2.1 核酸的化学组成

核酸的基本化学组成
核酸是一类复杂的有机分子，它们通常由氮元素、碳元素和氧元
素构成。

它们负责传递特定信息，并促进特定生物过程，例如遗传信
息和表达。

核酸最基本的单位是碱基（也称为核苷酸），它们以双螺旋的形
式耦合在一起，形成一种叫做核苷酸链的结构。

碱基由四种基本的分
子构成，包括腺烷酸（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（G）和尿嘧啶（C）。

它们都含有独特的结构，其中腺烷酸（A）和胸腺嘧啶（T）是
同构体，而胞嘧啶（G）和尿嘧啶（C）是异构体。

碱基之间是通过磷酸作为“桥梁”而联系在一起的，因此在化学
方面，核酸结构也叫做磷酸核苷酸链（DNA）或糖磷酸核苷酸链（RNA）。

碱基的序列决定了核酸的结构和功能，因此它们极其重要。

此外，核酸还可以含有其他类型的分子，例如核苷酸类似物、核
糖体和蛋白质等。

比如，DNA含有糖磷酸核苷酸及其他类似物，称为核
糖体；而RNA 则通常含有蛋白质，叫做核糖体和去甲肽环（ribosome）。

因此，总的来说，核酸是一种由碱基（如腺烷酸、胸腺嘧啶、胞
嘧啶和尿嘧啶）、磷酸和其他分子（如核糖体、蛋白质和去甲肽环）
组成的复杂有机分子，是生物过程的重要调节因子，也是生命的基础。

核酸的化学元素《核酸的化学元素》同学们，今天咱们来聊聊核酸这个神奇的东西，不过呢，在这之前咱们得先把一些化学基础知识搞清楚，就像盖房子得先准备好砖头一样。

咱们先说说化学元素。

化学元素就像是构建化学世界的基本字母。

核酸主要是由碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、磷（P）这些元素组成的。

这就好比一个篮球队，每个元素都有自己独特的作用，少了谁都不行。

那这些元素是怎么组合在一起形成核酸的呢？这就涉及到化学键啦。

化学键就像是原子之间的小钩子。

比如说离子键吧，它就像带正电和负电的原子像超强磁铁般吸在一起。

打个比方，就像冬天的时候，你穿的毛衣和头发之间，因为静电就会有那种吸附的感觉，这有点像离子键的作用。

而共价键呢，是原子共用小钩子连接。

这就好比两个人一起拉一个东西，大家都出点力，通过这个东西就连接在一起了。

核酸是个大分子，它的形成过程其实就像搭积木一样，通过这些化学键把不同的原子组合起来。

在这个过程中，还有一个概念叫化学平衡。

化学平衡就像是拔河比赛，反应物和生成物就像两队人。

在反应开始的时候，反应物这边人多力量大，就不断地向生成物那边转化。

但是呢，随着生成物越来越多，它也会有一股力量想变回反应物。

最后达到正逆反应速率相等、浓度不再变化的状态，这就像是拔河比赛两边都拉不动了，就保持在一个相对稳定的状态。

核酸分子还有个特性叫分子的极性。

这个怎么理解呢？咱们可以把分子想象成小磁针。

比如说水是极性分子，氧一端就像磁针南极带负电，氢一端就像北极带正电。

而二氧化碳是直线对称的非极性分子，就像一个两边完全一样的东西，没有那种一端带正电一端带负电的情况，就像一根笔直的没有磁性的小棍。

在化学里，还有配位化合物这个概念。

这个可以类比成一个聚会，中心离子就像是聚会的主角，配体就是那些提供孤对电子共享的小伙伴。

大家凑在一起，形成了一种特殊的组合。

核酸的合成和一些反应过程中还涉及到氧化还原反应中的电子转移。

这就像做生意一样，是一种交易。

核酸化学知识点总结一、核酸的化学结构1. 核酸的基本结构核酸是由核苷酸组成的，核苷酸又由碱基、糖和磷酸组成。

碱基分为嘌呤和嘧啶两类，嘌呤包括腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G），嘧啶包括胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）或尿嘧啶（U）。

糖分为核糖和脱氧核糖，其中RNA中的糖为核糖，DNA中的糖为脱氧核糖。

核苷酸是由碱基和糖组成的核苷，再与磷酸结合形成核苷酸。

2. 核酸的二级结构核酸的二级结构是指单条核酸链上碱基序列所具有的空间结构。

DNA分子具有双螺旋结构，由两条互补的DNA链通过氢键相互缠绕形成。

RNA分子没有固定的二级结构，但在一些情况下也可以形成双链结构。

3. 核酸的三级结构核酸的三级结构是指单条核酸链在立体空间上所呈现的结构。

DNA分子呈现出右旋的螺旋结构，RNA分子则可以形成各种复杂的结构。

4. 核酸的四级结构核酸的四级结构是指多条核酸链相互作用所形成的更为复杂的结构。

在一些特定情况下，核酸分子可以形成四级结构，并参与到一些生物学过程中。

二、核酸的功能1. 遗传信息的储存与传递核酸是生物体内遗传信息的携带者，DNA分子储存着生物体的遗传信息，RNA分子则在转录和翻译过程中参与到遗传信息的传递和表达中。

