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塩基対

DNAのはしごは1段ごとに0.34 nmずつ上がり、10段で3.4 nmのらせん1回転になります。

3Dモデルを読み込み中

ドラッグで回転、スクロールまたはピンチで拡大・縮小。

複製です。「再生」を押すと、2本の鎖が離れ、新しいヌクレオチド（青）がそれぞれの古い鎖（ベージュ）と対をつくる様子が見られます。「進み具合」スライダーを動かすと、好きなところで止められます。

ねじれたはしご

NHGRIは、DNAをらせん状にねじれたはしごにたとえています。両側の手すりは糖とリン酸が交互に並んだ鎖で、横木はそれぞれ2つの塩基が互いに結びついたものです。塩基はでたらめに対をつくるわけではありません。アデニンは必ずチミンと、グアニンは必ずシトシンと対になります。そのため、片方の鎖がATGCなら、向かい側の鎖は必ずTACGになります。片側がわかれば、もう片側を書き出せるのです。

なぜこの組み合わせなのでしょうか。塩基には二つの形があります。アデニンとグアニンはプリン塩基で、二つの環がつながっています。シトシンとチミンはピリミジン塩基で、環は一つです。どの横木もプリン塩基一つとピリミジン塩基一つでできているので、横木の長さはすべて同じになり、らせんの幅はどこでも一定に保たれます。対になる2つの塩基は水素結合で結びついています。水素結合は弱い引力で、一つずつなら簡単に切れますが、たくさん集まると強くなります。AとTは2本、GとCは3本の水素結合を共有します。モデルで「部位の名前」をオンにして横木をタップすると、結合が見られます。

らせんの数値

モデルで使っている寸法は、OpenStax Biologyによるものです。らせんの直径は2 nmです。塩基対はそれぞれ下の塩基対より0.34 nm上にあり、1回転の高さは3.4 nmなので、1回転あたりの塩基対は3.4 ÷ 0.34 = 10です。1ナノメートルは1ミリメートルの百万分の一です。モデルの27塩基対の長さは27 × 0.34 = 9.18 nmで、3回転に少し足りません。

2本の鎖は互いに逆向きにも走っています。化学では糖の炭素原子に番号をつけていて、鎖の一方の端は5′の炭素、もう一方の端は3′の炭素で終わります。横木をはさんで、一方の鎖の5′末端はもう一方の鎖の3′末端の隣にあります。これを逆平行といいます。2本の骨格はちょうど向かい合っているわけではないので、ねじれによってらせんのまわりに広い溝と狭い溝ができます。タンパク質はこの溝を足場にして塩基をつかみ、読みとります。

対をつくることがDNAの複製のしくみ

細胞が分裂の準備をすると、らせんは真ん中で裂けて2本の1本鎖になります。それぞれの鎖が鋳型になり、Tのところには必ずA、GのところにはCというように塩基が加えられ、やがてすべての塩基がまた相手をもちます。その結果、元とまったく同じ二重らせんが2つできます。どちらにも古い鎖が1本と新しくつくられた鎖が1本含まれるので、生物学者は複製を半保存的とよびます。モデルでは古い鎖がベージュ、新しい鎖が青なので、たどって見ることができます。

便利な確認方法として、シャルガフの規則があります。どんな2本鎖DNAでも、Aの量はTの量と等しく、Gの量はCの量と等しくなります。これは対のつくり方からそのまま導かれます。ある試料のAが30パーセントなら、Tも30パーセントで、残りの40パーセントがGとCを合わせた分なので、それぞれ20パーセントです。
Aと対になるのはT（水素結合2本）
Gと対になるのはC（水素結合3本）
プリン塩基AとG、環は二つ
ピリミジン塩基CとT（RNAではU）、環は一つ
らせん1回転3.4 nm、10塩基対
逆平行2本の鎖が互いに逆向きに5′から3′へ走る
半保存的複製新しい二重らせんはどれも古い鎖を1本残している
ポイント
  • AはTと（水素結合2本）、GはCと（3本）対になります。
  • どの横木もプリン塩基＋ピリミジン塩基なので、幅は2 nmに保たれます。
  • 1塩基対あたり0.34 nm、1回転あたり3.4 nmで10塩基対。
  • 2本の鎖は逆平行です。複製ではそれぞれの鎖が鋳型になり、どのコピーにも古い鎖が1本残ります。
  1. ATGCと対になる鎖を書きましょう（塩基ごとに向かい側を読む）。
  2. GGATCCと対になる鎖を書きましょう。
  3. ATGCとその相手の鎖の対は、全部で何本の水素結合で結びついていますか？
  4. 100塩基対の区間の長さは何nmですか？
  5. 1回転あたり10塩基対とすると、50塩基対の断片は何回転しますか？
  6. あるDNA試料のAは30パーセントです。Gは何パーセントですか？
  7. らせんの幅がどこでも同じなのはなぜでしょうか。
    • どの横木もプリン塩基1つとピリミジン塩基1つでできているから
    • 塩基はどれも同じ大きさだから
    • 糖がのびて幅を合わせるから
    • 水素結合が引っぱって幅をそろえるから
  8. 1対ずつ引きはがすとき、はがれにくいのはどちらの対でしょうか。
    • G-C
    • A-T
    • どちらも同じ
    • A-G
  9. 1回の複製のあと、新しい二重らせんはそれぞれ何を含んでいるでしょうか。
    • 古い鎖1本と新しい鎖1本
    • 新しい鎖2本
    • 古い鎖2本
    • どちらの鎖も古い部分と新しい部分が半分ずつ
  10. DNAの2本の鎖は逆平行です。これはどういう意味でしょうか。
    • 5′から3′への向きが互いに逆になっている
    • 2本が一度も触れ合わない
    • 2本の配列が同じである
    • 左向きにねじれている
このコースの出典 (11)
  • NHGRI "Deoxyribonucleic Acid (DNA) Fact Sheet" (genome.gov/about-genomics/fact-sheets/Deoxyribonucleic-Acid-Fact-Sheet)
  • "Chromosomes Fact Sheet" (genome.gov/about-genomics/fact-sheets/Chromosomes-Fact-Sheet)
  • "Human Genome Project" and its timeline (genome.gov/human-genome-project, genome.gov/human-genome-project/timeline)
  • "Telomere-to-Telomere" (genome.gov/about-genomics/telomere-to-telomere)
  • "Polymerase Chain Reaction (PCR) Fact Sheet" (genome.gov/about-genomics/fact-sheets/Polymerase-Chain-Reaction-Fact-Sheet)
  • "What is Genome Editing?" (genome.gov/about-genomics/policy-issues/what-is-Genome-Editing)
  • "Human Genomic Variation" (genome.gov/about-genomics/educational-resources/fact-sheets/human-genomic-variation)
  • OpenStax Biology 2e , 12.1 "Mendel's Experiments and the Laws of Probability", 12.2 "Characteristics and Traits", 14.2 "DNA Structure and Sequencing", 14.6 "DNA Repair" (openstax.org/books/biology-2e)
  • MedlinePlus Genetics "HBB gene" and "Sickle cell disease" (medlineplus.gov/genetics)
  • NCBI RefSeq NM_000518.5 (HBB coding sequence) and ClinVar VCV000015333 (c.20A>T, p.Glu7Val)
  • Nobel Prize in Chemistry 2020 summary (nobelprize.org/prizes/chemistry/2020/summary)

確認日: 2026-10-17