生物化學(xué)與分子生物學(xué):第一節(jié)　核酸的化學(xué)組成

核酸是生物體內(nèi)的高分子化合物，包括DNA和RNA兩大類。

一、元素組成

組成核酸的元素有C、H、O、N、P等，與蛋白質(zhì)比較，其組成上有兩個(gè)特點(diǎn)：一是核酸一般不含元素S，二是核酸中P元素的含量較多并且恒定，約占9～10%。因此，核酸定量測(cè)定的經(jīng)典方法，是以測(cè)定P含量來(lái)代表核酸量。

二、化學(xué)組成與基本單位

核酸經(jīng)水解可得到很多核苷酸，因此核苷酸是核酸的基本單位。核酸就是由很多單核苷酸聚合形成的多聚核苷酸。核苷酸可被水解產(chǎn)生核gydjdsj.org.cn/pharm/苷和磷酸，核苷還可再進(jìn)一步水解，產(chǎn)生戊糖和含氮堿基(圖15－1)。

圖15－1　核酸的組成

核苷酸中的堿基均為含氮雜環(huán)化合物，它們分別屬于嘌呤衍生物和嘧啶衍生物。核苷酸中的嘌呤堿(purine)主要是鳥(niǎo)嘌呤(guanine,G)和腺嘌呤(adenine,A)，嘧啶堿(pyrimidine)主要是胞嘧啶(cytosine,C)、尿嘧啶(uracil,U)和胸腺嘧啶(thymine,T)。DNA和RNA都含有鳥(niǎo)嘌呤(G)、腺嘌呤(A)和胞嘧啶(C)；胸腺嘧啶(T)一般而言只存在于DNAwww.med126.com中，不存在于RNA中；而尿嘧啶(U)只存在于RNA中，不存在于DNA中。它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)請(qǐng)參見(jiàn)圖示。

核酸中五種堿基中的酮基和氨基，均位于堿基環(huán)中氮原子的鄰位，可以發(fā)生酮式一烯醇式或氨基�瞾啺被�之間的結(jié)構(gòu)互變。這種互變異構(gòu)在基因的突變和生物的進(jìn)化中具有重要作用。

有些核酸中還含有修飾堿基(modifiedcomponent)，(或稀有堿基，unusual component)，這些堿基大多是在上述嘌呤或嘧啶堿的不同部位甲基化(methylation)或進(jìn)行其它的化學(xué)修飾而形成的衍生物。一般這些堿基在核酸中的含量稀少，在各種類型核酸中的分布也不均一。DNA中的修飾堿基主要見(jiàn)于噬菌體DNA，如5-甲基胞嘧啶(m5C)，5-羥甲基胞嘧啶hm5C；RNA中以tRNA含修飾堿基最多，如1-甲基腺嘌呤(m1A)，2，2一二甲基鳥(niǎo)嘌呤(m22G)和5，6-二氫尿嘧啶(DHU)等。

嘌呤和嘧啶環(huán)中含有共軛雙鍵，對(duì)260nm左右波長(zhǎng)的紫外光有較強(qiáng)的吸收。堿基的這一特性常被用來(lái)對(duì)堿基、核苷、核苷酸和核酸進(jìn)行定性和定量分析。

核酸中的戊糖有核糖(ribose)和脫氧核糖(deoxyribose)兩種，分別存在于核糖核苷酸和脫氧核糖核苷酸中。為了與堿基標(biāo)號(hào)相區(qū)別，通常將戊糖的C原子編號(hào)都加上“′”，如C1′表示糖的第一位碳原子。

戊糖與嘧啶或嘌呤堿以糖苷鍵連接就稱為核苷，通常是戊糖的C1′與嘧啶堿的N1或嘌呤堿的N9相連接。

核苷中戊糖的羥基與磷酸以磷酸酯鍵連接而成為核苷酸。生物體內(nèi)的核苷酸大多數(shù)是核糖或脫氧核糖的C5′上羥基被磷酸酯化，形成5′核苷酸。核苷酸在5′進(jìn)一步磷酸化即生成二磷酸核苷和三磷酸核苷。以核糖腺苷酸為例，除AMP外，還有二磷酸腺苷(ADP，adenosine 5′－diphosphate)和三磷酸腺苷(ATP，adenosine 5′-triphosphate)兩種形式。核苷酸的二磷酸酯和三磷酸酯多為核苷酸有關(guān)代謝的中間產(chǎn)物或者酶活性和代謝的調(diào)節(jié)物質(zhì)，以及作為核苷酸有關(guān)代謝的中間產(chǎn)物或者酶活性和代謝的調(diào)節(jié)物質(zhì)，以及作為生理儲(chǔ)能和供能的重要形式。

核苷酸還有環(huán)化的形式。它們主要是3′，5′－環(huán)化腺苷酸(cAMP,adenosine 3′,5′－cyclicmonophosphate)和3′，5′－環(huán)化鳥(niǎo)苷酸(cGMP,guanosine 3′，5′－cyclic monophosphate)，化學(xué)結(jié)構(gòu)如下。環(huán)化核苷酸在細(xì)胞內(nèi)代謝的調(diào)節(jié)和跨細(xì)胞膜信號(hào)中起著十分重要的作用。

表15－1　核苷酸及相應(yīng)的核苷、堿基名稱中英文對(duì)照表