第一节　核酸的分子组成

一、核酸的元素组成

核酸的主要组成元素有C、H、O、N、P等，其中磷元素的含量比较接近和恒定，为9%～10%，因此，通过测定生物样品中P的含量，可大致推算出其核酸的含量。

二、核酸的基本组成单位——核苷酸

核酸水解生成核苷酸，核苷酸是核酸的基本组成单位。核苷酸可进一步水解，直至彻底水解生成戊糖、碱基和磷酸（图3-1）。

（一）戊糖

戊糖是核苷酸的重要组成成分。DNA中所含的是D-2-脱氧核糖，RNA中所含的是D-核糖（图3-2）。

（二）碱基

碱基包括嘌呤碱和嘧啶碱两类（图3-3）。嘌呤碱有两种：腺嘌呤（adenine，A）和鸟嘌呤（guanine，G）；嘧啶碱有三种：胞嘧啶（cytosine，C）、尿嘧啶（uracil，U）和胸腺嘧啶（thymine，T）。RNA中主要含有A、G、C和U四种碱基，DNA中主要含有A、G、C和T四种碱基。某些核酸除含上述碱基外，还有微量稀有碱基，如次黄嘌呤、7-甲基鸟嘌呤、5，6-二氢尿嘧啶等，稀有碱基主要存在于RNA中。

（三）核苷

戊糖与碱基通过糖苷键连接而成的化合物称为核苷或脱氧核苷（图3-4）。糖苷键通常是由戊糖分子中第1位碳上的羟基，与嘌呤碱第9位的氮或嘧啶碱第1位的氮上的氢脱水缩合生成。含核糖的核苷称为核糖核苷，如腺嘌呤核苷（简称：腺苷）；含脱氧核糖的核苷称为脱氧核苷，如胞嘧啶脱氧核苷（简称：脱氧胞苷）。

（四）核苷酸

核苷与磷酸通过磷酸酯键连接即为核苷酸。戊糖上的游离羟基均可与磷酸结合生成酯键，但生物体内的核苷酸，主要通过核苷的第5位碳上的羟基与磷酸结合形成酯键，称为5′-核苷酸（或5′-脱氧核苷酸）。常用“NMP”或“dNMP”表示，N表示任意一种碱基。构成RNA的核苷酸主要有AMP、GMP、CMP、UMP；构成DNA的核苷酸主要有dAMP、dGMP、dCMP、dTMP。核苷酸5′位碳进一步磷酸化即生成核苷二磷酸或脱氧核苷二磷酸（NDP或dNDP）和核苷三磷酸或脱氧核苷三磷酸（NTP或dNTP）。

DNA和RNA的分子组成比较见表3-1。

三、体内某些重要的游离核苷酸

核苷二磷酸和核苷三磷酸含有高能磷酸键，在生物体内具有重要的生物学作用。ATP、GTP、CTP、UTP是合成RNA的重要原料；dATP、dGTP、dCTP、dTTP是合成DNA的重要原料。ATP是生物体内主要的能量储存和利用形式，另外GTP、CTP、UTP也可为某些物质合成代谢等过程提供能量。核苷酸还是许多酶的辅助因子的组成成分，如腺苷酸参与构成NAD^＋（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸）、FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）、辅酶A等。此外，核苷酸的衍生物还参与多种物质代谢的调控，如环腺苷酸（cAMP）和环鸟苷酸（cGMP）是细胞信号传导过程中的第二信使（图3-5）。

四、核酸中核苷酸的连接方式

核酸是由众多核苷酸聚合而成的多聚核苷酸，相邻两个核苷酸通过3′，5′-磷酸二酯键连接。多聚核苷酸链一端的戊糖上有一个3′位游离的羟基，称为3′-末端（或3′端），而另一端的戊糖上有一个5′位游离的磷酸基团，称为5′-末端（或5′端）。由于核苷酸之间的差异主要是碱基的不同，因此碱基顺序即代表核苷酸的排列顺序。习惯上将5′-末端作为多核苷酸链的“头”，写在左端；将3′-末端作为“尾”，写在右端，按5′→3′的方向书写，从繁到简如图3-6所示。

★ 考点提示：核酸的化学组成及核苷酸的连接方式