2. 蛋白质合成核酸通过转录和翻译的过程，参与到蛋白质的合成过程中。

DNA分子在转录过程中产生mRNA，mRNA再通过翻译过程将基因信息翻译成蛋白质。

3. 调节基因表达在一些生物学过程中，核酸可以通过转录调控、剪接调控和甲基化调控等方式来参与到基因的表达调节中。

4. 氧化磷酸化核酸分子参与到细胞内氧化磷酸化过程中，通过释放出磷酸来提供细胞内化学能量，并维持细胞内正常生理活动。

三、核酸的合成1. DNA的合成（DNA合成）DNA的合成是DNA聚合酶在DNA模板的引导下，将合适的脱氧核苷酸三磷酸酶与新合成的核甙核苷酸通过磷酸二酯键连接，使DNA链不断延长的过程。

DNA合成是细胞分裂前的准备工作，也是基因工程和分子生物学研究中的重要技术手段。

第5章核酸化学一、学大纲基本要求DNA、RNA的结构和性质以及研究技术。

核酸的化学结构，碱基、核苷、核苷酸，DNA的结构,DNA 的一级结构, DNA的二级结构, DNA结构的不均一性和多形性, 环状DNA, 染色体的结构。

RNA的结构, RNA的类型和结构特点,tRNA的结构和功能, mRNA的结构和功能, rRNA的结构和功能。

核酸的性质, 解离性质, 水解性质, 光吸收性质, 沉降特性,变性、复性及杂交。

核酸研究技术,核酸的分离纯化,限制性核酸内切酶,DNA物理图谱,分子杂交,DNA序列分析,DNA的化学合成，DNA 聚合酶链式反应—PCR。

二、本章知识要点(一) 核酸的化学组成1．元素组成核酸分子主要由碳、氢、氧、氮和磷等元素组成。

与蛋白质相比较，核酸的元素组成中一般不含有硫，而磷的含量较为稳定，占核酸9％～10％。

可通过测定磷含量来估计样品中核酸的含量。

2．物质组成核酸在核酸酶的作用下水解为核苷酸，核苷酸完全水解可释放出等摩尔量的含N碱(碱基Base)、戊糖和磷酸。

因此构成核酸的物质成分有三类：包括磷酸、戊糖和碱基。

戊糖可分为核糖和脱氧核糖，碱基又分为嘌呤碱和嘧啶碱两类，DNA中的戊糖和碱基与RNA有所不同。

DNA分子中的戊糖是β-D-2-脱氧核糖,RNA中的戊糖是β-D-核糖。

DNA分子中存在的碱基主要有腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)。

RNA分子中除含有A，G，C外，还含有尿嘧啶(U)，而不含有T。

因此，DNA和RNA的碱基组成上，嘧啶的组成有所不同。

在DNA和RNA分子中尚含有少量的不常见的其他碱基，称为稀有碱基，它们大多数是常见碱基的甲基化衍生物。

3．核酸的基本单位——核苷酸组成DNA的核苷酸(nucleotide)称为脱氧核糖核苷酸，组成RNA的核苷酸称为核糖核苷酸。

核苷酸则是由磷酸、戊糖、碱基组成。

碱基和核糖或脱氧核糖之间脱水通过糖苷键(glycosidic bond)缩合形成核苷或脱氧核苷，戊糖的第1位碳原子与嘌呤的第9位氮原子相连构成l，9—糖苷键，而与嘧啶的第l位氮原子相连构成1，1-糖苷键。

第一节核酸的化学组成以及一级结构2015-07-06 71573 0第二章核酸的结构与功能核酸( nucleic acid)是以核苷酸为基本组成单位的生物信息大分子，具有复杂的结构和重要的生物学功能。

核酸可以分为脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）和核糖核酸(ribonucleic acid，RNA)两类。

真核生物DNA存在于细胞核和线粒体内，携带遗传信息，并通过复制的方式将遗传信息进行传代。

细胞以及个体的基因型( genotype)是由这种遗传信息组成的。

在绝大多数生物中，RNA是DNA的转录产物，参与遗传信息的复制和表达。

真核生物RNA 存在于细胞质、细胞核和线粒体内。

在某些病毒中，RNA也可以作为遗传信息的载体。

第一节核酸的化学组成以及一级结构核酸在核酸酶作用下水解成核苷酸( nucleotide)，而核苷酸完全水解后可释放出等摩尔的碱基、戊糖和磷酸。

这表明构成核酸的基本组分之间具有一定的对应关系。

DNA的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸( deoxyribonucleotide)，而RNA的基本组成单位是核糖核苷酸(ribonucleoti- de)。

一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位碱基( base)是构成核苷酸的基本组分之一。

碱基是含氮的杂环化合物，可分为嘌呤( purine)和嘧啶(pyrimidine)两类（图2-1）。

常见的嘌呤包括腺嘌呤(adenine，A)和鸟嘌呤(gua- mne，G)，常见的嘧啶包括尿嘧啶(uracil，U)、胸腺嘧啶(thymine，T)和胞嘧啶(cytosine，C)。

DNA 中的碱基有A、G、C 和T；而RNA中的碱基有A、G、C和U。

碱基的各个原子分别加以编号以便于区分。

这五种碱基的酮基或氨基受所处环境pH的影响可以形成酮-烯醇(keto-enol)互变异构体或氨基-亚氨基（amino-imino）互变异构体，这为碱基之间形成氢键提供了结构基础（图2-2）。

核酸的化学组成知识点归纳核酸的化学组成知识点归纳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DNA和RNA中常见的两种嘌呤碱是腺嘌呤（adenine，A）、鸟嘌呤（guanine，G）。

有碱基。

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＇。