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构成核苷酸的主要碱基 $%& ’%& 嘌呤恒温金属浴 (甲基鸟嘌呤()( *) !+甲基腺嘌呤()+ &) !+甲基腺嘌呤( )+ &) !+,!+二甲基腺嘌呤 (甲基鸟嘌呤 嘧啶 ,甲基胞嘧啶(), -)假尿嘧啶(!) ,羟甲基胞嘧啶(.), -)双氢尿嘧啶($/0) ##嘌呤和嘧啶碱基都是含氮杂环化合物,分子中的酮基或氨基均位于杂环上氮原子的邻位,受介质中 1/的影响,会发生酮式烯醇式互变异构,或氨基亚氨基互变异构(图 !2)。 ##嘌呤环和嘧啶环中含有共轭双键,因而都有吸收紫外线的性质,吸收高峰在波长 "+3 4)左右。这是 碱基的一个重要理化性质,在研究核酸、核苷酸、核苷及碱基时,可被用作定性及定量分析。另外,紫外线 照射可引起 $%&突变,也是由于存在于
$%&中的核苷酸吸收紫外线造成的。 ##(二)戊糖 ##构成核苷酸的戊糖有两种,$%&分子中含有 " $"脱氧核糖,’%&分子中的戊糖为 " $核糖。 这两种核糖均为呋喃糖。碱基杂环中的原子编号一般以 !,",2,.表示,为了与此相区分,糖环上的碳原 子则标以 !5,"5,25等(图 !6)。 77/ 7 $ $$$ $$ & && /8 - % - % ’( ’ ) ))( 8/ 8 - /% $ $$ $ $$$ $$ " & && 酮式 烯醇式 8 %/%/" $ $$ - %/ $ $$ " ’ /8 8 - % ’( - ) ))( 8/ 8 /% /% $ $$$ $$ $ $$ 亚氨式 氨式 图 ! 2#碱基的互变异构图 ! 6#两种核糖的结构 ##(三)核苷与核苷酸 ##碱基与戊糖通过 " !糖苷键( " ! 9:;<=>?@?< A=4@)缩合形成核苷( 4B<:C=>?@C)。嘌呤类核苷是 由嘌呤环上的 %D与戊糖的 -!5连接,嘧啶类核苷是由嘧啶环上的 %!与戊糖的 -!5相连。由于 第一章 $核$$酸! 构成核苷酸的戊糖有两种,因此核苷又可分为核糖核苷及脱氧核糖核苷(图 !",表 !#)。 $$核苷的戊糖羟基与磷酸之间脱水以酯键相连,即形 成核苷酸。糖环上的所有游离羟基(核糖的 % #&、% ’&、% "&及脱氧核糖的 % ’&、% "&)均能与磷酸发生 酯化反应,但最常见的酯化部位是在核糖或脱氧核糖的 % "&和 % ’&位上。单核苷酸分子中的磷酸主要连接 在 % "&位上,称为 "&核苷酸。含有一个磷酸基团的 核苷酸称为核苷一磷酸( ()*+,-./0, 1-(-23-.2345,, 678);第二个磷酸基团通过酸酐键与核苷一磷酸的磷 酸基团相连则形成核苷二磷酸( ()*+,-./0, 0/23-.2345,, 698);同样,第三个磷酸基团连在核苷二磷酸的焦磷酸 基团上则形成核苷三
磷酸( ()*+,-./0, 5:/23-.2345,, 6;8),其中第一、二、三位磷酸分别标记为 !、"、#。 表 ! "#构成 $%&及 ’%&的碱基、核苷和核苷酸 图 ! "$核糖核苷与脱氧核糖核苷 碱基(<4.,)核苷(:/<-()*+,-./0,)核苷酸(:/<-()*+,-5/0,) 96=腺嘌呤脱氧腺苷脱氧腺苷酸 (40,(/(,,=) 鸟嘌呤 (0,->?40,(-./(,) 脱氧鸟苷 (0,->?40,(-./(, 1-(-23-.2345,,0=78) 脱氧鸟苷酸 (@)4(/(,,A) 胞嘧啶 (0,->?@)4(-./(,) 脱氧胞苷 (0,->?@)4(-./(, 1-(-23-.2345,,0A78) 脱氧胞苷酸 (*?5-./(,,%) 胸腺嘧啶 (0,->?*?5/0/(,) 脱氧胸苷 (0,->?