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第19章核 酸 本章重点介绍核酸的基本组成； DNA 和 RNA 的结构；核酸的理化性质；核酸的变性、复性和杂交；基因和遗传密码；核糖酶等。 核酸是重要的生物大分子，一切生物无论大小都含有核酸，它是存在于细胞中的一种酸性 物质。核酸的研究是分子生物学的重要领域。核酸（ nucleicacid ）由瑞士生物学家 Miescher 于 1869 年首先从脓细胞核中分离得到，当时被称为“核质” （ nuclein），二十年后，更名为核酸。 核酸的发现为人类提供了解开生命之谜的金钥匙。 1944 年， Oswald Avery 经实验证实了 DNA 是遗传的物质基础。 1953 年， Watson 和 Crick 提出了 DNA 的双螺旋结构，巧妙地解释了遗传的奥秘，并将遗传学的研究从宏观的观察进入到分子水平。 1981 年底，我国科学工作者用人工方法合成了酵母丙氨酸转移核糖核酸。 我国是唯一参加 世界人类基因组研究的发展中国家，这些都标志着我国在核酸领域研究中，达到了世界先进水 平。 核酸和蛋白质一样，都是生命活动中的生物信息大分子，由于核酸是遗传的物质基础，所以又称为“遗传大分子” 。生物体的生长、繁殖、遗传、变异和转化等生命现象中，核酸起着决定性的作用。核酸的作用与核酸的化学结构密切有关，本章主要介绍核酸的化学组成和分子结构，为核酸的深入学习打下基础。 你在学完本章以后，应该能够回答以下问题： ．核酸的化学结构是怎样的，它是如何分类的？ ．核酸分子中的碱基及其配对规律是什么？什么是核酸的一级结构？ ．什么是 DNA 的双螺旋结构？ RNA 的二级结构有哪些特点？ ．核酸有哪些理化性质 ？ ．什么是基因和遗传密码？ ．写出 ATP 和 CAMP 的结构式。 19．1 核酸的分类 根据分子中所含戊糖的种类核酸可分为核糖核酸（ ribonucleic acid，RNA) 和脱氧核糖核酸 deoxyribonucleic acid，DNA) 。 DNA 主要存在于细胞核和线粒体内，它是生物遗传的主要物 质基础，承担体内遗传信息的贮存和发布。约 90％的 RNA 在细胞质中，而在细胞核内的含量 约占 10％，它直接参与体内蛋白质的合成。 根据 RNA 在蛋白质合成过程中所起的作用不同又可分为三类： 1．核蛋白体 RNA （ ribosomal RNA ， rRNA) ，又称核糖体 RNA ，细胞内 RNA 的绝大部分 390 80％ -90％ )都是核蛋白体组织。它是蛋白质合成时多肽链的“装配机” 。参与蛋白质合成的各种成分最终必须在核蛋白体上将氨基酸按特定顺序合成多肽链。 2．信使 RNA （messenger RNA ，mRNA) ，它是合成蛋白质的模板，在蛋白质合成时，控制氨基酸排列顺序。 3．转运 RNA （ transfer RNA ， tRNA) 。在蛋白质的合成过程中， tRNA 是搬运氨基酸的工具。氨基酸由各自特异的 tRNA “搬运”到核蛋白体，才能“组装”成多肽链。 19．2 核酸的基本物质组成 温习提示： 单糖的基本结构， 杂环化合物中嘌呤和嘧啶的结构， 糖苷的概念和糖的磷酸化。 核酸分子中所含主要元素有 C、 H、 O、N 、P 等。其中含磷量为 9％— 10％，由于各种核 酸分子中含磷量比较接近恒定，故常用含磷量来测定组织中核酸的含量。 核酸也称多核苷酸（ polynucleotide ）,是由数 10 个以至千万计的单核苷酸（ mucleotide) 组 成。核酸完全水解可以得到磷酸、嘌呤碱和嘧啶碱（简称碱基） 、核糖和脱氧核糖。 磷酸 核酸 核苷酸 戊糖（核糖和脱氧核糖） 核苷 有机碱（嘌呤碱和嘧啶碱） 两类核酸水解所得产物列于表 19-1 中。 表 19-1 核酸水解后的主要最终产物 水解产物类别 RNA DNA 酸 磷酸 磷酸 戊糖 D- 核糖 D-2- 脱氧核糖 嘌呤碱 腺嘌呤 鸟嘌呤 腺嘌呤 鸟嘌呤 嘧啶碱 胞嘧啶 尿嘧啶 胞嘧啶 胸腺嘧啶 核酸中的戊糖有两类，即 β-D- 核糖和 β -2-D- 脱氧核糖， β -D- 核糖存在于 RNA 中，而 β -2-D- 脱氧核糖存在于 DNA 中。它们的结构及编号如下： HO 5 OH HO 5 OH CH 2 O CH 2 O 1 4 H 3 H 1 4 H 3 H H H H OH 2 H OH 2OH H β- D-核糖 β-2-D- 脱氧核糖 RNA 和 DNA 中所含的嘌呤碱相同，都含有腺嘌呤和鸟嘌呤。而含的嘧啶碱不同，两者都 含有胞嘧啶， RNA 中含的尿嘧啶而不含胸腺嘧啶， DNA 中恰相反。 两类碱基的结构及缩写符号如下： 391 NH2 N N N N N N N N H H 嘌呤 腺嘌呤