二、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)
核酸又稱多核苷酸，組成DNA的脫氧核糖核苷酸主要為四種，即dAMP、dGMP、dCMP及dTMP；組成RNA的核糖核苷酸主要有AMP、GMP、CMP及UMP四種。對(duì)兩種核酸的組成可簡(jiǎn)寫如下：
DNA=（堿基-脫氧核糖-磷酸)n；RNA=（堿基-核糖-磷酸)n
核酸中核苷酸的連接方式為：一個(gè)核苷核C-3’上羥基與下一個(gè)核苷核酸C-5’連接在磷酸羥基脫水縮合成酯鍵，稱酯鍵稱3’5’磷酸二酯鍵，若干個(gè)核苷酸間依3’5’磷酸二酯鍵連接成長(zhǎng)鏈的大分子即為核酸。此長(zhǎng)鏈稱多核苷酸鏈，在鏈的一核苷酸，其C-5’連接的磷酸只一個(gè)酯鍵，稱此核苷酸為鏈的5’磷酸未端或5’。鏈的另一端核苷酸上C-3’上羥基是自由的，對(duì)此核苷酸稱為3’羥基末端或3’端，鏈內(nèi)的核苷酸在C-5’上磷酸已形成二酯鍵，C-3’上羥基也已參與二酯鍵的形成，故稱核苷酸殘基。
核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)乃指其核苷酸鏈中核苷酸的排列順序，由于核酸中核苷酸彼此之間的差別乃在于堿基部分，故核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)即指核酸分子中堿基的排列順序。
對(duì)核酸一級(jí)結(jié)構(gòu)的描述為：將5’磷酸末端書于左側(cè)，中間部分為核苷酸殘基，3’羥基末端書于右側(cè)。通常用豎線表示核糖，堿基標(biāo)于豎線上端，豎線間有含P的斜線，代表3’,5’磷酸二酯鍵。此表示法及簡(jiǎn)化式如下：
三、核酸的高級(jí)結(jié)構(gòu)
核酸的多核苷酸鏈在次級(jí)鍵的基礎(chǔ)上，還可形成更為復(fù)雜的二級(jí)及三級(jí)的高級(jí)結(jié)構(gòu)。
�。ㄒ�)DNA
1．二級(jí)結(jié)構(gòu)1953年Watson 及Crick在化學(xué)分析及X光衍射法觀察DNA結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提出了著名的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型（double helix model)此結(jié)構(gòu)是在核酸一級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上形成的更為復(fù)雜的高級(jí)結(jié)構(gòu)，即DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖18-1。
圖18－1 DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)
P：磷酸基；S：脫氧核糖；G：鳥嘌呤；
A：腺嘌呤；T：胸腺嘧啶C：胞嘧啶
DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)即雙螺旋結(jié)構(gòu)，其內(nèi)容可歸納為：
�。�1)DNA分子為二條多核苷酸鏈以一共同軸為中心，盤繞成右手雙螺旋結(jié)構(gòu)。螺旋直徑2nm。螺旋盤繞形成鏈間的兩種溝，即寬的大溝與狹窄的小溝。
�。�2)二條多核苷酸鏈的走向相反，通常取左側(cè)鏈從上到下為5’→3’端，右則鏈從下向上為5’→3’端，這樣二條鏈構(gòu)成反平行排列的雙螺旋。
�。�3)二條多核苷酸鏈借氫鍵而連系在一起。氫鍵乃一鏈堿基上-NH2的氫與另一鏈上堿基的氧或氮形成。堿基有二個(gè)氫鍵，G與C之間有三個(gè)氫鍵（圖18-3)。這種相配關(guān)系稱為堿基互補(bǔ)或堿基配對(duì)。配對(duì)的堿基處于同一平面，此平面與雙螺旋的中心軸垂直，由于二條鏈中堿基互補(bǔ)，所以二鏈彼此又稱為互補(bǔ)鏈。
