含む有機分子であり、 ベースとして機能します 化学反応で。基本的なプロパティはから派生します 孤立電子対 窒素原子上。

窒素塩基は、分子の構成要素として主要な役割を果たすため、核酸塩基とも呼ばれます。 核酸 デオキシリボ核酸 （ DNA ) とリボ核酸 ( RNA ）。

窒素塩基には 2 つの主要なクラスがあります。 プリンおよびピリミジン .どちらのクラスも分子ピリジンに似ており、非極性の平面分子です。ピリジンと同様に、各ピリミジンは単一の複素環有機環です。プリンは、二重環構造を形成するイミダゾール環と縮合したピリミジン環からなる。

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5つの主要な窒素塩基

窒素塩基は、DNA および RNA の相補的な塩基に結合します。 Shunyu Fan / Getty Images

多くの窒素塩基がありますが、知っておくべき最も重要な5つは、に見られる塩基です。 DNAとRNA 、生化学反応のエネルギーキャリアとしても使用されます。これらは、アデニン、グアニン、シトシン、チミン、およびウラシルです。各塩基には、排他的に結合して DNA と RNA を形成する、いわゆる相補的な塩基があります。相補的な塩基は、遺伝暗号の基礎を形成します。

個々のベースを詳しく見てみましょう...

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アデニン

アデニンプリン窒素塩基分子。 MOLEKUUL/SCIENCE PHOTO LIBRARY /ゲッティイメージズ

アデニンとグアニンはプリン体です。アデニンは、多くの場合、大文字の A で表されます。DNA では、その相補的な塩基はチミンです。アデニンの化学式はC₅H₅N₅. RNA では、アデニンはウラシルと結合します。

アデニンと他の塩基は、リン酸基と糖リボースまたは2'-デオキシリボースのいずれかと結合します ヌクレオチドを形成する .ヌクレオチド名は塩基名に似ていますが、プリンの場合は「-オシン」で終わり（たとえば、アデニンはアデノシン三リン酸を形成します）、ピリミジンの場合は「-イジン」で終わります（たとえば、シトシンはシチジン三リン酸を形成します）。ヌクレオチド名は、分子に結合するリン酸基の数を指定します: 一リン酸、二リン酸、および三リン酸。 DNA と RNA のビルディング ブロックとして機能するのはヌクレオチドです。プリンと相補的なピリミジンの間で水素結合が形成され、DNA の二重らせん形状を形成したり、反応の触媒として作用したりします。

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グアニン

グアニンプリン窒素塩基分子。 MOLEKUUL/SCIENCE PHOTO LIBRARY /ゲッティイメージズ

グアニンは、大文字の G で表されるプリンです。その化学式は C₅H₅N₅O. DNA と RNA の両方で、グアニンはシトシンと結合します。グアニンによって形成されるヌクレオチドはグアノシンです。

食事では、プリンは肉製品、特に肝臓、脳、腎臓などの内臓に豊富に含まれています.少量のプリンは、エンドウ豆、豆、レンズ豆などの植物に含まれています。

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チミン

チミンピリミジン窒素塩基分子。 MOLEKUUL/SCIENCE PHOTO LIBRARY /ゲッティイメージズ

チミンは、5-メチルウラシルとしても知られています。チミンは DNA に含まれるピリミジンで、アデニンに結合します。チミンの記号は大文字の T です。その化学式は C です。₅H₆N₂〇₂.その対応するヌクレオチドはチミジンです。

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シトシン

シトシン ピリミジン窒素塩基分子。 ラグナデザイン/ゲッティイメージズ

シトシンは大文字の C で表されます。DNA および RNA では、グアニンと結合します。ワトソン-クリック塩基対でシトシンとグアニンの間に 3 つの水素結合が形成され、DNA が形成されます。シトシンの化学式はC4H4N2O2です。シトシンによって形成されるヌクレオチドはシチジンです。

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ウラシル

ウラシルピリミジン窒素塩基分子。 MOLEKUUL/SCIENCE PHOTO LIBRARY /ゲッティイメージズ

ウラシルは、脱メチル化チミンと見なすことができます。ウラシルは大文字の U で表されます。その化学式は C です。₄H₄N₂〇₂.の 核酸 、それはアデニンに結合した RNA に見られます。ウラシルはヌクレオチドウリジンを形成します。

自然界には他にも多くの窒素含有塩基があり、分子は他の化合物に組み込まれている場合があります。例えば、ピリミジン環は、チアミン (ビタミン B1) やバルビツエート、ヌクレオチドに見られます。ピリミジンは一部の隕石にも含まれていますが、その起源はまだ不明です。自然界に存在するその他のプリンには、キサンチン、テオブロミン、カフェインなどがあります。

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ベースペアリングの確認

パシーカ/ゲッティイメージズ

DNA では、塩基対は次のとおりです。

• で
• G - C

RNA では、ウラシルがチミンの代わりになるため、塩基対は次のようになります。

• に
• G - C

窒素ベースは内部にあります DNA二重らせん 、分子の骨格を形成する各ヌクレオチドの糖とリン酸部分。 DNAヘリックスが分裂するとき、 DNAを転写する 、相補的な塩基が露出した各半分に付着するため、同一のコピーを形成できます。いつ RNAの働き DNAを作るためのテンプレートとして、翻訳、相補的な塩基は、塩基配列を使用してDNA分子を作成するために使用されます。

それらは互いに相補的であるため、細胞はほぼ同量のプリンとピリミジンを必要とします。細胞内のバランスを維持するために、プリンとピリミジンの両方の産生は自己抑制的です。 1つが形成されると、それは同じものの生産を抑制し、その対応物の生産を活性化します.