第三章核酸的结构与功能

核酸的结构和功能核酸是生命体中非常重要的一类化合物，它们呈现出多种不同的结构和功能，具有广泛的生理活性和重要的医学应用价值。

因此，本文将从核酸的结构和功能两个方面对其进行详细的探讨和分析。

一、核酸的结构核酸是由核苷酸构成的，其中核苷酸是由糖、碱基和磷酸组成的。

糖和碱基是核苷酸的主要结构单元，而磷酸则是连接各个核苷酸单元的桥梁。

糖的选择在DNA和RNA中有所不同，DNA中的糖是脱氧核糖，而RNA中的糖是核糖。

这种区别使得DNA和RNA结构上存在一些差别，比如在酸碱度条件下，DNA更容易形成稳定的结构，背景下我们来详细讨论DNA和RNA的结构特点。

1. DNA的结构DNA是双链结构，由两个聚合物互相结合而成，这些聚合物通过碱基间的氢键相互连接。

DNA的结构是基于鲍尔理论建立的，它是由两个不合位置条，其中的一条旋转了一定的角度，使得这两个链在三维空间中形成一个双螺旋结构。

这种双螺旋结构基本上是由两个不同形式的基对构成，互补的碱基间相互配对，即腺嘌呤和胸腺嘧啶之间存在两个氢键，而鸟嘌呤和胞嘧啶之间则存在三个氢键。

这种氢键结构赋予了DNA一定程度上的稳定性，保证了基因信息的稳定性和传递性。

2. RNA的结构RNA是单链结构，由一个核苷酸链构成，在链上存在一系列氨基酸残基、一个五碳糖和一个碱基，其中的碱基和DNA是相同的。

在RNA中，碱基的选择和排列方式是独立于它的糖和磷酸残基的。

这种构造决定了RNA的结构和功能具有很大的多样性，比如，一些RNA可以形成自身结构，同时也能与其他分子发生特异性的相互作用，这些相互作用可以形成多种不同的RNA-RNA、RNA-蛋白质和RNA-糖等复合物。

二、核酸的功能核酸具有多种复杂的生理和生化功能，其中一些主要功能如下：1. 遗传信息的存储和传递DNA是生物体内最重要的分子之一，它通过氢键和反选配的规则对碱基进行配对来存储和传递生物体的遗传信息。

