核酸的化学组成
核酸的化学组成
天然存在的核酸有两类,即脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)和核糖核酸(ribonucleic acid,RNA)。DNA分子是生物体的遗传信息库,分布在原核细胞的核区,真核细胞的核和细胞器以及病毒中;RNA分子参与遗传信息表达的一些过程,主要存在于细胞质。
一、核酸的基本组成单位
核酸是一种多聚核苷酸,用不同的降解法得到其组成单位——核苷酸。而核苷酸又由碱基、戊糖和磷酸组成。
(一) 戊糖
DNA含β-D-2-脱氧核糖,RNA含β-D-核糖。这是核酸分类的依据。核糖中的C记为1'……5'。
(二)碱基(base)
核酸中的碱基有两类:嘌呤碱和嘧啶碱。有5种基本的碱基外,还有一些含量甚少的稀有碱基。DNA和RNA中常见的两种嘌呤碱是腺嘌呤(adenine,A)、鸟嘌呤(guanine,G)。而嘧啶碱有所不同:RNA主要含胞嘧啶(cytosine,C)、尿嘧啶(uracil,U),DNA主要含胞嘧啶、胸腺嘧啶(thymine,T)。
tRNA中含有较多的稀有碱基(修饰碱基),多为甲基化的。
(三)核苷
是碱基和戊糖生成的糖苷。通过C1'- N9或C1'- N1糖苷键连接,用单字符表示,脱氧核苷则在单字符前加d。常见的修饰核苷有:次黄苷或肌苷为I、黄嘌呤核苷X、二氢尿嘧啶核苷D、假尿苷Ψ等。注意符号的意义,如m5dC。
(四)核苷酸
是核苷的磷酸酯。生物体内游离存在的多是5'- 核苷酸(如pA、pdG等)。常见的核苷酸为AMP、GMA、CMP、UMP。常见的脱氧核苷酸有dAMP、dGMA、dCMP、dTMP。AMP是一些重要辅酶的结构成分(如NAD+、NADP+、FAD等);环化核苷酸(cAMP/cGMP)是细胞功能的调节分子和信号分子。ATP在能量代谢中起重要作用。
核苷酸是两性电解质,有等电点。核苷酸有互变异构和紫外吸收。(含氧的碱基有酮式和烯醇式两种互变异构体,在生理pH条件下主要以酮式存在)
二、核苷酸的连接方式
RNA和DNA链都有方向性,从5'→ 3'。前一位核苷酸的3'- OH与下一位核苷酸的5'位磷酸基之间形成3',5'-磷酸二酯键,从而形成一个没有分支的线性大分子,两个末端分别称为5'末端和3'末端。大分子的主链由相间排列的戊糖和磷酸构成,而碱基可看作主链上的侧链基团,主链上的磷酸基是酸性的,在细胞pH下带负电荷;而碱基有疏水性。
讨论:列表说明DNA和RNA在化学组成、分子结构和生物功能方面的主要特点。
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