ピリミジン塩基

ピリミジン塩基

ピリミジン塩基（pyrimidine base, Pyr）は、DNAやRNAといった核酸を構成する基本的な分子の一つで、六員環構造を持つピリミジン環を骨格とする塩基性の化合物の総称です。これらの塩基は、核酸鎖において遺伝情報を担う重要な役割を果たしています。

主要な種類と構造

生体内に存在する主要なピリミジン塩基には、シトシン (Cytosine, C)、チミン (Thymine, T)、ウラシル (Uracil, U) があります。これらの塩基は、糖（デオキシリボースまたはリボース）と結合してヌクレオシドを形成し、さらにリン酸基が結合することでヌクレオチドとなります。ヌクレオチドが多数連なることで核酸が構築されます。

DNA (デオキシリボ核酸) の構成要素としては、シトシンとチミンが含まれます。
RNA (リボ核酸) の構成要素としては、シトシンとウラシルが含まれます。RNAではチミンの代わりにウラシルが用いられます。

これらの基本構造に加え、細胞内には修飾されたピリミジン塩基も存在します。例えば、真核生物のDNAにおいて遺伝子発現の調節に関与する5-メチルシトシンや、特定のウイルス（T偶数系ファージなど）に見られる5-(ヒドロキシメチル)シトシンなどが知られています。

生合成経路

ピリミジン塩基は、細胞内で複雑な代謝経路を経て合成されます。この生合成経路の中心的な中間体は、ウリジル酸（ウリジン一リン酸, UMP）です。

ピリミジン環の合成は、グルタミンから派生したカルバモイルリン酸とアスパラギン酸を基質として始まります。これらの分子が結合してカルバモイルアスパラギン酸が生成された後、分子内で環化が起こり、ジヒドロオロチン酸が生成します。ジヒドロオロチン酸は酸化酵素によって脱水素化され、オロチン酸となります。オロチン酸は、リボース-リン酸と結合（ホスホリボシル化）してオロチジル酸となり、さらに脱炭酸反応を経てウリジル酸（UMP）が合成されます。

ウリジル酸が合成された後、他のピリミジンヌクレオチドはウリジル酸からの変換によって生成されます。例えば、シチジン三リン酸 (CTP) は、ウリジル酸がウリジン三リン酸 (UTP) に変換された後、アミノ基が付加されることで合成されます。また、チミジル酸 (dTMP) は、ウリジル酸からデオキシウリジン一リン酸（dUMP）を経由し、メチル基が付加されることで合成されます。このように、ピリミジン塩基は生体内において相互に変換されるダイナミックな代謝サイクルを形成しています。

ピリミジン二量体

DNAやRNAが紫外線に曝露されると、同一の核酸鎖上で隣接する2つのピリミジン塩基が異常な共有結合を形成することがあります。この結合によって生じる構造はピリミジン二量体と呼ばれます。最も一般的なのは、隣接するピリミジン残基の5位と6位炭素間にシクロブタン型の架橋が形成されるシクロブタンピリミジン二量体 (CPD) です。具体的には、チミン同士が結合したチミン二量体、シトシン同士が結合したシトシン-シトニン二量体、ウラシル同士が結合したウラシル-ウラシル二量体などがあります。

これらのピリミジン二量体は、DNAの複製や転写といった生体内プロセスを阻害し、遺伝子に傷害を与える主要な原因となります。特にシクロブタンピリミジン二量体は、紫外線による細胞死の大きな要因とされています。また、紫外線によって形成される別のタイプの異常構造として6-4光産物もあり、これは突然変異誘発の原因として重要であると考えられています。

細胞には、このようなピリミジン二量体などの損傷を修復するための様々な機構（DNA修復機構）が備わっており、遺伝情報の正確な維持に貢献しています。

ピリミジン塩基は、核酸の構造と機能に不可欠な構成要素であり、生命活動において中心的な役割を担っています。

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