核苷酸和脱氧核苷酸结构式

一、核酸的分子组成

1．核酸的分类 天然核酸分两类，核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）。DNA是遗传信息的储存和携带者，RNA主要参与细胞内遗传信息的表达。RNA主要有3种：信使核糖核酸（mRNA）、转运核糖核酸（tRNA）、核蛋白体核糖核酸（rRNA）。

2．核酸的基本成分 DNA与RNA分子中均存在磷酸。RNA含D-核糖，DNA含D-2-脱氧核糖。碱基有嘌呤与嘧啶两类，嘌呤主要有腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G），嘧啶主要有胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）、尿嘧啶（U）。

3．核酸的基本单位（核苷酸）是由碱基、戊糖和磷酸通过磷酸酯键连接而成的化合物。核苷戊糖与碱基通过糖苷键连接而成的化合物称为核苷。核苷酸的种类：RNA有腺苷酸（AMP）、鸟苷酸（GMP）、胞苷酸（CMP）、尿苷酸（UMP）；DNA有脱氧腺苷酸（dAMP）、脱氧鸟苷酸（dGMP）、脱氧胞苷酸（dCMP）、脱氧胸苷酸（dTMP）。

二、DNA的结构与功能

1．一级结构 ①一个核苷酸C-3′上的羟基与另一个核苷酸C-5′上的磷酸脱水缩合形成的酯键，称为3′，5′-磷酸二酯键。②多个单核苷酸通过3′，5′-磷酸二酯键相互连接形成多核苷酸链。多核苷酸链的一端为5′-磷酸末端；另一端为3′-羟基末端。③多核苷酸链中核苷酸的排列顺序称为核酸的一级结构。

2．DNA双螺旋结构 DNA分子由两条长度相同、方向相反的多聚脱氧核苷酸链平行围绕同一中心轴，以右手螺旋方式盘旋形成双螺旋结构。磷酸脱氧核糖位于螺旋外侧；碱基位于内侧，碱基平面与中轴垂直，螺旋旋转1周包含10对脱氧核苷酸残基。两条链上的碱基按A与T、G与C互补原则配对，碱基对之间借氢键相连。DNA双螺旋结构理论极大地促进了近代核酸结构与功能的研究和发展，揭开了现代分子生物学发展的序幕，为生物学和遗传学的发展做出了巨大贡献。

三、RNA的结构与功能

RNA常以数十至数千个核苷酸的单链形式存在。主要分为mRNA、tRNA和rRNA 3类。

1．mRNA mRNA 是蛋白质合成的模板，为线状单链结构，具有7-甲基三磷酸鸟苷的帽子结构和多聚腺苷酸尾。3′-末端的多聚腺苷酸结构可增加转录活性，增强mRNA稳定性。储存在DNA核苷酸顺序中的遗传信息通过转录送至mRNA的核苷酸顺序，决定蛋白质合成的氨基酸顺序。mRNA分子中的每3个核苷酸为一组，决定肽链上的一个氨基酸，称遗传密码。遗传密码特点：3个相连核苷酸组成一个密码子，共有64个密码子；密码子之间无核苷酸间隔；一种氨基酸可有多种密码子；所有生物使用同一套密码子。

2．tRNA 由70～90个核苷酸构成，含稀有碱基，包括双氢尿嘧啶、假尿嘧啶和甲基化的嘌呤。所有tRNA呈三叶草形状，即tRNA的二级结构，三级结构为倒L形。tRNA二级结构有三环，反密码环上有反密码子，可辨认mRNA上相应的三联体密码，把正确的氨基酸连接到tRNA3′末端的CCA-OH结构上。tRNA在蛋白质生物合成中起运输氨基酸的作用。

3．rRNA 细胞内含量最多的RNA，占RNA总量的80%以上，是蛋白质合成的场所。rRNA与核糖体蛋白共同构成核糖体。核糖体由大、小亚基组成。真核生物的小亚基由18S rRNA和30多种核糖体蛋白构成，大亚基由5S、5. 8S和28S与50种核糖体蛋白组成。

四、核酸的理化性质

核酸的化学成分和结构特征决定了它本身一些特殊的理化性质。

1．核酸的紫外吸收 嘌呤和嘧啶都含有共轭双键。因此，碱基、核苷、核苷酸和核酸在的紫外波段有较强烈的吸收。在中性条件下，它们的最大吸收值在260nm附近。

2．DNA变性和复性 DNA变性指在极端的pH（加酸或碱）和受热条件下，DNA分子中双链间氢键断裂，双螺旋结构解开。DNA变性有酸变性、碱变性和热变性之分。变性后的DNA在260nm的紫外光吸收增强，称为深色效应。DNA的热变性意义最大，又称DNA的解链或融解作用。DNA热变性中，使紫外光吸收达到最大值50%时的温度称为解链温度（融解温度Tm）。Tm值与DNA分子G＋C量有关。热变性的DNA溶液冷却，两条解链的单链重新结合，恢复双螺旋，称为退火。复性后，DNA溶液紫外吸收减弱，称为浅色效应。

五、核苷酸代谢

1．嘌呤核苷酸的分解产物 嘌呤核苷酸在核苷酸酶的作用下水解成核苷及无机磷酸。核苷分解成自由的碱基及磷酸核糖。嘌呤碱可参与核苷酸补救合成，也可进一步水解。嘌呤碱最终分解产物是尿酸。尿酸过多可引起痛风症。

2．嘧啶核苷酸的分解产物 嘧啶核苷酸首先通过核苷酸酶及核苷酸磷酸化酶的作用，除去磷酸及核糖，产生的嘧啶碱再进一步分解。胞嘧啶脱氨基转变成尿，嘧啶尿嘧啶还原成二氢尿嘧啶，并水解开环，最终生成NH3、CO2及β-丙氨酸。胸腺嘧啶降解成β-氨基异丁酸，其可直接随尿排出或进一步分解。食入含DNA丰富的食物、经放射性治疗或化学治疗的癌症病人，尿中β-氨基异丁酸排出量增多嘧啶碱的降解代谢主要在肝进行。

与嘌呤碱的分解产生尿酸不同，嘧啶碱的降解产物均易溶于水。

历年考点串讲

核酸的结构、功能与核苷酸代谢历年必考，近9年考试的频率约17次。

其中，DNA和RNA的结构和功能是考试的重点，应熟练掌握。

常考的细节如下。

1．核酸分子中百分比含量相对恒定的元素是磷（P）。

2．DNA和RNA的分子组成。

3．蛋白质合成的直接模板是mRNA。

4．cDNA是与RNA互补的DNA。

5．DNA 双螺旋结构模型的组成特点。两条链上的碱基按A与T、G与C互补原则配对，碱基对之间借氢键相连。

6．DNA的一级结构是指DNA分子中的碱基排列顺序。

7．氨基酸与tRNA的特异性结合取决于tRNA中的反密码子。

8．rRNA与蛋白质结合组成核糖体，是蛋白质生物合成的场所。

9．别嘌醇治疗痛风的机制是该药抑制黄嘌呤氧化酶。

10．甲氨蝶呤可用于治疗白血病的原因是其可以直接抑制二氢叶酸还原酶。

11．嘌呤核苷酸的分解代谢产物是尿酸。