RNA（リボ核酸）とは｜定義・構造・塩基・DNAとの違いを解説

RNAとは何かを図解で簡潔に解説。定義・構造・塩基・DNAとの違い、種類や機能、ウイルスでの役割まで初心者にもわかる入門ガイド。

RNAとは、リボ核酸の頭文字をとったもので、核酸の一種です。現在では多くの種類が知られています。

RNAはDNAとは物理的に異なります。DNAは2本のコイル状の鎖を含んでいますが、RNAは1本の鎖しか含んでいません。RNAはまた、DNAとは異なる塩基を含んでいます。これらの塩基は以下の通りです。

(A)アデニン

(G) グアニン

C）シトシン

ウラシル

アデニンはウラシルと結合を形成し、グアニンはシトシンと結合を形成する。このように、アデニンはウラシルと相補的であり、グアニンはシトシンと相補的であると言うことになります。最初の3つの塩基はDNAにもありますが、ウラシルはアデニンの相補体としてチミンに代わっています。

RNAはまた、DNAに見られるデオキシリボースとは対照的にリボースを含んでいます。これらの違いにより、RNAはDNAよりも化学的に反応性が高くなります。このため、RNAは細胞反応に参加するのに適した分子となっています。

RNAは、特定のウイルス、特にHIVウイルスのようなレトロウイルスでは遺伝情報の担体である。これは、DNAが遺伝物質であるという一般的なルールの唯一の例外である。

構造と化学的特徴

RNAは一本鎖が基本ですが、一本鎖の内部で塩基対（A-U、G-C）を形成して折りたたまれ、ヘアピン（stem-loop）や茎（stem）・ループ（loop）といった二次構造を作ります。こうした立体構造により、RNAは触媒的な働き（リボザイム）や複雑な分子認識を行えます。

化学的には、RNAはリボースという五炭糖を持ち、糖の2'位にヒドロキシル基（–OH）があります。この2'–OHがあるためにRNAは加水分解を受けやすく、DNAに比べて化学的に不安定で分解されやすいという性質があります。一方でその反応性が機能的多様性を生み出しています。

塩基と塩基対の詳しい説明

RNAの塩基はアデニン（A）、グアニン（G）、シトシン（C）、ウラシル（U）の4種類です。アデニンはウラシルと対を作り、グアニンはシトシンと対を作ります（A–U、G–C）。DNAではウラシルの代わりにチミン（T）が存在します。塩基対の形成は相補的塩基配列に基づき、遺伝情報の読み取りや立体構造の形成に重要です。

また転写や翻訳の過程では、RNA内の塩基の並びがアミノ酸配列を決定する遺伝コードの基礎となります。さらに、tRNAに見られる“ワブル”位置など、完全に一致しないペアリングが許容されることも生物学的には重要です。

主なRNAの種類と機能

• メッセンジャーRNA（mRNA）：遺伝子の情報をDNAからリボソームへ運び、アミノ酸配列へ翻訳されます。真核生物では5'キャップや3'ポリ(A)テール、スプライシング（イントロン除去）などの加工を受けます。
• リボソームRNA（rRNA）：リボソームの構成成分であり、翻訳の場としての構造と触媒機能（ペプチド結合形成）を担います。
• 転移RNA（tRNA）：アミノ酸をリボソームへ運び、mRNAのコドンに合わせて適切なアミノ酸を供給します。独特の二次・三次構造を持ちます。
• 小分子調節RNA（miRNA、siRNA）：遺伝子発現の制御（mRNA分解や翻訳抑制）に関与します。
• スプライシングやプロセシングに関与するsnRNA、snoRNA：RNAの加工や修飾に関わります。
• 長鎖非翻訳RNA（lncRNA）：転写調節、クロマチン構造の変化など多様な調節機能を持つことが知られています。
• リボザイム（酵素的RNA）：RNA自身が触媒活性を持ち、特定の化学反応を促進します。

DNAとの主な違い

主な違いをまとめると：

• 鎖の本数：DNAは通常二本鎖、RNAは主に一本鎖。
• 糖の種類：DNAはデオキシリボース、RNAはリボース（2'–OHがある）。
• 塩基：DNAはA、G、C、T（チミン）を持つのに対し、RNAはA、G、C、U（ウラシル）を持つ。
• 安定性：RNAは2'–OHにより化学的に不安定で短寿命になりやすい（だが機能的には有利）。
• 機能的役割：DNAは遺伝情報の長期保存に適し、RNAは情報伝達、触媒、調節など多様な機能を持つ。

