【正文】 二氫尿嘧啶、 5甲基尿嘧啶 (胸腺嘧啶 )、 4硫尿嘧啶等。 tRNA中的修飾堿基種類較多，含量不等，某些 tRNA中的修飾堿基可達(dá)堿基總量的 10％或更多。 此外，修飾堿基常常扮演信號(hào)傳導(dǎo)信使分子、營養(yǎng)因子、輔酶等角色，并對核酸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性起著重要作用。 含氧的堿基有 烯醇式和酮式 兩種互變異構(gòu)體 (圖 27)，在生理 pH條件下主要以酮式存在。體內(nèi)核酸大分子中的堿基一般也是以酮式存在的。 堿基可用英文名稱前 3個(gè)字母表示，如腺嘌呤 (adenine)為Ade，鳥嘌呤 (guanine)為 Gua，胞嘧啶 (cytosine)為 Cyt，尿嘧啶(uracil)為 Ura，胞腺嘧啶 (thymine)為 Thy，亦可用英文名稱的第一個(gè)字母表示，分別為 A、 G、 C、 U和 T，近些年單字符號(hào)使用更多。 核苷 核苷 (nucleoside)是戊糖和含氮堿生成的糖苷，核糖的 139。碳原子通常與嘌呤堿的第 9氮原子或嘧啶堿的第 1氮原子相連。在 tRNA中有少量尿嘧啶的第 5位碳原子與核糖的 139。碳原子相連，這是一種碳苷，因?yàn)槲焯桥c堿基的連接方式較特殊，也稱為假尿苷。 由嘌呤形成的核苷可以有 順式和反式 兩種結(jié)構(gòu)類型，嘧啶形成的核苷只有反式構(gòu)象是穩(wěn)定的，在順式結(jié)構(gòu)中，C2位的取代基與糖殘基存在空間位阻 (圖 28)。 The mon ribonucleosides—cytidine, uridine, adenosine, and guanosine. Also, inosine drawn in anti conformation. 核苷常用單字符號(hào) (A, G, C, U)表示，脫氧核苷則在單字符號(hào)前加一小寫的 d(dA, dG, dC, dT)。常見的修飾核苷符號(hào)有：次黃苷或肌苷 (inosine)為 I，黃嘌呤核苷 (xanthosine)為 X，二氫尿嘧啶核苷(dihydrouridine)為 D，假尿嘧啶核苷 (pseudouridine)為 ψ。取代基團(tuán)用英文小寫字母表示，堿基取代基團(tuán)的符號(hào)寫在核苷單字符號(hào)的左下角，核糖取代基團(tuán)的符號(hào)寫在右下角，取代基團(tuán)的位置寫在取代基團(tuán)符號(hào)的右上角，取代基的數(shù)量則寫在右下角。如5甲基脫氧胞苷的符號(hào)為 m5dC，而 N6, N6二甲基腺嘌呤的符號(hào)為 m26A。 核苷酸 核苷酸的結(jié)構(gòu)和功能 核苷酸 (nucleotide)是核苷的磷酸酯。核苷中的核糖有 3個(gè)自由的羥基，均可以被磷酸酯化，分別生成239。， 339。和 539。核苷酸。脫氧核苷酸的五碳糖上只有 2個(gè)自由羥基，只能生成 339。和 539。脫氧核苷酸，各種核苷酸的結(jié)構(gòu)已經(jīng)用有機(jī)合成等方法證實(shí)。 生物體內(nèi)的游離核苷酸多為 539。核苷酸 (圖 29)，所以通常將核苷 539。一磷酸簡稱為核苷一磷酸或核苷酸。各種核苷酸在文獻(xiàn)中通常用英文縮寫表示，如腺苷酸為 AMP，鳥苷酸為 GMP。脫氧核苷酸則在英文縮寫前加小寫 d，如 dAMP, dGMP等。 Structures of the four mon ribonucleotides—AMP, GMP, CMP, and UMP—together with their two sets of full names, for example, adenosine 539。 monophosphate and adenylic acid. Also shown is the nucleoside 339。AMP. 其他單核苷酸也可以產(chǎn)生相應(yīng)的二磷酸或三磷酸化合物。各種 核苷三磷酸 (ATP, GTP, CTP, UTP)是體內(nèi) RNA合成的直接原料，各種脫氧核苷三磷酸 (dATP, dGTP, dCTP, dTTP)是DNA合成的直接原料。核苷三磷酸化合物在生物體的能量代謝中起著重要的作用，在所有生物系統(tǒng)化學(xué)能的轉(zhuǎn)化和利用中普遍起作用的是 ATP。其它核苷三磷酸參與特定的代謝過程，如 UTP參加糖的互相轉(zhuǎn)化與合成， CTP參加磷脂的合成，GTP參加蛋白質(zhì)和嘌呤的合成等等 。 