(一)嘌哈碱 核酸中的嘌吟碱是嘌吟的衍生物。DNA和RNA中含有相同的两种主要的嘌吟碱：腺 画adenine)和鸟吟（u ne).分别用A和G老示RNA和DNA均含这两种晒 碱基，它们都是嘌吟的2位或6位碳原子上的氢被氨基或酮基取代而形成的。核酸中还 有一些修饰嘌吟碱（也称稀有嘌吟碱），如次黄嘌吟、N甲基腺嘌吟、7甲基鸟嘌吟等（见 图3-4)。 CH 生 图34核酸中的吟碱 (仁)嘧啶碱 核酸中的密啶碱是嘧啶的衍生物，有三种，即胞嘧啶(cytosine、尿密啶(uracil)利 胸腺嘧啶(thymine),分别用C、U和T表示。RNA中含有的是胞嘧啶和尿嘧啶，DNA 含有胞嘧啶和胸腺嘧啶。从结构上看，它们都是在嘧啶的2位碳原子上由酮基取代氢，在 5-甲 甲基购 核酸中的略啶碱
-69 - （一）嘌呤碱 核酸中的嘌呤碱是嘌呤的衍生物。DNA 和 RNA 中含有相同的两种主要的嘌呤碱：腺 嘌呤（adenine）和鸟嘌呤（guanine），分别用 A 和 G 表示。RNA 和 DNA 均含这两种嘌呤 碱基，它们都是嘌呤的 2 位或 6 位碳原子上的氢被氨基或酮基取代而形成的。核酸中还含 有一些修饰嘌呤碱（也称稀有嘌呤碱），如次黄嘌呤、N 6 -甲基腺嘌呤、7-甲基鸟嘌呤等（见 图 3-4）。 （二）嘧啶碱 核酸中的嘧啶碱是嘧啶的衍生物，有三种，即胞嘧啶（cytosine）、尿嘧啶（uracil）和 胸腺嘧啶（thymine），分别用 C、U 和 T 表示。RNA 中含有的是胞嘧啶和尿嘧啶，DNA 含有胞嘧啶和胸腺嘧啶。从结构上看，它们都是在嘧啶的 2 位碳原子上由酮基取代氢，在 图 3-5 核酸中的嘧啶碱基 图 3-4 核酸中的嘌呤碱基
4位碳原子上由氨基或酮基取代氢而形成的。同样，核酸中也含有一些修饰（稀有）嘧啶 碱，如5-甲基胞嘧啶、4-硫尿密啶、二氢尿嘧啶等（见，图35）。 核酸中含氨碱基均为无色固休，熔占 高，大多在200℃-300℃， 在有机溶剂中 溶解度很小，在水中溶解度也不大 溶于稀酸或稀碱。用X光衍射分析法已证 N127 11810 明了各种嘌岭和嘧啶的三度空间结构。嘧 33 1.4 啶是平面分子，要吟也很接近平面，但稍 有翘折。图3-6为腺嘌吟分子的立体结构 12s ue12N (单位为nm)。 图3-6腺腰吟分子的立体结构（单位为m 二、戊糖 核酸是其所含戊糖不同而分为两大类的。DNA所 H 含的戊糖是D-2脱 糖，RNA 所含 的戊糖是D核糖 c-0 H 另外，RNA中还含有少量的修饰戊糖，即D-2-O甲基 .0 H-C-OH OH 核糖。核酸中的这些戊糖均以B呋喃型环状结构存在 H-C-OH (见图3-7)。 H-C-OH OHOH 三、磷酸 图3.7核糖的构象 核酸是含破的生物大分子，任何核酸都含有磺酸， 在溶液中游离核糖的直鼓型结构与环型 所以核酸呈酸性，可与Na、多胺、组蛋白结合。核酸 结构(B呋响型)结构处于平衡状态 中的磷酸参与形成3,5”磷酸二酯健，使核酸连成多核苷 酸 以上三种基本“元件”再进一步连接，碱基与戊糖以糖苷健形成核苷，核苷再与磷酸 以磷酸酯键形成核苷酸，核苷酸是核酸的基本结构单位，相当于“部件”。DNA与RNA 的基本化学组成见表3-1。 表3-1两类核酸的基本化学组成 DNA RNA 嘌吟碱 腺嘌吟(adenine) 腺嘌吟(adenine) (purine bases】 鸟嘌吟(guanine 鸟嘌吟(uanine) 嘧啶碱 包嗜啶(cytosine》 胞嘧啶(cytosine) (bases 胸腺嘧啶(nymine》 尿啶(uracil) 戊糖 D-2脱氧核糖 D-核裙 酸 磷酸 磷酸 70
