核酸的分子组成及功能-正常人体功能

天然的核酸分子量很大，一般为几万到几百万，其分子组成和分子结构比较复杂，但是在核酸酶和核苷酸酶的催化下先水解成单核苷酸，然后进一步水解为磷酸、戊糖和碱基，故组成核酸的基本单位是核苷酸，而磷酸、戊糖和碱基是组成核酸的基本成分（表4-1）：

表4-1　两类核酸的组成

图4-1　戊糖结构示意图

（一）戊糖

核酸分子中戊糖主要有两种，都是以呋喃糖的形式存在。β-D-核糖存在RNA中，β-D-脱氧核糖存在于DNA分子中。为了和碱基中的碳原子相区别，戊糖中的碳原以C′1表示（图4-1）。

（二）碱基

核酸中碱基包括两类：嘌呤碱和嘧啶碱。其中嘌呤碱有两种：腺嘌呤（adenine，A）、鸟嘌呤（guanine，G）；嘧啶碱有3种：胞嘧啶（cytosine，C）、尿嘧啶（uracil，U）、胸腺嘧啶（thymine，T）（图4-2）。

图4-2　核酸中5种碱基结构图

（三）磷酸

磷酸分子式为H3PO4，它是一个三元酸，有三级解离，生成单酯或二酯后酸性增强。

（四）核苷

碱基和核糖或脱氧核糖以糖苷键连接形成的化合物称为核苷。在核苷分子中，嘌呤碱的第9位N原子上的氢原子或嘧啶碱第1位氮原子上的氢原子与戊糖分子上第1位碳原子上的羟基脱水缩合形成糖苷键。RNA分子中核苷的命名是以碱基的名称后加上“核苷”二字，符号和相应碱基的符号相同。如腺嘌呤核苷（A），简称腺苷。DNA分子中形成的脱氧核苷的命名是在碱基的名称后加上“脱氧”二字，符号是在相应的碱基符号前加“d”。如胞嘧啶脱氧核苷（dC），简称脱氧胞苷（图4-3）。

图4-3　核苷的结构图(www.xing528.com)

（五）核苷酸

核苷酸是核酸的基本单位，由核苷中戊糖上的羟基与磷酸形成的磷酸酯。核糖核苷中戊糖中有C′2、C′3、C′53个自由羟基，可形成2′-核苷酸、3′-核苷酸、5′-核苷酸；脱氧核糖核苷中只有C′3、C′5两个自由羟基，可以形成3′-脱氧核苷酸、5′-脱氧核苷酸。生物体内存在的主要是5′-核苷酸，常用代号“NMP”表示，N表示“核苷”（图4-4）。构成RNA的基本单位有AMP、GMP、CMP、UMP；构成DNA的基本单位有dAMP、dGMP、dCMP、dTMP。

图4-4　核苷酸结构图

一个核苷酸的3′羟基与另一个核苷酸的5′磷酸脱水形成的酯键，称为3′，5′-磷酸二酯键。许多核苷酸借3′，5′磷酸二酯键连接便形成了大分子的多核苷酸链（图4-5）。所有的核苷酸链都有5′端和3′端。为了书写方便，核酸的多核苷酸链常用简化式表示，习惯的书写方式由5′→3′，5′端通常写在左边。如5′pACGT……-OH3′。

图4-5　核苷酸链结构图

（六）体内重要的核苷酸衍生物

1.多磷酸核苷　含有一个磷酸酯键的称一磷酸核苷（NMP、dNMP）；含有2个磷酸酯键的称二磷酸核苷（NDP、dNDP）；含有3个磷酸酯键的称三磷酸核苷（NTP、dNTP）（图4-6）。体内的多磷酸核苷有重要的生理功能。三磷酸核苷是合成核酸的前体；ATP直接参与能量的贮存和利用；GTP参与蛋白质的合成；UTP参与糖原的合成；CTP参与磷脂的合成。

图4-6　ADP和ATP的结构图

2.环化核苷酸　ATP和GTP在环化酶的催化作用下，脱去一分子焦磷酸分别形成cAMP和cGMP，它们作为激素的第二信使，参与信息的传递过程（图4-7）。

图4-7　cAMP和cGMP结构图

3.辅酶类核苷酸　生物体内的某些辅酶组成中含核苷酸。如烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+）、黄素单核苷酸（FMN）、黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）。它们在物质代谢和能量代谢中起着重要作用。