生物體內(nèi)的 AMP可與一分子磷酸結(jié)合，生成腺苷二磷酸(ADP)， ADP再與一分子磷酸結(jié)合，生成 腺苷三磷酸 (adenosine triphosphate, ATP, 圖 210)。 Formation of ADP and ATP by the successive addition of phosphate groups via phosphoric anhydride linkages. Note the removal of equivalents of H2O in these dehydration synthesis reactions. Phosphoryl and pyrophosphoryl group transfer, the major biochemical reactions of nucleotides. 腺苷酸也是一些 輔酶的結(jié)構(gòu)成分 ，如煙酰胺腺嘌呤二核苷酸 (輔酶 I, NAD+)、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 (輔酶 II, ANDP+）、黃素腺嘌呤二核苷酸 (FAD)等。 哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的 339。, 539。 環(huán)狀腺苷酸 (339。, 539。cyclic adenosine monophosphate, cAMP)是一些激素發(fā)揮作用的媒介物，被稱為這些激素的第二信使。許多藥物和神經(jīng)遞質(zhì)也是通過 cAMP發(fā)揮作用的。 cGMP是 cAMP的拮抗物，二者共同在細(xì)胞的生長發(fā)育中起重要的調(diào)節(jié)作用。某些哺乳動(dòng)物細(xì)胞中還發(fā)現(xiàn)了cUMP和 cCMP，功能不詳。環(huán)核苷酸是在細(xì)胞內(nèi)一些因子的作用下，由某種核苷三磷酸(NTP)在相應(yīng)的環(huán)化酶作用下生成的， cAMP和 cGMP的結(jié)構(gòu)式如圖 211所示。 在細(xì)菌的培養(yǎng)基中缺少某種必需氨基酸時(shí)，幾秒鐘內(nèi)即發(fā)生 GTP+ATP →ppGpp或 pppGpp的反應(yīng)。在 ppGpp或 pppGpp的作用下，細(xì)菌會(huì)嚴(yán)格控制代謝活動(dòng)以減少消耗，加快體內(nèi)原有蛋白質(zhì)的水解以獲取所缺的氨基酸，并用以合成生命活動(dòng)必需的蛋白質(zhì)，從而延續(xù)生命?？莶輻U菌在營養(yǎng)不利的情況下形成芽孢時(shí)，合成 ppApp， pppApp和 pppAppp，使細(xì)菌處于休眠狀態(tài)度過惡劣時(shí)期。很多原核生物(如大腸桿菌 )、真核生物 (如酵母菌 )和哺乳動(dòng)物都存在 A5?pppp539。A(Ap4A)，在哺乳動(dòng)物中 Ap4A含量與細(xì)胞生長速度有正相關(guān)。核苷酸及其衍生物在調(diào)控方面的作用，已成為生物體調(diào)控機(jī)制研究的一個(gè)重要領(lǐng)域。 核苷酸的性質(zhì) 核苷酸的堿基具有共軛雙鍵結(jié)構(gòu)，故核苷酸在 260nm左右有強(qiáng)吸收峰 。由于堿基的紫外吸收光譜受堿基種類和解離狀態(tài)的影響，故測定核苷酸的紫外吸收時(shí)應(yīng)注意在一定的 pH下進(jìn)行。圖 212表示了四種核苷酸在不同 pH下的紫外吸收光譜。利用堿基紫外吸收的差別，可以鑒定各種核苷酸。 表 21 四種主要核苷酸可解離基團(tuán)的 pK值 核苷酸 pK0 (堿基 N) pk1 (磷酸基 ) pK2 (磷酸基 ) 5′AMP (N1) 5′GMP (N1), (N7) 5′CMP (N3) 5′UMP (N3) 圖 213是 4種核苷酸的解離曲線。可以看出，當(dāng)pH處于第一磷酸基和堿基解離曲線的 交點(diǎn) 時(shí)，二者的解離度剛好相等。在這個(gè) pH下，第二磷酸基尚未解離，所以這一 pH為該核苷酸的等電點(diǎn)。當(dāng) pH小于等電點(diǎn)時(shí)，該核苷酸帶凈正電荷。相反，如果 pH大于核苷酸的等電點(diǎn)，則該核苷酸帶凈負(fù)電荷。 在 ，各種核苷酸的第一磷酸基已完全解離，帶 1個(gè)單位的負(fù)電荷，第二磷酸基完全未解離。