-70 - 4 位碳原子上由氨基或酮基取代氢而形成的。同样，核酸中也含有一些修饰（稀有）嘧啶 碱，如 5-甲基胞嘧啶、4-硫尿嘧啶、二氢尿嘧啶等（见图 3-5）。 核酸中含氮碱基均为无色固体，熔点 高，大多在 200℃~300℃，在有机溶剂中 溶解度很小，在水中溶解度也不大，一般 溶于稀酸或稀碱。用 X 光衍射分析法已证 明了各种嘌呤和嘧啶的三度空间结构。嘧 啶是平面分子，嘌呤也很接近平面，但稍 有翘折。图 3-6 为腺嘌呤分子的立体结构 （单位为 nm）。 二、戊 糖 核酸是按其所含戊糖不同而分为两大类的。DNA 所 含的戊糖是 D-2'-脱氧核糖，RNA 所含的戊糖是 D-核糖。 另外，RNA 中还含有少量的修饰戊糖，即 D-2'-O-甲基 核糖。核酸中的这些戊糖均以β-呋喃型环状结构存在 （见图 3-7）。 三、磷 酸 核酸是含磷的生物大分子，任何核酸都含有磷酸， 所以核酸呈酸性，可与 Na +、多胺、组蛋白结合。核酸 中的磷酸参与形成 3',5'-磷酸二酯键，使核酸连成多核苷 酸链。 以上三种基本“元件”再进一步连接，碱基与戊糖以糖苷键形成核苷，核苷再与磷酸 以磷酸酯键形成核苷酸，核苷酸是核酸的基本结构单位，相当于“部件”。DNA 与 RNA 的基本化学组成见表 3-1。 表 3-1 两类核酸的基本化学组成 DNA RNA 嘌呤碱 （purine bases） 腺嘌呤（adenine） 鸟嘌呤（guanine） 腺嘌呤（adenine） 鸟嘌呤（guanine） 嘧啶碱 （pyrimidine bases） 胞嘧啶（cytosine） 胸腺嘧啶（thymine） 胞嘧啶（cytosine） 尿嘧啶（uracil） 戊糖 D-2'-脱氧核糖 D-核糖 酸 磷酸 磷酸 图 3-7 核糖的构象 在溶液中游离核糖的直链型结构与环型 结构（β-呋喃型）结构处于平衡状态 图 3-6 腺嘌呤分子的立体结构（单位为 nm）
四、核苷 核苷(riboside)由戊糖和碱基缩合而成，并以糖苷健连接。糖环上的C与密啶碱的 N1或与嘌吟碱的N,相连接。所以糖与碱基之间的连键是NC键，称为N糖苷键。糖环中 C,是不对称碳子，所以右！和八两种构型。但核酸分子中的背糖均为苷。成 用X光衍射分析证明 核苷中的碱基与糖环平面互相垂直。 核苷可以分成核糖核苷与脱氧核糖核苷两大类。腺嘌吟核苷（简称腺苷）、胞嘧啶脱 氧核苷（脱氧胞苷）的结构如图3-8（糖环中的碳原子标号用1,2”表示）。表3-2为常 见核苷的名称。 NH CH 典核背 图38DNA中的脱氧腺嘌吟核苷(dT)与RNA中的胞嘧啶核苷(C) 表3-2各种常见核苷 碱基 核糖核苷 脱氧核糖核苷 眼苷(adenosine) 脱氧腺苷( 鸟嘌吟 鸟苷(guanosine】 脱氧鸟苷(deoxyguanosine 胞嘧啶 胞苷(cytidine) 尿嘧项 尿苷(uridine 胸腺嘧啶 核酸中含有多种稀有碱基，它们可与戊糖形成相应的稀有核苷，例如次黄嘌吟核苷 5-甲基胞苷等。此外，还有些稀有核苷是由正常碱基与2'-O甲基核糖结合而形成的，或由 正常碱基以特殊方式与核糖连接所形成的。如假尿嘧啶核苷，它的核糖与尿嘧啶的C,相 连，为CC糖苷梯。RNA中的稀有核背大部分存在于tRNA中，而DNA中的稀有核背主 要是从噬菌体中分离得到的 71
-71 - 四、核 苷 核苷（riboside）由戊糖和碱基缩合而成，并以糖苷键连接。糖环上的 C1'与嘧啶碱的 N1或与嘌呤碱的 N9相连接。所以糖与碱基之间的连键是 N-C 键，称为 N-糖苷键。糖环中 C1'是不对称碳原子，所以有 ¦Á-和 ¦Â-两种构型。但核酸分子中的糖苷键均为 ¦Â-糖苷键。应 用 X-光衍射分析证明，核苷中的碱基与糖环平面互相垂直。 核苷可以分成核糖核苷与脱氧核糖核苷两大类。腺嘌呤核苷（简称腺苷）、胞嘧啶脱 氧核苷（脱氧胞苷）的结构如图 3-8（糖环中的碳原子标号用 1'，2' 表示）。表 3-2 为常 见核苷的名称。 表 3-2 各种常见核苷 碱基 核糖核苷 脱氧核糖核苷 腺嘌呤 腺苷（adenosine） 脱氧腺苷（deoxyadenosine） 鸟嘌呤 鸟苷（guanosine） 脱氧鸟苷（deoxyguanosine） 胞嘧啶 胞苷（cytidine） 脱氧胞苷（deoxycytidine） 尿嘧啶 尿苷（uridine） 胸腺嘧啶 脱氧胸苷（deoxythymidine） 核酸中含有多种稀有碱基，它们可与戊糖形成相应的稀有核苷，例如次黄嘌呤核苷、 5-甲基胞苷等。此外，还有些稀有核苷是由正常碱基与 2'-O-甲基核糖结合而形成的，或由 正常碱基以特殊方式与核糖连接所形成的。如假尿嘧啶核苷，它的核糖与尿嘧啶的 C5 相 连，为 C-C 糖苷键。RNA 中的稀有核苷大部分存在于 tRNA 中，而 DNA 中的稀有核苷主 要是从噬菌体中分离得到的。 图 3-8 DNA 中的脱氧腺嘌呤核苷（dT）与 RNA 中的胞嘧啶核苷(C)
