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核酸

ヌクレオチドのポリマー(ポリヌクレオチド)で、一般に、3'位と5'位がリン酸ジエステルで架橋された、分岐しない線状ポリマーを核酸と呼ぶ。DNA(deoxyribonuleic acid), RNA(ribonucleic acid)の二種類がある。

構成

核酸の化学構造は、リボース部分、塩基部分、リン酸部分からなる。

DNA

PDB image

AとTは2つの水素結合で対合し、GとCは3つの水素結合で対合する。

RNA

DNAと異なるのは、リボース2'位が水酸基であることと、チミンではなくメチル基が無いウラシルであること。

分光測定

濃度決定

DNAやRNAは核酸塩基に由来する260nm付近の吸収があり、DNA/RNA溶液の濃度や純度を吸光度で決定することができる。濃度の概算は以下のように計算する。

濃度 μg/mL

[dsDNA] = 50 x A260nm
[ssDNA] = 37 x A260nm
[ssRNA] = 40 x A260nm

濃度 μmol/mL (pmol/μL)

[dsDNA] = 50 x A260nm ÷ (N x 660)
[ssDNA] = 37 x A260nm ÷ (N x 330)
[ssRNA] = 40 x A260nm ÷ (N x 330)

濃度決定(塩基数を指定)

λmax
A 259nm
C 267nm
G 253nm
T 267nm

4つの核酸塩基は、それぞれ吸収スペクトルの最大波長(λmax)も吸光係数(εmax)が異なる。特にプリン環(A,G)の吸光度はピリミジン環の吸光度よりも高いため(右表を参照)、正確な濃度決定をするためには各塩基それぞれの数と吸光係数から計算する。

プラスミドやDNA断片などのように長い核酸の場合は上の簡単な計算法で構わないが、プライマーのような短い断片やGC含有量が50%から乖離している場合にはそれぞれの塩基数を指定して計算する。

濃度 μmol/mL (pmol/μL)

[c] = A260 x 100 ÷ (1.5NA + 0.71NC + 1.2NG + 0.84NT)

NA,NC,NG,NT:各塩基の数

純度決定

DNAやRNAなどの核酸の吸収スペクトルとそれ以外の分子(タンパク質や残フェノール)の吸収スペクトルの違いを利用して、純度を見積もることができる。

核酸塩基はどの塩基とも260nm付近に吸収極大λmaxを持つ。一方、タンパク質はチロシン側鎖やトリプトファン側鎖の280nm付近に吸収帯を持つ(タンパク質の定量法)。この違いを利用し、A260nmとA280nmの比を取ることで、溶液中の核酸の純度を見積もることができる。

A260nm/A280nmの目安

  • 純度の高いRNA溶液:2.0
  • 純度の高いDNA溶液:1.8
  • タンパク質溶液:0.6

(UV Spectrophotometry of DNA, RNA, and Proteins)

※実はDNA溶液の純度評価よりタンパク質溶液の純度評価に向いている。> 核酸の濃度評価(英語版Wikipedia)

核酸塩基

修飾塩基

ゲノムにおけるメチル化塩基は塩基対を形成するための水素結合を阻害しない。

リボース

D-ribosedeoxy-D-ribose
RNAを構成するDNAを構成する
PubChem image 5779
PubChem image 439576

RNAの場合は2'位が水酸基のリボースであり、DNAの場合は2'位が水素(脱酸素、deoxy)のデオキシリボースである。

化学

RNAの塩基触媒加水分解

RNAがDNAより化学的安定性が低いのは、2'位の水酸基の存在による。

  1. 塩基触媒によって脱プロトンされた2'位の水酸基が、リン酸を求核攻撃
  2. 3'側で結合していた次のリボヌクレオチドとのリン酸ジエステルが切断される。
  3. 2'位のリン酸ジエステルが加水分解される。

RNAの加水分解

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