第一节　核酸的分子组成

核酸水解产生核苷酸（nucleotide）；核苷酸水解产生核苷（nucleoside）和磷酸；核苷最终分解为含氮碱基和戊糖。因此，核酸的基本组成单位是核苷酸，核苷酸由戊糖、含氮碱基和磷酸组成（图3-1）。

图3-1　核酸的分子组成

一、碱基、戊糖、核苷

（一）碱基

核酸中的碱基为含氮杂环化合物，分为嘌呤（purine）与嘧啶（pyrimidine）两类。嘌呤类包括腺嘌呤（adenine，A）和鸟嘌呤（guanine，G）；嘧啶类包括胞嘧啶（cytosine，C）、胸腺嘧啶（thymine，T）和尿嘧啶（uracil，U）（图 3-2）。DNA分子含A、G、C、T四种碱基；RNA分子含A、G、C、U四种碱基。除了这五种常见碱基外，在核酸，尤其是tRNA分子中还有稀有碱基。碱基的各个原子分别加以数字编号以便区分，如C-1、N-9等。

图3-2　嘌呤碱基与嘧啶碱基

（二）戊糖

核酸含两种戊糖，均为β-呋喃糖。为了和碱基的原子区别，戊糖的碳原子标记为C-1′、C-2′……C-5′（图3-3）。两种戊糖的差别是在C-2′原子上是否含有羟基。RNA分子中的戊糖C-2′原子上连接有羟基，称为β-D-核糖；DNA分子中的戊糖C-2′原子上没有羟基，称为β-D-2′-脱氧核糖。DNA的这种结构使其在化学性质上较RNA更为稳定。

（三）核苷

核苷是由碱基与戊糖通过糖苷键连接形成的化合物。其中戊糖的C-1′原子分别与嘌呤碱的N-9原子、嘧啶碱的N-1原子相连接，形成脱氧核糖核苷或核糖核苷（表3-1）。

图3-3　戊糖的结构

表3-1　构成核酸的碱基、核苷及一磷酸核苷酸

二、核苷酸

核糖核苷或脱氧核糖核苷C-5′原子上的羟基与磷酸通过酯键连接分别构成核苷酸或脱氧核苷酸。含有1个磷酸基团的核苷酸称为核苷一磷酸（NMP），含有2个磷酸基团的核苷酸称为核苷二磷酸（NDP），有3个磷酸基团的核苷酸称为核苷三磷酸（NTP）。如AMP是腺苷一磷酸，GDP是鸟苷二磷酸，CTP是胞苷三磷酸，以此类推（图 3-4）。

图3-4　核苷酸与环腺苷酸结构式

三、核酸分子中核苷酸的连接方式

一个核苷酸或脱氧核苷酸的C-3′原子上的羟基与另一个核苷酸或脱氧核苷酸的C-5′原子的磷酸之间脱水缩合形成 3′，5′-磷酸二酯键（3′，5′-phosphodiester bond）。不同的核苷酸或脱氧核苷酸通过 3′，5′-磷酸二酯键连接形成多聚核糖核苷酸，即RNA或多聚脱氧核糖核苷酸，即DNA。几个或十几个核苷酸连接起来的分子称为寡核苷酸（oligonucleotide）。不同核酸分子中核苷酸数量相差很大，通常DNA分子比RNA分子中核苷酸的数量多很多。

核苷酸除构成核酸外，还具有许多重要的生理功能。如ATP是体内能量的直接来源和利用形式，在代谢中发挥重要作用；此外，GTP、UTP、CTP也均可提供能量；许多辅酶成分中含有核苷酸，腺苷酸是NAD+、FAD、辅酶A等的组成成分；某些核苷酸及其衍生物是重要的生理调节因子，如环腺苷酸（cAMP）与环鸟苷酸（cGMP）是细胞内信号转导的重要信息分子。