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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组成,其中P元素含量较为稳定,约为9.5%,因此,可用定磷法测样品中核酸含量。

二、核酸的基本组成单位——核苷酸

核酸在核酸酶的作用下水解为核苷酸。细胞内含有各种核苷酸及其衍生物,具有重要的生理功能。核苷酸可被分解为核苷和磷酸,而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。

(一)戊糖

戊糖(pentose)是构成核苷酸的基本组分(图3-1),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)。

图3-1 核酸中戊糖结构

(二)碱基

碱基是构成核酸的基本组分,是杂环有机化合物——嘧啶和嘌呤的衍生物(图3-2)。嘌呤和嘧啶都含有共轭双键,对260nm的紫外光有强吸收峰。

1.嘌呤 核酸中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)。两类核酸均含有胞嘧啶,但DNA中仅含有胸腺嘧啶,RNA中仅含有尿嘧啶。

图3-2 碱基结构

3.稀有碱基 除上述常规碱基外,核酸中还存在一些含量很少的稀有碱基。稀有碱基一般是常规碱基修饰后产物,也称为修饰碱基(图3-3)。稀有碱基虽然量少,却具有重要的生物学意义。tRNA中稀有碱基的含量较高,约占10%。

图3-3 稀有碱基结构

(三)核苷

核苷是戊糖和碱基缩合而成的糖苷类化合物。戊糖的C-1'和嘌呤的N-9或嘧啶的N-1之间形成β-N-糖苷键。

核苷(图3-4)或脱氧核苷(图3-5)的戊糖是呋喃糖,C-1'是手性碳原子,都有α和β两种构型,戊糖与碱基之间的糖苷键是β-N-糖苷键。

根据核苷中戊糖的差异,核苷也分为两类,即核糖核苷和脱氧核糖核苷。对核苷命名时,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。

图3-4 核苷结构

图3-5 脱氧核苷结构

(四)核苷酸(nucleotide)

核苷中戊糖的羟基被磷酸酯化形成核苷酸。根据戊糖的差异将核苷酸分为核糖核苷酸(图3-6)和脱氧核糖核苷酸(图3-7)。根据磷酸基与戊糖连接位置的不同,可以形成2'-核苷酸、3'-核苷酸和5'-核苷酸。核酸中的核苷酸均为5'-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 monophosphate,NMP)、核苷二磷酸(nucleoside diphosphate,NDP)和核苷三磷酸(nucleoside triphosphate,NTP),以腺苷酸为例,结构式如下所示(图3-8)。

图3-6 核苷酸结构

图3-7 脱氧核苷酸结构

图3-8 三磷酸核苷

在细胞中,核苷酸的衍生物参与物质代谢调控及细胞内信号调节,如环腺苷酸(cyclic adenosine monophosphate,cAMP)和环鸟苷酸(cyclic guanosine monophosphate,cGMP)(图3-9)。cAMP参与调控细胞内多种生理生化过程,如控制细胞的增殖和分化、细胞对激素的反应及细胞凋亡信号的传导等。

图3-9 环磷酸核苷 mjTazW+0JdH2D0XKF8yfY9c4w0hDUOLPSqZMDb4HxcdtyAxsnEf3lfsoJL6yOnQG

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