核酸的组成和分类

核酸的组成和分类核酸的组成和分类核酸的基本结构单位是核苷酸，核苷酸由核苷和磷酸组成，核苷由碱基和戊糖组成。

DNA 中戊糖为 D-2-脱氧核糖D-2-deoxyribose，碱基为腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶;RNA 中戊糖为 D-核糖D-ribose，碱基为腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶。

碱基和戊糖的化学结构组成核酸的碱基主要为嘌呤衍生物和嘧啶衍生物，核酸中的嘌呤衍生物都是腺嘌呤和鸟嘌呤。

嘌呤碱基由母体化合物嘌呤衍生而来。

嘧啶碱基是母体化合物嘧啶的衍生物，DNA:嘧啶衍生物为胞嘧啶和胸腺嘧啶，RNA:嘧啶碱为胞嘧啶和尿嘧啶，但 tRNA 中含有少量胸腺嘧啶核酸中还发现一些修饰碱基，也称稀有碱基，它们绝大部分也都是嘌呤和嘧啶类化合物。

稀有碱基含量很少，种类却很多，以甲基化的碱基居多。

核酸中，tRNA 含稀有碱基最多，含量可高达 10,。

(自己画结构) DNA RNA 尿嘧啶(U) 56-二氢尿嘧啶(DHU) 5,羟甲基尿嘧啶(hm5U) 5,甲基尿嘧啶，即胸腺嘧啶 T 5,甲基胞嘧啶(m5C) 4,硫尿嘧啶(s4U) 5,羟甲基胞嘧啶(hm5C) 5,甲氧基尿嘧啶(mo5U) N6,甲基腺嘌呤(m6A) N4-乙酰基胞嘧啶(ac4C) 2-硫胞,甲基腺嘌呤(m1A) N6N6-二甲基腺嘌呤(m26A) N6-异戊烯基嘧啶(s2C) 1腺嘌呤(iA) 1,甲基鸟嘌呤(m1G) N1N2N7-三甲基鸟嘌呤m32，2， 7G 次黄嘌呤(I) 1,甲基次黄嘌呤(m1I) 核酸根据戊糖的种类分类，构成 DNA 的戊糖是 D-2-脱氧核糖，RNA 链的戊糖是 D-核糖。

此外还发现有 D-2-O-甲基核糖。

糖环上的 C 原子编号为1’，2’，3’，4’，5’。

核苷戊糖与碱基缩合而成的化合物称、核苷的分类按照戊糖种类的不同:核糖核苷，脱氧核糖核苷，2-O-为核苷。

1甲基核苷;按照碱基的不同:嘌呤核苷和嘧啶核苷2、核苷的结构特点核苷结构中糖基与碱基以β-糖苷键相连，称为 N-糖苷键，核苷中戊糖均为呋喃型环状结构。

在空间结构上碱基与糖环平面互相垂直，在 DNA 双螺旋中碱基配对是以反式定位的，碱基上的氨基或酮基可以互变异构为亚氨基或烯醇基。

不同 pH 条件下核苷有不同的解离态。

核苷酸 1、种类核苷的磷酸酯叫核苷酸，分为核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸两大类。

核糖核苷的戊糖分别可形成2’ 、3’、5’三种核苷酸;脱氧核糖核苷只能形成3’和5’-核苷酸;2’-O-甲基核苷也只有两种核苷酸。

生物体内存在的游离核苷酸多以5’形式存在，碱水解 RNA 时，可得到2’3’,核糖核苷酸的混合物。

2、核苷酸的结构 3、多磷酸核苷酸核苷中戊糖的羟基被一个磷酸单酯化，称单磷酸核苷酸或单磷酸酯，核苷还有二磷酸酯和三磷酸酯。

细胞中含有少量游离存在的多磷酸核苷酸，它们既可以作为核酸合成的前体，也可以是生物体内的辅酶或能量载体。

(ATP) 4、环核苷酸在细胞中的含量很低，却有极重要的生理功能，在细胞内往往作为重要的调节分子和信号分子，常被称之为“第二信使”。

常见的环核苷酸有3’5’-环化腺苷酸 (cAMP)和3’5’-环化鸟苷酸(cGMP)核酸分子的结构及表示方法 1、结构核酸是由核苷酸通过3’5’-磷酸二酯键连接而成的线性分子 2、表示方法 1)碱基表示法 ademine:Ade thymine:Thy 一般不使用碱基符号2)核苷的表示法核苷一般以单字母表示，A、G、C、U，脱氧核苷以 dA dG dC dT 表示;修饰成分的表示方法是在缩写符号左面以小写英文字母和数字注明取代基种类、数目和位置。