�。�4)堿基對(duì)之間氫鍵的能量為3～7kcal/mol，由于氫鍵多，所以可維系DNA雙鏈結(jié)構(gòu)。另外堿基對(duì)彼此間距離為0.34nm,每一螺旋含10個(gè)堿基對(duì)，故螺距為3.4nm，相鄰堿基對(duì)間彼此尚有范德瓦士（van der Waals)力作用（此力量為1～2kcal/mol,作用范圍為0.5nm)，能量雖弱但由于堿基對(duì)多，合力也就大�？梢妷A基對(duì)的氫鍵及堿基對(duì)之間的范德瓦士力是穩(wěn)定DNA成雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要能量。
上述DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)是溶液及活體中常見的形式，通稱B型。當(dāng)B型所處條件的濕度低于75%時(shí)，可轉(zhuǎn)變?yōu)锳型。A型的堿基對(duì)不垂直于雙螺旋的軸、傾斜約20度，螺距降為2.8nm，每一螺旋含11個(gè)堿基對(duì)。B型與A型的水合程度不同，它們是DNA分子在天然條件下的兩種基本形式。除A、B型外尚發(fā)出有C型雙螺旋，似B型，螺距3.3nm，第一螺旋含9個(gè)堿基對(duì)。
DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)闡明的量重要意義在于第一次提出了遺傳信息是以DNA分子中核苷酸的排列順序?yàn)閮?chǔ)存方式，從而說明了天然遺傳信息的復(fù)制過程。
2．三級(jí)結(jié)構(gòu)已發(fā)現(xiàn)線粒體、葉綠體、細(xì)菌、質(zhì)粒及一些病毒的DNA雙螺旋分子尚可形成封閉環(huán)狀，天然狀態(tài)的環(huán)狀DNA分子多扭曲成麻花狀的超螺旋結(jié)構(gòu)（superhelix)，這些比螺旋更為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)即DNA分子的三級(jí)結(jié)構(gòu)。
真核生理細(xì)胞核中的DNA具有一種超螺旋結(jié)構(gòu)，即DNA雙螺旋盤繞在組蛋白上形成核小體（nucleosome)。核小體是染色質(zhì)（chromatin)的核心小粒，由有140個(gè)堿基對(duì)的雙螺旋DNA纏繞于由組蛋白（H2A、H2B、H3及H4各二分子)組成的八聚體外面，這一DNA股由此形成直徑為9nm的超螺旋1.75圈。此核小體又經(jīng)60個(gè)堿基對(duì)的DNA雙螺旋及組蛋白H1形成細(xì)絲（間隔區(qū))與下一個(gè)核小體相連接。
核小體的DNA雙螺旋為200個(gè)堿基對(duì)，長(zhǎng)度應(yīng)為0.34nm×200=68nm，但實(shí)際長(zhǎng)度只10nm，說明DNA雙螺旋鏈進(jìn)一步螺旋化盤繞在組蛋白八聚體上，其長(zhǎng)度壓縮了7/8。每6個(gè)核小體又繞成一圈形成螺線管，外徑為30nm，螺距為10nm。這樣DNA分子長(zhǎng)度被壓縮了6/7。120個(gè)螺線管又盤繞成直徑為400nm，高為30nm的超螺線管，DNA分子長(zhǎng)度又被壓縮了40/41，此超螺線管即染色體的單位纖維（unit fiber)，長(zhǎng)20～60nm。從單位纖維形成染色單體（chromatid)，實(shí)際長(zhǎng)度為2～10nm，DNA分子長(zhǎng)度又被壓縮了5/6～6/7。這樣從許多核小體組成的串珠樣纖維經(jīng)多層次螺旋化結(jié)構(gòu)到形成染色單體，DNA分子的長(zhǎng)度已被壓縮至近1/10000。
�。ǘ�)RNA
RNA分子也是由核苷酸依3’,5’磷酸二酯鍵形成的多核苷酸鏈。RNA總是以單鏈的形式存在，也有5’磷末端及3’羥基末端。RNA單鏈的局部折疊成的某一片段的A及G分別與另一片段的U及C配對(duì)常形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)（hairpin structure)。在此結(jié)構(gòu)內(nèi)的堿基無需全部配對(duì)，而配對(duì)部位形成小的雙螺旋區(qū)域，不能配對(duì)的堿基則連成小環(huán)從螺旋區(qū)中被圈出來。這種RNA單鏈局部小雙螺旋結(jié)構(gòu)即是RNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)。