RNAウイルスと遺伝情報

多くのウイルスはRNAを遺伝物質として持ちます。中には逆転写酵素を使ってRNAからDNAへ変換するレトロウイルス（例：HIV）もあり、これが宿主ゲノムに組み込まれることで複製サイクルを成立させます。こうした例は「DNAが唯一の遺伝物質である」という一般認識の例外に当たります。

生物学的意義と応用

RNAは生命活動における多くのプロセスで中心的役割を果たします。転写や翻訳、遺伝子発現の制御、酵素活性など。近年ではRNAを用いた技術が急速に発展しており、代表例としてはmRNAワクチン（タンパク質を一時的に細胞内で作らせる）、siRNA/miRNAを用いた遺伝子サイレンシング、CRISPR-Casシステムで使われるガイドRNAなどがあります。

まとめ

RNAは単なる「DNAの補助分子」ではなく、多様な構造と機能を持つ重要な生体分子です。化学的にはDNAと異なり反応性が高く不安定ですが、その性質があるからこそ触媒活性や迅速な調節が可能になります。研究や医療応用も進んでおり、理解を深めることで新たな治療法やバイオテクノロジーの展開が期待されています。

タンパク質合成RNA

メッセンジャーＲＮＡ

RNAの主な機能は、アミノ酸配列の情報を遺伝子から細胞質内のリボソームでタンパク質が組み立てられるところまで運ぶことです。

これはメッセンジャーRNA（mRNA）によって行われます。DNAの一本鎖は、そのDNA鎖から転写されるmRNAの設計図である。この塩基対の配列は、RNAポリメラーゼと呼ばれる酵素によってDNAから転写されます。その後、mRNAは核から細胞質のリボソームへと移動し、タンパク質を形成します。mRNAは、塩基対の配列をアミノ酸の配列に翻訳してタンパク質を形成します。この過程を翻訳という。

DNAは様々な理由で核から離れません。DNAは非常に長い分子で、染色体の中でヒストンと呼ばれるタンパク質と結合しています。mRNAは転写されると、核を離れてリボソームに移動します。

2 種類のノンコーディング RNA は、細胞内でタンパク質を構築する過程を助けています。それらはトランスファーRNA（tRNA）とリボソームRNA（rRNA）です。

ティーアールエヌエー

トランスファーRNA（tRNA）は、リボソームで特定のアミノ酸をポリペプチド鎖に運ぶ約80ヌクレオチドの短い分子です。アミノ酸ごとに異なるtRNAがあります。それぞれのtRNAには、アミノ酸が付着する部位と、mRNA上のコドンと一致するアンチコドンがあります。例えば、コドンUUUやUUCはアミノ酸のフェニルアラニンをコードしています。

ｒＲＮＡ

リボソームRNA（rRNA）は、リボソームの触媒成分である。真核生物のリボソームには4種類のrRNA分子が含まれています。18S、5.8S、28S、5S rRNAである。これらのrRNA分子のうち3つは核小体で合成され、1つは他の場所で合成されます。細胞質では、リボソームRNAとタンパク質が結合してリボソームと呼ばれる核タンパク質を形成しています。リボソームはmRNAと結合し、タンパク質の合成を行います。rRNAは非常に豊富に存在し、典型的な真核生物の細胞質に見られる10mg/mlのRNAの80%を占めています。

スナＲＮＡ

小さな核内RNA（snRNA）はタンパク質と結合してスプライソソームを形成する。このスプライソソームは代替スプライシングを制御しています。遺伝子は、エクソンと呼ばれるビットでタンパク質をコードしています。このビットは、さまざまな方法で結合して、異なる mRNA を作ることができます。このように、一つの遺伝子から多くのタンパク質を作ることができます。これが代替スプライシングのプロセスです。タンパク質の不要なバージョンはプロテアーゼによって切り刻まれ、化学的なビットは再利用されます。

成熟した真核生物mRNAの構造。完全に処理されたmRNAは、5'キャップ、5'UTR、コーディング領域、3'UTR、ポリ(A)テールを含む。UTR = 翻訳されていない領域

質問と回答

Q: RNAとは何の略ですか?

Q: RNAはDNAと物理的にどう違うのですか?

Q: RNAにはどのような塩基があるのですか?

Q: RNAの塩基間の結合様式はどのようなものですか?

Q: RNAはDNAと化学的にどう違うのですか?

Q: RNAは細胞反応においてどのような役割を果たしていますか?

Q: RNAを遺伝情報の運び屋として使うウイルスは何ですか?

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