例如:m26A:即 N6N6,二甲基腺苷;m3227G:即 N2N2N7,三甲基鸟苷3 核苷酸的表示法核苷符号左方的小写字母p，表示5’-磷酸酯，核苷符号右方的小写字母 p，表示3’-磷酸酯。

如pA:5’-腺苷酸，Cp:3’-胞苷酸。

多磷酸酯以小写字母 p 的数目表示，ppU;pppA;ppGpp:鸟苷四磷酸，3’5’-环化核苷酸书写为 cAMP，cGMP 等。

4)核酸链的表示法从左向右从5’ 端写至3’ 端5’pApGpC pUpC3’ ，AGC UC，AGC UC 竖线表示核酸的戊糖碳链，A、G、C、T 表示碱基，p 代表磷酸基，p 引出的斜线一端与C3’相连另一端与C5’相连DNA 分子的碱基组成 1、A T、G C ，A G T C 2、DNA 的碱基组成具有特异性不同物种的 DNA 有自己独特的碱基组成，同一物种的DNA 没有组织和器官的特异性，也不随年龄、环境和营养状态变化DNA 的一级结构 DNA 的一级结构就是核苷酸在 DNA 分子中的排列顺序。

DNA 是由 A、T、G、C 四种脱氧核糖核苷酸通过3’5’-磷酸二酯键连接起来的直线型或环型多聚体， DNA 也是一种生物高分子。

生命信息绝大部分贮存在 DNA 分子中，以核苷酸不同的排列顺序编码在DNA 分子上，核苷酸排列顺序变了，其生物学含义也就不同了。

DNA 分子结构无支链。

DNA 的二级结构 1、双螺旋结构的基本特征 1)主链两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴以右手螺旋相互盘绕而成。

多核苷酸链的方向习惯上以C3’?C5’为正向，磷酸核糖处于螺旋外侧，是亲水性的，糖环平面与中心轴平行。

2)碱基对由于几何形状的限制，只有嘧啶和嘌呤配对形成的碱基对才能合适地安置在双螺旋内，碱基位于双螺旋内侧，碱基平面与中心轴垂直，两条核苷酸链依靠碱基之间的氢键维系。

碱基之间的疏水作用可导致碱基堆积，碱基堆积力和碱基对之间的氢键共同稳定了双螺旋结构。

碱基互补原则:A 与 T 配对，形成两个氢键，G 与 C 配对，形成三个氢键。

该原则是 DNA复制、转录等的分子基础。

3)大沟和小沟双螺旋表面有两条螺形凹沟，一条深，一条浅，深的称大沟，1.2nm，宽深 0.8nm，浅的称小沟，宽 0.6nm，深 0.75nm 4)结构双螺旋平均直径为 2nm，相邻碱基对之间的距离，也称碱基堆积。

距离是0.34nm，相邻碱基之间的夹角为 36O，每 10 个核苷酸形成一个螺旋，螺距 3.4nm。

实际的DNA 分子平均每一螺周含 10.4 个碱基对，二个配对碱基不在同一平面，而是扭曲成螺旋浆状，以提高碱基堆积力，使 DNA 结构更稳定。

2、双螺旋结构的类型 1)B-DNA 相对湿度为 92 时得到的 DNA 钠盐纤维，这种 DNA 称 B 型 DNA，生物体内天然状态的 DNA 几乎都以 B-DNA 形式存在。

以上讨论的双螺旋特征均为 B 型双螺旋。

2)A-DNA 当 DNA 钠盐(或钾盐、铯盐)在相对湿度 75时，DNA 就处于 A 型构象。

A-DNA 也是由两条反向的多核苷酸链组成的双螺旋，也为右手螺旋，但螺体宽而短，碱基平面与螺旋轴有 19 O 的倾角，上下两个碱基相差 2.56，二个相邻碱基的夹角是 32.7 O，螺距为 28。

