核酸的化学组成与基本结构

核酸的化学组成与基本结构

 

    核酸是一类十分重要的生物大分子。生物界的核酸可分为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)两类。两类核酸均由含氮碱、戊糖及磷酸三种成分组成。其中DNA所含的戊糖为脱氧核糖，而RNA所含的为核糖。核酸中的含氨碱简称碱基，包括嘌呤碱和嘧淀碱两类。嘌呤碱有腺嘌呤(A)和鸟嘌呤(G)，嘧啶碱有胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U)和胸腺嘧啶(T)。DNA和RNA含有的共同碱基是A、G、C．含有的不同碱基在DNA中是T，RNA中是U。

 

    戊糖和碱基以共价键连接成核苷。如果所连接的戊糖是核糖，则生成核糖核苷，如是脱氧核糖，则生成脱氧核糖核苷。根据核苷中所含碱基的不同．脱氧核糖核苷主要有脱氧腺苷、脱氧鸟苷、脱氧胞苷和脱氧胸苷，核糖核苷主要有腺苷、鸟苷、胞苷及尿苷。

 

    核苷与磷酸以酯键相连而形成核苷酸。核苷酸也有核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸两种。多个核糖单核苷酸或脱氧核糖单核苷酸借3，―5’磷酸二酯键相连，形成长链的大分子多核苷酸，即核酸，包括DNA和RNA。

 

    核酸链中核苷酸按照一定的顺序排列，这种捧列顺序即核酸的一级结构e由于核酸中各种核苷酸彼此之间的差别在碱基部分，因此碱基颐序也就代表核苷酸顺序，故核酸的一级结构即指核酸分子中碱基的排列顺序。

 

    1953年，Watson和Crick提出了著名的DNA双螺旋结构学说。根据这一学说，DNA分子由两条反向平行的多脱氧核苷酸链组成，两条链围绕一个共同的轴心，以右手方向盘绕成双螺旋构型。磷酸和脱氧核糖间隔相连，位于螺旋的外侧，构成螺旋的主链，碱基则位于螺旋的内侧。两条链上的碱基必须是腺嘌吟(A)与胸腺嘧啶(T)、鸟嘌吟(G)与胞嘧啶(C)配对。A与T之间以2个氢键连接，而G与C之间则以3个氢键相连。同一链内相邻碱基间的疏水作用所造成的碱基堆砌力和两条链之间的氢键是保持螺旋结构稳定的主要作用力。氢键不仅增加螺旋的稳定性，而且赋予碱基间相互结合的专一性。DNA的二级结构即指DNA的双螺旋结构。

 

    线性DNA分子在双螺旋的基础上进一步旋转、折叠形成超螺旋，即DNA的三级结构，如细菌、质粒及一些病毒的DNA双螺旋分子尚可形成闭合环状；天然状态的DNA分子多扭曲形成麻花状；真核细胞的细胞核中双螺旋DNA以组蛋白 为核心盘绕形成核小体等。

 

    RNA分子也是由核苷酸依3，，5，磷酸二酯键形成的多核苷酸链。除了有些病毒的RNA分子是双螺旋结构外，原核生物和真核生物的RNA都是单链的。RNA单链的局部可发生发夹样回折，即局部折叠成的某一片段的A与G分别与另一片段的U和C配对，形成局部的双螺旋结构。在此结构内的碱基不需全部配对，不能配对的碱基则连成小环从螺旋区中被圈出来。这种RNA单链局部小双螺旋结构即RNA的二级结构。

 

    根据结构和功能的不同，细胞中的RNA可分为三类：即信使(mRNA)、转运RNA(tRNA)和核糖体RNA(rRNA)。

 

    mRNA以DNA为模板，在RNA聚合酶的催化下，按碱基互补原则，从分子的5^， 末端向3^， 末端方向在细胞核内合成，因此，mRNA分子能准确地传递DNA链上的遗传信息。合成后的mRNA经核孔进入细胞质，并与核糖体结合，将单核糖体连成多核糖体。由于细胞内的基因和基因组很多，而mRNA是根据要表达的基因或基因组合成的，因此mRNA种类复杂多样。

 

    tRNA是RNA中最小的一种，其3^， 端的碱基顺序均为CCA，是氨基酸结合的位点。在tRNA分子中有能识别mRNA所携带的遗传密码的反密码子。tRNA作为一种运载工具能把各种氨基酸搬运到多核糖体。目前已知的tRNA有250余种，每一种tRNA只能搬运一种特定的氨基酸到多核糖体上，并将其配置在mRNA的特定部位，以使氨基酸按照mRNA携带的遗传信息合成蛋白质。

 

    rRNA是细胞中含量最多的一种RNA，它们与相关的蛋白质一起，共同构成核糖体，是氨基酸装配的场所。

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