1、什么是核酸? 核酸(Nucleic Acid)即多聚核苷酸(polynucleotide),是由多个核苷酸通过3’,5’-磷酸二酯键相连的多聚物。可分为核糖核酸(Ribonucleic acid, RNA )和脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid, DNA)两类。 其中DNA是独立生存的生物体和大多数病毒的遗传物质,只有少数病毒以RNA为遗传物质。但即使不一定是遗传物质,RNA也存在于所有活细胞中,在某些过程中起着重要作用——遗传信息的传递。 2、核酸的基本结构是什么? 核酸是由一系列几乎相同的小分子(称为核苷酸)组成的长链状大分子。每个核苷酸都由一个含氮芳香族碱基组成,该碱基与戊糖(五碳)糖相连,戊糖又与磷酸基团相连。(每个核苷酸含一个碱基、一个戊糖和一个磷酸集团。) 如果没有连接的磷酸基团,一个碱基和一个糖相连时称为核苷,加上磷酸基团后则称为核苷酸。 前一个核苷酸五碳糖上的3'-OH(3号碳原子上携带的羟基)与下一个核苷酸的5'磷酸(5号碳原子上连接的磷酸)脱水缩合,形成3',5'-磷酸二酯键。若干个核苷酸通过3',5'-磷酸二酯键连接成的多核苷酸链,称为核酸。这种连接方式在 RNA 和 DNA 中是相同的。 RNA的戊糖带有2'-OH,理论上,多聚核糖核苷酸还可以通过2',5'-磷酸二酯键连接在一起,但自然界中很难找到这种方式连接的多聚核苷酸。不过,高等动物体内的干扰素在作用时,可诱导靶细胞合成一种以2',5'-磷酸二酯键连接的多聚核苷酸。 (1)DNA中的戊糖是脱氧核糖,缺乏2'-OH,RNA中的戊糖是核糖,含有2'-OH。这项差别对于两种核酸各自的功能和结构有重要影响,也是用于判断一种核糖是DNA和RNA的主要标准。 DNA由于缺乏2'-OH,降低了磷酸二酯键自发水解的速率,提高了DN的稳定性,这对于遗传物质至关重要。而RNA带有2'-OH,容易发生水解(尤其是在碱性溶液里),使其很不稳定,这也使得RNA并不适合充当遗传物质。 当然,在细胞中有很多种不同类型的RNA,它们的稳定性也并不形同。比如tRNA和rRNA就特别稳定,原因一方面它们在细胞内不断地被循环使用,细胞需要它们稳定,另一方面,它们的很多2'-OH发生了甲基化修饰,大大降低了发生反应的可能性。mRNA则不稳定,在需要时被转录出来充当合成蛋白质的模板,在不需要时则被迅速降解。(甲基化修饰为表观遗传修饰的一种形式,在DNA中也常存在。这种修饰能够在不改变DNA序列的前提下,改变其遗传表现。) RNA带有2'-OH,还有一个用处,就是使得它们能够利用羟基,作为酶催化一些重要的生化反应。 (2)每个核酸含有五种可能的含氮碱基中的四种:腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)和尿嘧啶(U)。A和G被归类为嘌呤,C、T和U被归类为嘧啶。所有核酸都含有碱基A、C 和 G;然而,T一般仅存在于 DNA 中,而 U 一般存在于 RNA 中。 但这项差别不是绝对的,有的RNA分子中也存在少量的T,这部分T由转录出来的U发生甲基化修饰产生;而有的DNA分子中也会含有少量的U,一是因为细胞中有少量dUTP,在DNA复制时,有可能会代替T而直接掺入新合成的DNA链上,二是DNA分子上,C自发脱氨基而变成U,不过无论哪种途径产生U,只要出现在DNA分子上,会被细胞内的DNA修复系统视为损伤而将其修复。此外,目前也有发现某些噬菌体的DNA完全用U代替T,如枯草杆菌的PBS2噬菌体,这可能是有利于保护它的基因组,使其免受宿主细胞编码的限制性内切酶的水解。 (3)RNA通常是单链;DNA通常是双链,结构更为稳定,使它其能够充分地行使作为遗产物质的功能。 但这项差别也不绝对,有的RNA也是双链,比如某些RNA病毒(轮状病毒是双链RNA病毒的一个例子,它是幼儿肠胃炎的常见原因)和真核细胞内的miRNA,也有DNA是单链,比如某些DNA病毒(猫血液中白细胞减少症的病毒——猫细小病毒)。 学习资料: 1.https://www.britannica.com/science/nucleic-acid 2.杨荣武《生物化学原理》(第2版) |