3.8: 什么是核酸？

核酸是由磷酸二酯键连接在一起的长链核苷酸。核酸有两种类型：脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。DNA和RNA中的核苷酸都由糖、氮和磷酸盐分子组成。

核酸是细胞的遗传物质

细胞的遗传物质是由核酸组成的，核酸使生物体能够将遗传信息代代相传。有两种类型的核酸：脱氧核糖核酸 (DNA) 和核糖核酸 (RNA)。DNA和RNA的化学成分差别很小，但在生物学上的作用却完全不同。

核酸是核苷酸的聚合物

在化学上，核酸是核苷酸链的多核苷酸。核苷酸由三部分组成：戊糖、氮基和磷酸基。糖和碱一起形成核苷。因此，核苷酸有时被称为单磷酸核苷。核苷酸的三个组成部分中的每一个在整个核酸组装过程中起着关键作用。

如名称所示，戊糖有五个碳原子，其标记为 1o, 2o, 3o, 4o 和 5o。RNA中的戊糖是核糖，这意味着2o碳携带羟基。DNA中的糖是脱氧核糖，这意味着2o碳与氢原子相连。 糖在1o 碳和 5o 碳处与氮基相连。

核苷酸通过磷酸二酯键连接在一起

与一个核苷酸的5o碳相连的磷酸分子可以与另一个核苷酸的3o羟基形成共价键，将两个核苷酸连接在一起。这种共价键称为磷酸二酯键。核苷酸之间的磷酸二酯键在多核苷酸链中形成糖和磷酸盐的交替主链。将一个核苷酸的5o末端连接到另一个核苷酸的3o末端，赋予多核苷酸链方向性，这在DNA复制和 RNA 合成中起着关键作用。在多核苷酸链的一端，即3o末端，糖有一个自由的3o羟基。在另一端，5o端，糖有一个游离的 5o磷酸基。

嘧啶和嘌呤是两类主要的氮基

氮基是由碳原子和氮原子组成的一个或两个环的分子。这些分子被称为“碱”，因为它们是化学碱性的，能与氢离子结合。氮碱有两类：嘧啶和嘌呤。嘧啶类化合物具有六元环结构，而嘌呤类化合物则由六元环与五元环融合而成。嘧啶类化合物包括胞嘧啶(C)，胸腺嘧啶 (T)和尿嘧啶 (U)。嘌呤类包括腺嘌呤 (A) 和鸟嘌呤 (G)。

胞嘧啶,腺嘌呤和鸟嘌呤都存在于DNA和RNA中。然而，胸腺嘧啶对DNA是特异性的，尿嘧啶只存在于RNA中。嘌呤和嘧啶可以以特定的方式相互形成氢键，这是基于互补的化学基团的存在，它们类似于拼图游戏。在正常的细胞条件下，腺嘌呤与胸腺嘧啶（DNA）或尿嘧啶（RNA）形成氢键，而鸟嘌呤与胞嘧啶形成氢键。这种互补碱基对DNA的结构和功能至关重要。

DNA和RNA的结构

DNA在细胞内呈双螺旋结构。双螺旋由两个多核苷酸链组成，称为股线，它们以螺旋状（即，螺旋）方式彼此缠绕。这两条线在相反的方向上，或者是“反平行”，这意味着一条线的5o末端与另一条3o的接近。这两条链通过互补碱基配对（如胞嘧啶和鸟嘌呤）连接在一起。

在DNA双螺旋中，糖磷酸主链在外，而氢键碱基在内。RNA主要发生为单链分子。单个RNA链可以通过链内互补碱基配对形成局部化的二级结构。不同类型的RNA二级结构在细胞内具有不同的功能。

核酸是核苷酸的聚合物

核苷酸单体由一个五碳糖 一个磷酸基团

和一个含氮碱基组成

在糖分子中 五个碳原子

被从1到5标上序号

每个序号显示着该序号连接的基团

例如 2号碳原子可以连接

一个氢原子 构成一个脱氧核糖

在脱氧核糖核酸 或称DNA中就存在脱氧核糖

此外 羟基基团也可以连接在这个位置上

形成一个核糖 在核糖核酸 或称RNA中 就存在核糖

要形成一个交替的磷酸糖骨架

5号位碳连接着磷酸基团

这个连接体再连接到另一个

核苷的三号位碳上

通过磷酸二酯键形成一条链

这样的布局决定了链条的方向

核酸以这样的序列被读取

在单链上从5号碳到3号碳

最次要的碳位 1号碳

连接着一个单环或双环

的含氮碱基

嘧啶类化合物 如胞嘧啶 胸腺嘧啶和尿嘧啶

具有单个有机环 然而嘌呤类化合物

腺嘌呤和鸟嘌呤 具有双环结构

两条相互分离的链条中的

含氮碱基构成了DNA的双螺旋结构

鸟嘌呤总是连着胞嘧啶

而腺嘌呤则连着胸腺嘧啶

RNA含有尿嘧啶而没有胸腺嘧啶

并保留单链结构