核酸的化学组成

HOCH2 O
H H OH H
dA
假尿苷
胸腺嘧啶核糖核苷 稀有核苷（tRNA）
4.核苷酸 (nucleotide)

核苷酸是核苷的磷酸酯。作为DNA或RNA结构单元的核苷 酸分别是5′-磷酸-脱氧核糖核苷和5′-磷酸-核糖核苷。
O HO P OH2C O B OH OH OH 核糖核苷酸 O HO P OH2C O B OH OH 脱氧核糖核苷酸
一、核酸的一般化学组分
DNA、RNA中主要的碱基、核苷和核苷酸
戊糖
RNA
D-核糖
碱基
A G C U
核苷
腺苷A 鸟苷G 胞苷C 尿苷U 脱氧腺苷dA 脱氧鸟苷dG 脱氧胞苷dC 脱氧胸苷dT
核苷酸
5’-腺苷酸（AMP） 5’-鸟苷酸（GMP） 5’-胞苷酸（CMP） 5’-尿苷酸（UMP） 5’-脱氧腺苷酸（dAMP） 5’-脱氧鸟苷酸（dGMP） 5’-脱氧胞苷酸（dCMP） 5’-脱氧胸苷酸（dTMP）
（1）信封式 糖环的C2’和C3’中只有一个原子偏离平面则称为 信封式折叠（Envelope,简写为E ）。如C2’-endo （2E),C2’-exo(E2)，C3’- endo( 3E) ,C3’-exo( E3 )。上 述几种构象可分别以侧视简图表示：
C5’ 4’ 3’ 2’ N 1’ C5’ 4’ 3’ 2’ 1’ C3’- endo(3E) N
D- 核 糖
D-2- 脱 氧 核 糖
糖环的折叠构象
核酸中糖环的折叠形式是一个构象问题。
所谓构象是指化合物中可以自由转动的单键上的原子 或基团绕单键旋转或随单键扭转时产生的若干种不同 的空间排列形式；构象的改变不伴随着共价键的破坏。 构型是指共价键化合物分子中各原子在空间的相对排 列关系。由于共价键具有方向性，所以每一分子具有 一定的几何构型，如乳酸的D和L型、单糖的α和β型。 构型的改变涉及共价键的破坏。 核酸中的戊糖只有一种构型，即β- D型，但它们的构 象却有许多种。
C5’ 4’ 3’ C2’-endo -C3’-exo（3T)
2
2’
O 1’
N
C5’
4’
3’
O 2’
N
1’ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
C2’-exo-C3’- endo(3T2)
3.核苷 (nucleoside)

核苷由戊糖和碱基缩合而成，嘌呤的N9或嘧啶的 O N1与戊糖C-1’-OH以C-N糖苷键相连接。
NH2 N N 9 N H H N N O HOCH2 O H H H OH O H U H 1 N
DNA
D-2-脱氧核糖
A G C T
1.组成核酸的碱基 腺嘌呤 Adenine
NH2 N
鸟嘌呤
嘌呤
6
1N 2 5
guanine
7 N
O
N 3
4
N 9
8
N
N NH
N H
N
N H
N
NH2
A
G
1.组成核酸的碱基 尿嘧啶 uracil
O
嘧啶
4 3N 2 5
胞嘧啶 胸腺嘧啶 cytosine thymine
O
O
C2’-endo（2E) C5’ 4’ 3’ O 2’ 1’ N C5’ 4’
N O 3’ C3’-exo(E3) 2’ 1’
C2’-exo(E2)
（2）扭转式 糖环的C2’和C3’都偏离平面而且偏离方向相反称 为扭转式折叠（Twist,简写为T ）。如C2’-endo C3’-exo（23T), C2’-exo-C3’- endo(3T2) 。上述几种构 象可分别以侧视简图表示：
B=腺 嘌 呤 ， 鸟 嘌 呤 ， 胞 嘧 啶 ， 尿 嘧 啶 或 胸 腺 密 啶
核苷酸的衍生物
（1） ATP (腺嘌呤核糖核苷三磷酸)
• ATP是生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。它的 结构如下：
NH2 N O O P O
-
N N N H H
O O P O
-
O O P O
-
OCH2 H H
核酸中戊糖的五元糖环不呈一个平面，其中的 C1’-O-C4’这3个原子一般在一个平面上，而C2’和 C3’偏离平面0.05～0.06nm，这种偏离就使糖环具 有不同的构象。若C2’或C3’偏离平面的方向与C5’ 同向，则称为内式（endo)构象；若与C5’反向， 则称为外式（exo）构象。 综合C2’和C3’偏离平面的情况，糖环的折叠形 式有两大类：
一、核酸的一般化学组分 二、核酸的修饰组分 三、核酸及其组分的化学反应 四、核酸组分的分离鉴定
二、核酸的修饰组分
1948年Hotchkiss在小牛胸腺DNA中检测到 5－甲基胞嘧啶脱氧核苷，这使人们认识到， 除了基本组分外，核酸中还有一些特别的组分 存在。 到目前为止，核酸中发现了近 80 种特别的 组分，它们绝大多数是基本组分的衍生物，即 在碱基或核糖的某些位置上附加或取代掉某些 基团。把这些特别的组分称为修饰组分（也称 稀有组分或附加组分）。
NH2
O
H3C
NH
N
NH
N 1
6
N H O
N H
O
N H
O
2，4-二氧嘧啶
2-氧-4-氨基嘧啶
5-甲基-2，4-二氧嘧啶
U
C
T
组成核酸的稀有碱基

核酸中除了5类基本的碱基外，还有一些含量甚 少的碱基，称为稀有碱基。
O
N N N N O N N
NH2
—CH3
I
m5C
DHU
碱基的结构特征
碱基都具有芳香环的结构特征。嘌呤环和嘧啶 环均呈平面或接近于平面的结构。 碱基的芳香环与环外基团可以发生酮式—烯醇 式或胺式—亚胺式互变异构。
O
OH OH 三磷酸腺苷 (AT P)
(2) GTP (鸟嘌呤核糖核苷三磷酸)
（3）环化核苷酸cAMP 和 cGMP
cAMP(3’,5’- 环腺嘌呤核苷一 磷酸 ) 和 cGMP( 3’,5’- 环鸟嘌 呤核苷一磷酸 ) 的主要功能是 作为细胞之间传递信息的信使。 cAMP 和 cGMP 的环状磷酯键 是一个高能键。在 pH 7.4 条 件下 , cAMP 和 cGMP 的水解 能约为43.9 kj /mol，比 ATP 水解能高得多。

胺 式 亚 胺 式 互 变 异 构
酮 式 烯 醇 式 互 变 异 构
已公认：氢原子在碱基上有固定的位置
2.戊糖

组成核酸的戊糖有两种。DNA所含的戊糖 为β-D-2-脱氧核糖；RNA所含的戊糖则 为β-D-核糖。
HOCH2 H H OH O H H OH H OH H OH HOCH2 H O H H OH

5．核苷酸的生物学作用
（1）参与DNA、RNA的合成、蛋白质的合成、糖 与磷脂的合成。 （2）在能量转化中起重要作用，ATP是生物体内 能量的通用货币。 （3）是构成多种辅酶的成分：NAD、NADP、FAD、 FMN和CoA。 （4）参与细胞中的代谢与调节（cAMP、cGMP）。
第一章
核酸化学组分的结构和性质