由于这种针对性的选择性，碱基对之间的氢键是典型的尺度互补，这种互补性导致了新链的合成，比如，DNA复制过程中就是通过这种互补性黏连在新的链上的。

（生物科技行业）核酸的结构与生物学功能核酸的结构与生物学功能核酸是生物体内极其重要的生物大分子，是生命的最基本的物质之一。

最早是瑞士的化学家米歇尔于1870年从脓细胞的核中分别出来的，由于它们是酸性的，并且最先是从核中分其他，故称为核酸。

核酸的发现比蛋白质晚得多。

核酸分为脱氧核糖核酸（简称DNA）和核糖核酸（简称RNA ）两大类，它们的基本结构单位都是核苷酸（包含脱氧核苷酸）。

1 ．核酸的基本单位——核苷酸每一个核苷酸分子由一分子戊糖（核糖或脱氧核糖）、一分子磷酸和一分子含氮碱基组成。

碱基分为两类：一类是嘌呤，为双环分子；另一类是嘧啶，为单环分子。

嘌呤一般均有A、G2种，嘧啶一般有C、 T、 U3种。

这 5 种碱基的结构式以以下图所示。

由上述结构式可知：腺嘌呤是嘌呤的 6 位碳原子上的 H 被氨基取代。

鸟嘌呤是嘌呤的 2 位碳原子上的 H 被氨基取代， 6 位碳原子上的 H 被酮基取代。

3 种嘧啶都是在嘧啶 2 位碳原子上由酮基取代 H ，在 4 位碳原子上由氨基或酮基取代 H 而成，对于 T，嘧啶的 5 位碳原子上由甲基取代了 H 。

凡含有酮基的嘧啶或嘌呤在溶液中可以发生酮式和烯醇式的互变异构现象。

结晶状态时，为这类异构体的容量混杂物。

在生物体内则以酮式占优势，这对于核酸分子中氢键结构的形成特别重要。

比方尿嘧啶的互变异构反应式以以下图。

酮式（ 2 ， 4–二氧嘧啶）烯酸式（ 2 ， 4 –二羟嘧啶）在一些核酸中还存在少量其他修饰碱基。

由于含量很少，故又称微量碱基或稀有碱基。

核酸中修饰碱基多是 4 种主要碱基的衍生物。

tRNA 中的修饰碱基种类很多，如次黄嘌呤、二氢尿嘧啶、 5 –甲基尿嘧啶、 4 –硫尿嘧啶等， tRNA 中修饰碱基含量不一，某些tRNA中的修饰碱基可达碱基总量的10 ％或更多。

核苷是核糖或脱氧核糖与嘌呤或嘧啶生成的糖苷。

戊糖的第 1 碳原子（ C1）平时与嘌呤的第 9 氮原子或嘧啶的第 1 氮原子相连。

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。

（生物科技行业）核酸的结构与生物学功能核酸的结构与生物学功能核酸是生物体内极其重要的生物大分子，是生命的最基本的物质之一。

最早是瑞士的化学家米歇尔于1870年从脓细胞的核中分离出来的，由于它们是酸性的，并且最先是从核中分离的，故称为核酸。

核酸的发现比蛋白质晚得多。

核酸分为脱氧核糖核酸（简称DNA）和核糖核酸（简称RNA）两大类，它们的基本结构单位都是核苷酸（包含脱氧核苷酸）。

1．核酸的基本单位——核苷酸每一个核苷酸分子由一分子戊糖（核糖或脱氧核糖）、一分子磷酸和一分子含氮碱基组成。

碱基分为两类：一类是嘌呤，为双环分子；另一类是嘧啶，为单环分子。

嘌呤一般均有A、G2种，嘧啶一般有C、T、U3种。

这5种碱基的结构式如下图所示。

由上述结构式可知：腺嘌呤是嘌呤的6位碳原子上的H被氨基取代。

鸟嘌呤是嘌呤的2位碳原子上的H被氨基取代，6位碳原子上的H被酮基取代。

3种嘧啶都是在嘧啶2位碳原子上由酮基取代H，在4位碳原子上由氨基或酮基取代H而成，对于T，嘧啶的5位碳原子上由甲基取代了H。

凡含有酮基的嘧啶或嘌呤在溶液中可以发生酮式和烯醇式的互变异构现象。

结晶状态时，为这种异构体的容量混合物。

在生物体内则以酮式占优势，这对于核酸分子中氢键结构的形成非常重要。

例如尿嘧啶的互变异构反应式如下图。

酮式（2，4–二氧嘧啶）烯酸式（2，4–二羟嘧啶）在一些核酸中还存在少量其他修饰碱基。

由于含量很少，故又称微量碱基或稀有碱基。

核酸中修饰碱基多是4种主要碱基的衍生物。

tRNA中的修饰碱基种类较多，如次黄嘌呤、二氢尿嘧啶、5–甲基尿嘧啶、4–硫尿嘧啶等，tRNA中修饰碱基含量不一，某些tRNA中的修饰碱基可达碱基总量的10％或更多。

核苷是核糖或脱氧核糖与嘌呤或嘧啶生成的糖苷。

戊糖的第1碳原子（C1）通常与嘌呤的第9氮原子或嘧啶的第1氮原子相连。

在tRNA中存在少量5–核糖尿嘧啶，这是一种碳苷，其C1是与尿嘧啶的第5位碳原子相连，因为这种戊糖与碱基的连接方式特殊（为C—C连接），故称为假尿苷如下图。