五、核苷酸 核苷中的戊糖轻基被碳酸酯化，就形成核苷酸。核苷酸分成核糖核苷酸与脱氧核糖核 苷酸两大类。下面为 NH 图3-9RNA中的腺骠吟核苷酸(AMP)与DNA中的胞啶脱氧核苷酸(dCMP) 生物体内存在的游离核苷酸多是5核苷酸。用碱水解RNA时，可得到2”-核糖核苷酸 与3核糖核苷酸的混合物。 常见的核苷酸见表3-3 表33常见的核苷酸 碱基 核糖核苷酸 脱氧核糖核苷酸 腺嘌吟(A 聪赚吟核苷酸 购腰吟脱氧核苷酸 aden .AMP) te.dAMP) 鸟嘌吟(G) 鸟吟核苷酸 guanos e.GMP) deoxygu nosine mo 胞嘧啶核苷酸 胞嘧啶脱氧核苷酸 te.dGMP) 胞嘧啶(C) hate,CMP) (dcoxyeytidine monophosphate,CMP) 尿嘧啶(U) 尿嘧啶核苷酸 (uridine monophosphate.UMP 胸腺嘧啶(T) 胸腺嘧啶脱氧核苷酸 deoxythymidine monophosphate,dTMP)
-72 - 五、核苷酸 核苷中的戊糖羟基被磷酸酯化，就形成核苷酸。核苷酸分成核糖核苷酸与脱氧核糖核 苷酸两大类。下面为两种核苷酸的结构式（图 3-9）。 生物体内存在的游离核苷酸多是 5'-核苷酸。用碱水解 RNA 时，可得到 2'-核糖核苷酸 与 3'-核糖核苷酸的混合物。 常见的核苷酸见表 3-3。 表 3-3 常见的核苷酸 碱 基 核 糖 核 苷 酸 脱 氧 核 糖 核 苷 酸 腺嘌呤(A) 腺嘌呤核苷酸 （adenosine monophosphate, AMP） 腺嘌呤脱氧核苷酸 （deoxyadenosine monophosphate, dAMP） 鸟嘌呤(G) 鸟嘌呤核苷酸 （guanosine monophosphate, GMP） 鸟嘌呤脱氧核苷酸 （deoxyguanosine monophosphate, dGMP） 胞嘧啶（C） 胞嘧啶核苷酸 （cytidine monophosphate, CMP） 胞嘧啶脱氧核苷酸 （deoxycytidine monophosphate, dCMP）） 尿嘧啶（U） 尿嘧啶核苷酸 （uridine monophosphate, UMP） 胸腺嘧啶（T） 胸腺嘧啶脱氧核苷酸 （deoxythymidine monophosphate, dTMP） 图 3-9 RNA 中的腺嘌呤核苷酸（AMP）与 DNA 中的胞嘧啶脱氧核苷酸(dCMP)
六、细胞中的游离核苷酸及其衍生物 除了上述存在于RNA和DNA中的核苷酸外，生物体细胞中还有一些以游离形式存在 的核苷酸。多磷酸核苷酸以及它们的衍生物，并具有重要的生理功能。比如5腺苷酸 (adenosine C心P）可进一步砖酸化形成服克吟核苷二三商酸【简称原一 osine diph 和腺嘌吟核苷三磷酸（简称腺三磷，adenosine triphosphate ATP),见图3-10。 ADP中含有一个高能磷酸键（用 “”表示高能磷酸键)，ATP中含有 两个高能磷酸健。高能磷酸健水解时 。 释放出的能量为30 kJ/mol, 而普通 HH 酸键能为14k /mol. 物获得的能量 可转换成ATP,当需要能量时，A口 NMP 中的高能键水解，将贮存的能量释放 出来，可参与多种生物合成反应。 NDP 除ADP、ATP外，生物体中的其 他5-脱氧核苷酸也可以进 步磷酸化 图310酸单酸。