第一节
核酸的分子组成

一、核酸的元素组成

核酸由C、H、O、N、P五种元素组成，其中P含量较为稳定，约为9.5%，因此，可用定磷法检测样品中核酸含量。

二、核酸的基本组成单位——核苷酸

在多种条件下，核酸水解的终产物为核苷酸。核苷酸可被分解为核苷和磷酸，核苷又可进一步被分解为戊糖和碱基，碱基分为嘌呤和嘧啶两类。

因此，核苷酸由磷酸、戊糖和碱基组成，是核酸的基本组成单位。两类核酸的化学组成见表3-1。

（一）戊糖

戊糖（pentose）是构成核苷酸的基本组分之一，为呋喃糖，其五个碳原子分别标以C-1＇、C-2＇…C-5＇。在RNA和DNA中，戊糖分别为β-D-核糖（ribose）和β-D-脱氧核糖（deoxyribose），两者的C-2＇所连基团分别为-OH和-H，这一结构差异使得DNA的化学性质比RNA稳定，因此，绝大多数生物选择DNA作为遗传物质，只有少数病毒以RNA作为遗传物质。

（二）碱基

碱基（base）是构成核酸的基本组分之一，包括两类含氮杂环化合物，即嘌呤（purine）和嘧啶（pyrimidine）。嘌呤和嘧啶都含有共轭双键，使环呈平面结构，较难溶于水，在260nm的紫外光区有吸收峰。

1．嘌呤 核酸中常见的嘌呤衍生物有两种，分别为腺嘌呤（adenine，A）和鸟嘌呤（guanine，G）。

2．嘧啶 核酸中常见的嘧啶衍生物有三种，分别为胞嘧啶（cytosine，C）、尿嘧啶（uracil，U）和胸腺嘧啶（thymine，T）。尿嘧啶和胸腺嘧啶分别为RNA和DNA特有，而胞嘧啶则为两类核酸所共有。

3．稀有碱基 除上述五种常见碱基外，核酸中还存在一些含量稀少的碱基，称为稀有碱基。稀有碱基的结构多种多样，一般是在常见碱基上经甲基化、乙酰化、氢化、氟化或硫化等化学修饰而成，因此，也被称为修饰碱基（表3-2）。tRNA中稀有碱基含量较高，约为总量的10%。

（三）核苷

核苷（nucleoside）是戊糖和碱基缩合而成的糖苷类化合物。根据核苷中戊糖的差异，核苷分为两类：核糖核苷和脱氧核糖核苷。对核苷命名时，须先冠以碱基的名称，如腺嘌呤核苷、胞嘧啶核苷或脱氧胸腺嘧啶核苷等。为了与碱基原子编号区别，糖的原子编号加撇。戊糖的C-1＇与嘌呤碱N-9或嘧啶碱N-1之间形成糖苷键，因此，把连接戊糖与碱基之间的化学键称为N-糖苷键。

核苷或脱氧核苷的戊糖都是呋喃糖，且糖环中C-1＇都是手性碳原子，所以，戊糖都有α和β两种构型，戊糖与碱基之间的糖苷键均为N-β-糖苷键。

X射线衍射实验证明，核苷中的戊糖与碱基都是环形分子，且糖平面与碱基平面相互垂直。

（四）核苷酸

核苷中戊糖的羟基被磷酸酯化，形成核苷酸（nucleotide）。根据戊糖的差异，可将核苷酸分为两类：脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸。由于核糖含2＇、3＇和5＇三个游离羟基，因此，核糖核苷酸有三种：2＇-核苷酸、3＇-核苷酸和5＇-核苷酸。但脱氧核糖只有3＇和5＇两个游离羟基，因此，脱氧核苷酸只有两种：3＇-脱氧核苷酸和5＇-脱氧核苷酸。因核酸中的核苷酸均为5＇-核苷酸，故其代号可省去5＇，简称核苷酸。

根据核苷连接磷酸基团数目的不同，核苷酸可分为核苷一磷酸（nucleoside，NMP）、核苷二磷酸（nucleoside diphosphate，NDP）和核苷三磷酸（nucleoside triphosphate，NTP），以腺苷酸为例，结构式如下图所示。

细胞内存在大量的多磷酸核苷酸，它们除了作为核酸的合成原料外，也是辅酶的重要组分和能量的载体。如ATP参与辅酶如辅酶Ⅰ、辅酶Ⅱ、FAD的构成；UTP参与糖原合成，GTP参与蛋白质合成，CTP参与磷脂合成，其中ATP在生物体的能量贮藏和利用中起关键性作用。

DNA和RNA分子常见的核苷酸见表3-3。

在细胞中，核苷酸的某些衍生物参与细胞信号转导和物质代谢调控。如普遍存在于动植物和微生物细胞的环腺苷酸（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）和环鸟苷酸（cyclic guanosine monophosphate，cGMP）作为细胞信号转导的第二信使在调节物质代谢和细胞功能中发挥作用。cAMP和cGMP化学结构如下。 jQ/Mk563MX97jiSLjkH7bqhUVAz6D9ggUbzPmrP4/aI8pdGpYtWaAF1BS46vx6B4