RNA 分子的双螺旋区及 RNA-DNA 杂交双链的结构类似于 A-DNA。

A 型和 B型结构是 DNA 分子的 2 个基本双螺旋形式，A 型结构的螺旋比 B 型螺旋更紧，碱基倾角更大，大沟的深度比小沟深得多。

3)Z-DNA 自然界中还有一种 Z-DNA，为左手螺旋，所以它也称左旋 DNA。

B-DNA与 Z-DNA 之间可以互变 3、三螺旋 DNA 在三股螺旋中，通常是一条同型寡核苷酸与寡嘧啶核苷酸,寡嘌呤核苷酸双螺旋的大沟结合，第三股核苷酸链与寡嘌呤核苷酸之间为同向平行，第三股链的碱基可与 Watson-Crick 碱基对中的嘌呤碱基形成Hoogsteen 氢键。

三股螺旋中的第三股既可以来自分子间，也可以来自分子内。

比如，当 DNA 的一段多聚嘧啶核苷酸或多聚嘌呤核苷酸组成镜像重复(即 H-回文结构) ，就可以回折产生三螺旋结构。

DNA 的三级结构DNA 的三级结构指 DNA 分子通过扭曲和折叠所形成的特定构象，包括不同二级结构单元间的相互作用，单链与二级结构的相互作用以及 DNA 的拓扑特征。

环状 DNA:生物体内有些 DNA 分子以双链环型 DNA形式存在，如细菌染色体 DNA，质粒 DNA，细胞器 DNA 等。

正常的 DNA 分子处于能量最低状态，如果将正常的双螺旋拧紧或拧松，分子会产生额外张力。

若双螺旋末端是开放的，张力可以通过链的转动而释放，如果末端被固定或形成环状分子，张力只能在内部消化，即 DNA内部原子的位置会重排，导致分子扭曲以抵消张力，这种扭曲就称为超螺旋。

超螺旋是 DNA 三级结构的一种形式。

天然 DNA 分子的超螺旋一般为负超螺旋，超螺旋的 DNA 结构比较紧密，密度较大，在离心场中移动较快，在电泳中泳动的速度也比较快，应用超离心及凝胶电泳可以分离不同构象的 DNA。

DNA 分子的一些重要特性 1、DNA 分子的长度大肠杆菌染色体 DNA——bp:4×106MW:2.6×109长度:1.4×106nm(L/D?7105)人类 DNA 分子——bp:3.2×109长度约 1 米(L/D?108)。

极易受机械力的影响而降解。

2、DNA 分子的稳定性 DNA 在生理状态下十分稳定，维持这种稳定性的主要因素是氢键和碱基堆积力。

氢键:G,C gt A-T，碱基堆积力:相邻两个螺旋间碱基的π 电子之间可以产生π,π 堆积。

DNA 的碱基集中在双螺旋内侧，层层堆积起来的碱基在螺旋内形成了强大的疏水区，使之与介质中的水分子隔开。

维持 DNA 分子稳定性的其它因素还有正负电荷之间的静电引力和范德华力。

(介质中的阳离子与核苷酸中的 PO4-3) 3、DNA 分子的可塑性由于热力学作用，在溶液中，DNA 骨架上的共价键转角会改变，引起 DNA 分子的弯曲，缠绕或伸展。

4、DNA 分子结构中的碱基互变异构体 DNA 的化学性质与碱基上的氢原子位置有关，碱基上的氢原子具有较固定的位置 A 和 C 上的氮原子基本上是以 NH2 形式存在，只有少数亚胺基;同样 G 和 T 上的氧常常是酮式，很少有烯醇式。

这一现象具有极重要的生物学意义它是碱基互补原则、双螺旋结构、DNA 复制乃至遗传学的基础。

互变异构偶尔会发生，极端情况下碱基会有不同的解离态，这是 DNA 突变的原因之一，也会导致生物的进化RNA 分子的组成及二级结构 1、RNA 的组成 RNA 的组成与 DNA 类似，也由四种核糖核苷酸组成:腺嘌呤核糖核苷酸，鸟嘌呤核糖核苷酸，胞嘧啶核苷酸和尿嘧啶核苷酸。

与 DNA 相比，核糖核苷酸中，核糖替代了脱氧核糖，尿嘧啶取代了胸腺嘧啶。

RNA 组成上的另一个特点是存在稀有碱基，尤其是tRNA 中稀有碱基为数较多。