二酸和三腰酸的一校 为相应的核苷二磷酸和核苷三磷酸以 结构和它 的标准缩写（在DNA 宿写为dNMP,dND 及脱氧核苷二磷酸和脱氧核苷三磷 dNP,图中N表示任意一个 酸，并都具有各自的生理功能。例如， UDP作为葡萄糖的载体参与多糖的合成：CDP作为胆碱的载体参与磷酸的合成：各种核 苷三磷酸和脱氧核苷 分别是合成RNA和DNA的前体 此外，在生物细胞中，还存在着环化核苷酸，其中研究得最多的是35环腺苷酸 (35-cyclic adenosine monophosphate,cAl NH 子形成双酯环化而成的，其中3位的 酯键为高能磷酸键，水解后可释放 49.7nol自由能cAMP具有放大 H.N 素作用信号的功能， 所 以在细胞 调节中起重要作用。此外，3,5环鸟 苷酸(3,5'-cyclic guannosine monophosphate,cGMP)也是一种具有 代谢调节作用的环化核苷酸（图 3-11 图3-135环腺查酸(cAMP),3,3环鸟苷酸(cGMP 生物体中还存在着 一些核苷酸的 衍生物，它们在生命活动中也起着重要的作用。如烟酰胺腺嘌吟二核苷酸、烟酰胺腺嘌吟 二核苷酸磷酸、黄素单核苷酸、黄素腺嘌呤二核苷酸和辅酶A等，都是核苷酸的衍生物， 它们在生物体中作为埔酶或铺基参与代谢作用
-73 - 六、细胞中的游离核苷酸及其衍生物 除了上述存在于 RNA 和 DNA 中的核苷酸外，生物体细胞中还有一些以游离形式存在 的核苷酸。多磷酸核苷酸以及它们的衍生物，并具有重要的生理功能。比如 5'-腺苷酸 （adenosine monophosphate, AMP）可进一步磷酸化形成腺嘌呤核苷二磷酸（简称腺二磷， adenosine diphosphate, ADP）和腺嘌呤核苷三磷酸（简称腺三磷，adenosine triphosphate, ATP），见图 3-10。 ADP 中含有一个高能磷酸键（用 “~”表示高能磷酸键）， ATP 中含有 两个高能磷酸键。高能磷酸键水解时 释放出的能量为 30kJ/mol，而普通磷 酸键能为 14kJ/mol。生物获得的能量 可转换成 ATP，当需要能量时，ATP 中的高能键水解，将贮存的能量释放 出来，可参与多种生物合成反应。 除 ADP、ATP 外，生物体中的其 他 5'-脱氧核苷酸也可以进一步磷酸化 为相应的核苷二磷酸和核苷三磷酸以 及脱氧核苷二磷酸和脱氧核苷三磷 酸，并都具有各自的生理功能。例如， UDP 作为葡萄糖的载体参与多糖的合成；CDP 作为胆碱的载体参与磷酸的合成；各种核 苷三磷酸和脱氧核苷三磷酸分别是合成 RNA 和 DNA 的前体。 此外，在生物细胞中，还存在着环化核苷酸，其中研究得最多的是 3',5'-环腺苷酸 （3',5'-cyclic adenosine monophosphate, cAMP）。它是由腺苷酸上的磷酸与核糖的 3',5'碳原 子形成双酯环化而成的，其中 3'位的 酯键为高能磷酸键，水解后可释放 49.7kJ/mol 自由能。cAMP 具有放大激 素作用信号的功能，所以在细胞代谢 调节中起重要作用。此外，3',5'-环鸟 苷 酸 （ 3',5'-cyclic guannosine monophosphate, cGMP）也是一种具有 代 谢 调 节 作 用 的 环 化核 苷 酸 （ 图 3-11）。 生物体中还存在着一些核苷酸的 衍生物，它们在生命活动中也起着重要的作用。如烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、烟酰胺腺嘌呤 二核苷酸磷酸、黄素单核苷酸、黄素腺嘌呤二核苷酸和辅酶 A 等，都是核苷酸的衍生物， 它们在生物体中作为辅酶或辅基参与代谢作用。 图 3-10 核酸 5'-单磷酸，5'-二磷酸和 5'-三磷酸的一般 结构和它们的标准缩写（在 DNA 中缩写为 dNMP，dNDP， dNTP），图中 N 表示任意一个碱基 图 3-11 3',5'-环腺苷酸（cAMP），3',5'-环鸟苷酸（cGMP）