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核酸的结构和功能详细解读

一、核酸

(英语:nucleic acid)是一种通常位于细胞内的大型生物分子,主要负责生物体遗传信息的携带和传递。核酸有两大类,分别是脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)。

核酸的结构和功能详细解读

核酸的单体结构为核苷酸。每一个核苷酸分子由三部分组成:一个五碳糖、一个含氮碱基和一个或多个磷酸基团。如果其五碳糖是脱氧核糖则为脱氧核糖核苷酸,此单体之聚合物是DNA。如果其五碳糖是核糖则为核糖核苷酸,此单体之聚合物是RNA。

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二、磷酸

(英语:phosphoric acid)或称为正磷酸(orthophosphoric acid),化学式H3PO4,是一种常见的无机酸,不易挥发,不易分解,几乎没有氧化性。具有酸的通性,是三元弱酸,其酸性比盐酸、硫酸、硝酸弱,但比醋酸、硼酸等强。由五氧化二磷溶于热水中即可得到。正磷酸工业上用硫酸处理磷灰石即得。用硝酸使磷氧化,可以得到较纯的磷酸;一般是83%-98%的稠厚溶液,如果再浓缩,可以得到无色晶体。磷酸在空气中容易潮解;加热会逐渐失水得到焦磷酸,进一步失水得到偏磷酸。磷酸容易自行结合成多种化合物如焦磷酸(pyrophosphoric acid)或三聚磷酸(triphosphoric acid)等。

除了用作化学试剂之外,磷酸也可主要用于制药、铁锈转化剂、食品添加物、溶剂、电解液、肥料、冶金、饲料等,也有在医学美容及牙科的用途。

磷酸为三元酸,可解离出三个氢离子,因此可形成三种不同的酸根,分别是:磷酸二氢根H2PO4、磷酸氢根HPO42−以及磷酸根PO43−

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三、碱基 

核碱基(英语:Nucleobase)是指含氮碱基(nitrogenous base),在生物学上通常简单地称之碱基(base)。是在DNARNA中,起配对作用的部分。核碱基都是杂环化合物,其原子位于环上或取代氨基上,其中一部分(取代氨基,以及嘌呤环的1位氮、嘧啶环的3位氮)直接参与碱基配对。

常见的核碱基共有5种:胞嘧啶(缩写C)、鸟嘌呤(G)、腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T,通常为DNA专有)和尿嘧啶(U,通常为RNA专有)。腺嘌呤和鸟嘌呤属于嘌呤族(缩写作R),它们具有双环结构。胞嘧啶、尿嘧啶、胸腺嘧啶属于嘧啶族(Y),它们的环系是一个六元杂环。RNA中,尿嘧啶取代了胸腺嘧啶的位置。胸腺嘧啶比尿嘧啶多一个5位甲基,这个甲基增大了遗传的准确性。核碱基有酮式和烯醇式,可以互相转换。在生理pH条件下一般为酮式。核碱基通过糖苷键与核糖或脱氧核糖的1位碳原子相连而形成的化合物叫核苷。核苷再与磷酸结合就形成核苷酸,磷酸基接在五碳糖的5位碳原子上。含氮碱基是两种母体分子嘌呤和嘧啶的衍生物。一般,组成核酸的碱基有五种,分别是:

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腺嘌呤(A)

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鸟嘌呤(G)

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胞嘧啶(C)

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胸腺嘧啶(T,又称5-甲基尿嘧啶,在RNA中一般由尿嘧啶代替)

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尿嘧啶(U,在DNA中由胸腺嘧啶代替)

除了以上五种碱基之外,部分核酸还含有特殊碱基。即稀有碱基。

四、核苷

核苷是由含氮碱基和戊糖组成的糖苷。核苷加上一个磷酸基就是核苷酸。

戊糖(英语:Pentose),又称为五碳糖,是一种含有5个碳原子的单糖[1]。在1号碳上有醛基的称为五碳醛糖(戊醛糖);2号碳上有酮基的称为五碳酮糖(戊酮糖)。戊醛糖有3个手性中心,因此可能有8种旋光异构体。

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五碳醛糖结构

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五碳酮糖结构

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糖苷的基本结构,这里用D-葡萄糖作为糖的部分

五、核酸

(英语:nucleic acid)是一种通常位于细胞内的大型生物分子,主要负责生物体遗传信息的携带和传递。核酸有两大类,分别是脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)。

核酸的结构和功能详细解读

核酸的单体结构为核苷酸。每一个核苷酸分子由三部分组成:一个五碳糖、一个含氮碱基和一个或多个磷酸基团。如果其五碳糖是脱氧核糖则为脱氧核糖核苷酸,此单体之聚合物是DNA。如果其五碳糖是核糖则为核糖核苷酸,此单体之聚合物是RNA。

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核酸的结构可分为一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。

核酸的链上各核苷酸残基的排列顺序被称作核酸的一级结构,即核酸序列。核酸序列在生物学中非常重要,它们不仅能区分核酸,还带有编码所有生物分子、分子装配体、亚细胞的和细胞的结构、器官的信息,和生物体的最终指令。一级结构是由通过磷酸二酯键连接在一起的核苷酸的线性序列。它是核苷酸的这种线性序列组成DNA或RNA的一级结构。核苷酸由3个组成部分组成:

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两个磷酸二酯键连接了三个核苷

核酸二级结构 二级结构是碱基之间的相互作用集合,即链的哪些部分彼此结合。在DNA双螺旋中,两条DNA链通过氢键连在一起。一条链碱基上的核苷酸与另一条链上的核苷酸成对配对。二级结构负责核酸所承受的形状。DNA中的碱基被分类为嘌呤和嘧啶。嘌呤是腺嘌呤和鸟嘌呤。嘌呤由双环结构,含氮的六元环和五元环组成。嘧啶是胞嘧啶和胸腺嘧啶。它有一个单一的环状结构,有一个含氮六元环。嘌呤碱基总是与嘧啶碱基(鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C),与腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶(T)或尿嘧啶(U))配对。DNA的二级结构主要通过彼此缠绕的两条多核苷酸链的碱基对来确定,以形成双股螺旋。

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DNA是最常见的双螺旋圈形物

核酸三级结构是核酸聚合物的三维形状。RNA和DNA分子具有从分子识别到催化的各种功能。这些功能需要精确的三维三级结构。虽然这种结构多样且看似复杂,但它们由重复的,易于识别的三级结构基序组成,用作分子构建模块。RNA和DNA三级结构的一些最常见的基序如下所述,但该信息基于有限数量的解析结构。

核酸的四级结构与蛋白质四级结构相似。虽然一些概念不完全相同,但四级结构是指较高级别的核酸组织。

(责任编辑:化学自习室)
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