*?5/0/(, 1-(-23-.2345,,0%78) 脱氧胸苷酸 B6= (53?1/(,,;) 腺嘌呤 (0,->?53?1/0/(,) 腺苷 (0,->?53?1/0/(, 1-(-23-.2345,,0;78) 腺苷酸 $(40,(/(,,=) 鸟嘌呤 (40,(-./(,) 鸟苷 (40,(-./(, 1-(-23-.2345,,=78) 鸟苷酸 (@)4(/(,,A) 胞嘧啶 (@)4(-./(,) 胞苷 (@)4(-./(, 1-(-23-.2345,,A78) 胞苷酸 (*?5-./(,,%) 尿嘧啶 (*?5/0/(,) 尿苷 (*?5/0/(, 1-(-23-.2345,,%78) 尿苷酸 ():4*/+,
C)():/0/(,)():/0/(, 1-(-23-.2345,,C78) $$在对核苷及核苷酸命名时,须先冠以碱基的名称,如腺嘌呤核苷(简称腺苷),胞嘧啶核苷一磷酸(简 称胞苷酸),尿嘧啶核苷二磷酸(简称尿苷二磷酸)等。如为脱氧核苷或脱氧核苷酸,则在相应的核苷或核 苷酸前面加上“脱氧”,在缩写名词前加上 0字符(表 !#)。 $$核苷酸除了作为核酸的基本组成单位外,在生物体内还有重要的代谢与调节功能(见第十章核苷酸 代谢)。例如, =78参与构成一些辅酶, =98、=;8、A;8、C;8等在生物体内的物质和能量代谢中均作为重 要的底物和中间产物,环腺苷酸(’&,"& *?*+/* =78,*=78)和环鸟苷酸(’&,"& *?*+/* A78,*A78)是细胞 内重要的第二信使,在细胞信号转导通路中发挥着多种多样的调控功能。图 !D是一些核苷酸的结构 式,从这些结构式可以类推出其他核苷酸或脱氧核苷酸的结构。 "!第一篇!生物分子的结构与功能 "#% "#% % $" "# "!$ $ !! $#! "$" $ " & & &#$ !!!$ !! $#! " " !! "$ !! #$ ! !! $ #"!! $ $$ $ $$ $ ! ! $$! &&& && && && !$# " " !! #$ $ " ! & " &% %%’% %%&’% %%& ’ &#%$ % %%% %% % %% - & ! ! & $# % %%% ! $$$$$ # $$$$$ # & && # $ $$$ $$$ $$$ $$ $$$$$ # %& &% %%’ &#% $ % %% $$$ ! # $ $$ $ $$ $ $$ # % % %% $$# !$$ . . . . ..è)*’ . . . . . . ..è !!!!!!! )+’ . . . . . . . . . . !!!!!!!!!! &&& $$# !! !$$ & # $ $$$ $$ $$# !! !$$ & $$# !$$ $$# !! !$$ ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !&#!&# . & & & && ’ # !!!!!!!! &# # $ $$ !!!!! &# . ... ),’ !!!!()*’ !!!/)*’ 图 0 1!不同类型的核苷酸 二、核苷酸的连接方式 !!几个或十几个核苷酸连接起来的分子称为寡核苷酸(
2345267/38294(8),更多的核苷酸连接形成的聚合 物就是核酸。不同的核酸其核苷酸的数量相差很大,+")分子中核苷酸的数量可高达上千万,是真正的 生物大分子,而某些 :")分子只含有数十个核苷酸。无论核苷酸的数量多少,+")和 :")都是通过核 苷酸间的 .;,-;磷酸二酯键连接而成,即前一个核苷酸的 $.; &#与下一核苷酸的 $-;位磷酸之间脱水 形成酯键。 !!需要强调的是,核苷酸的连接具有严格的方向性。通过 .;,-;磷酸二酯键连接形成的核酸是一个没 有分支的线形分子,它们的两个末端分别为 -;末端(游离磷酸基)和 .;末端(游离羟基),在书写时,方向应