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'''핵염기'''(核鹽基, {{llang|en|nucleobase}})는 [[뉴클레오사이드]]의 구성 성분으로 [[질소]]를 함유하고 있는 생물학적 [[화합물]]이다. 뉴클레오사이드는 [[뉴클레오타이드]]의 구성 성분이며, 뉴클레오타이드는 [[핵산]]을 구성하는 [[단위체]]로 작용한다. 핵염기는 '''질소 염기'''(窒素鹽基, {{llang|en|nitrogenous base}}) 또는 간단히 '''염기'''(鹽基, {{llang|en|base}})로도 알려져 있다. 핵염기가 [[염기쌍]]을 형성하고, 서로 겹쳐 쌓이게 하는 능력은 [[리보핵산]](RNA) 및 [[디옥시리보핵산]](DNA)와 같은 긴 사슬 구조를 형성하게 한다.
 
[[아데닌]](A), [[구아닌]](G), [[사이토신]](C), [[티민]](T), [[유라실]](U)의 5가지 핵염기를 주요 염기라고 한다. 이들 주요 염기들은 [[유전 부호|유전 암호]]의 기본 단위로 기능하며, 아데닌(A), 구아닌(G), 사이토신(C), 티민(T)은 [[DNA]]에서 발견되고, 아데닌(A), 구아닌(G), 사이토신(C), 유라실(U)은 [[RNA]]에서 발견된다. 티민과 유라실은 티민이 고리의 5번 위치에 [[메틸기]]를 가지고 있다는 점을 제외하면 동일하다.
 
아데닌과 구아닌은 [[퓨린]]에서 유래한 융합된 고리 골격 구조를 가지고 있기 때문에 퓨린 염기라고 한다. 마찬가지로 사이토신, 유라실, 티민은 [[피리미딘]]에서 유래한 단일 고리 골격 구조를 가지고 있기 때문에 피리미딘 염기라고 한다. 퓨린 계열의 염기는 아데닌의 6번 탄소와 구아닌의 2번 탄소에 [[아미노기]]를 특징적으로 가지고 있다.<ref name="NIH.gov">{{저널 인용| vauthors = Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L | title = Section 25.2, Purine Bases Can Be Synthesized de Novo or Recycled by Salvage Pathways. | journal = Biochemistry. 5th Edition | url = https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22385/| access-date = 2019-12-11 }}</ref> 전형적인 이중나선 DNA에서 아데닌(A)은 티민(T)과 염기쌍을 형성하고, 구아닌(G)은 사이토신(C)과 염기쌍을 형성한다. 이러한 퓨린 염기와 피리미딘 염기는 [[상보성 (분자생물학)|상보적인 염기쌍]]을 형성하여 DNA 이중나선의 두 가닥을 [[수소 결합]]으로 연결한다. DNA에서 퓨린 계열 염기와 피리미딘 계열 염기 사이에 상보적인 염기쌍이 형성되므로 DNA 이중나선의 지름은 2 [[나노미터|nm]]로 일정하다. 상보적인 염기의 아미노기와 카보닐기 사이에 수소 결합을 형성하게 되는데, 아데닌(A)과 티민(T) 사이에는 2개의 수소 결합을, 구아닌(G)과 사이토신(C) 사이에는 3개의 수소 결합을 형성한다.