第三章 多聚核苷酸与核酸
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第三章核酸的结构和功能核酸(nucleic acid)是重要的生物大分子,它的构件分子是核苷酸(nucleotide),天然存在的核酸可分为脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)和核糖核酸(ribonucleic acid,RNA)两类。
DNA贮存细胞所有的遗传信息,是物种保持进化和世代繁衍的物质基础。
RNA 中参与蛋白质合成的有三类:转移RNA(transfer RNA,tRNA),核糖体RNA(ribosomal RNA,rRNA)和信使RNA(messenger RNA,mRNA)。
20世纪末,发现许多新的具有特殊功能的RNA,几乎涉及细胞功能的各个方面。
第一节核苷酸核苷酸可分为核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸两类,核糖核苷酸是RNA的构件分子,而脱氧核糖核苷酸是DNA构件分子。
细胞内还有各种游离的核苷酸和核苷酸衍生物,它们具有重要的生理功能。
核苷酸由核苷(nucleoside)和磷酸组成。
而核苷则由碱基(base)和戊糖构成(图3-1)。
一、碱基构成核苷酸中的碱基是含氮杂环化合物,有嘧啶(pyrimidine)和嘌呤(purine)两类。
核酸中嘌呤碱主要是腺嘌呤和鸟嘌呤,嘧啶碱主要是胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶。
DNA 和RNA中均含有腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶,而尿嘧啶主要存在于RNA中,胸腺嘧啶主要存在于DNA中。
在某些tRNA分子中也有胸腺嘧啶,少数几种噬菌体的DNA含尿嘧啶而不是胸腺嘧啶。
这五种碱基受介质pH的影响出现酮式、烯醇式互变异构体。
在DNA和RNA中,尤其是tRNA中还有一些含量甚少的碱基,称为稀有碱基(rare bases)稀有碱基种类很多,大多数是甲基化碱基。
tRNA中含稀有碱基高达10%。
二、戊糖核酸中有两种戊糖DNA中为D-2-脱氧核糖(D-2-deoxyribose),RNA中则为D-核糖(D-ribose)(图3-5)。
在核苷酸中,为了与碱基中的碳原子编号相区别核糖或脱氧核糖中碳原子标以C-1’,C-2’等。
第三章核酸的结构与功能核酸(nucleic acid)是重要的生物大分子,是生物化学与分子生物学研究的重要对象和领域。
由于核酸的结构和功能比较复杂,分子很不稳定,在细胞中的含量又比较小,在四类生物大分子中,它的研究开始最晚。
现代生物化学建立于18世纪下半叶。
“蛋白质”一词最早于1838年,由J.J.Berzelius提出,“核酸”这个词出现要晚半个世纪。
1868年瑞士外科医师米歇(Friedrich Miescher)由脓细胞中分离提取出一种含磷量很高的酸性物质,称为核素(nuclein),继任者发展了制备不含蛋白质的核酸的方法,1889年R.Altmann最早提出“核酸”(nucleic acid)一词。
核酸的研究改变了整个生命科学的面貌,并由此诞生了分子生物学这一当今发展最迅速、最有活力的学科。
核酸分为两大类:脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)和核糖核酸(ribonucleic acid,RNA)。
RNA根据其结构和功能的不同主要分为三类:信使RNA(messenger RNA,mRNA)、转运RNA(transfer RNA,tRNA)和核糖体RNA(ribosomal RNA,rRNA)。
DNA 是遗传信息的贮存和携带者,RNA主要是转录、传递DNA上的遗传信息,直接参与细胞蛋白质的的生物合成。
在真核细胞中,DNA绝大部分(约98%)存在于细胞核染色质中,其余分布于细胞器(如线粒体、叶绿体)中;RNA绝大部分(约90%)分布在细胞质中,其余分布在细胞核内。
第一节核酸的分子组成核酸是一种多聚核苷酸,它的基本结构是核苷酸(nucleotide)。
采用不同的降解法,可以将核酸降解成核苷酸,核苷酸还可以进一步降解为核苷和磷酸。
核苷再进一步分解生成含氮碱基(base)和戊糖。
碱基分两大类:嘌呤碱和嘧啶碱。
所以,核酸由核苷酸组成,而核苷酸又由碱基、戊糖与磷酸组成。
表3-1-1 两类核酸的基本化学组成一、核苷酸核苷酸可分为核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸两类。