含氮堿基的解離度則有明顯的差別，分別為 CMP(+) AMP(+) GMP(+) UMP(0)。這樣，所有核苷酸都帶凈負(fù)電荷，且?guī)ж?fù)電荷的多少各不相同。在 電泳 ，它們便以不同的速度向正極移動(dòng)，其移動(dòng)速度的順序是UMP GMP AMP CMP，因而可以將它們分開。 用 陽離子交換樹脂 分離上述四種核苷酸時(shí)，先在低pH(例如 )下使它們都帶上凈正電荷 (UMP除外 )，經(jīng)離子交換作用結(jié)合到樹脂上，然后用 pH或鹽離子濃度遞增的緩沖液進(jìn)行洗脫。 UMP因不帶正電荷，首先被洗脫下來，接著是 GMP，因?yàn)猷堰虱h(huán)同離子交換樹脂的非極性吸附比嘧啶環(huán)大許多倍，抵消了 AMP和 GMP之間正電荷的差別，故洗脫順序是： UMP → GMP → CMP → AMP。 核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu) 實(shí)驗(yàn)證明 DNA和 RNA都是沒有分支的多核苷酸長鏈，鏈中每個(gè)核苷酸的 339。羥基和相鄰核苷酸戊糖上的 539。磷酸相連。因此，核苷酸間的連接鍵是 339。, 539。磷酸二酯鍵 (339。, 539。phosphodiester bond)。由相間排列的戊糖和磷酸構(gòu)成核酸大分子的主鏈，而代表其特性的堿基則可以看成是有次序地連接在其主鏈上的側(cè)鏈基團(tuán)。由于同一條鏈中所有核苷酸間的磷酸二酯鍵有相同的走向， RNA和 DNA鏈都有特殊的方向性，而每條線形核酸鏈都有一個(gè) 539。末端和一個(gè) 339。末端 (圖 214)。 339。,539。 phosphodiester bridges link nucleotides together to form polynucleotide chains. 核酸結(jié)構(gòu)的簡寫式 用簡寫式表示核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)時(shí)，用 p表示磷酸基團(tuán)，當(dāng)它放在核苷符號(hào)的左側(cè)時(shí)，表示磷酸與糖環(huán)的 539。羥基結(jié)合，右側(cè)表示與 339。羥基結(jié)合，如 pApCpGpU。在表示核酸酶的水解部位時(shí)，常用這種簡寫式。 pApCp↓GpU表示水解后 C的 339。羥基連有磷酸基， G的 539。羥基是游離的。而 pApC↓pGpU則表示水解后 C的 339。羥基是游離的， G的 539。羥基連有磷酸基。在不需要標(biāo)明核酸酶的水解部位時(shí)，上述簡寫式中的 p亦可省去，用連字符代替，如 pACGU，或?qū)⑦B字符也省去，寫成 pACGU。 pACTG 核酸的序列測定開展較晚， 20世紀(jì) 70年代中期出現(xiàn)了快速測定 DNA序列的新方法， 1977年 Sanger測定了 ΦX174單鏈 DNA 5386 b的全序列。隨后序列測定方法不斷改進(jìn)，現(xiàn)時(shí) DNA序列測定已走向自動(dòng)化，包括人類在內(nèi)的幾十個(gè)物種的 DNA全序列測定已經(jīng)完成。由于 DNA序列測定的原理與 DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)有關(guān)，測序的基本原理將在本章最后一節(jié)簡要介紹。 DNA 的二級(jí)結(jié)構(gòu) DNA 雙鏈的螺旋型空間結(jié)構(gòu)稱 DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu) (secondary structure of DNA)。1953年 Watson和 Crick提出 DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu) (DNA double helix, duplex)，是 20世紀(jì)自然科學(xué)最重要的發(fā)現(xiàn)之一，對生命科學(xué)的發(fā)展具有劃時(shí)代的意義。 雙螺旋結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)依據(jù) X射線衍射數(shù)據(jù) Franklin和 Wilkins發(fā)現(xiàn)不同來源的 DNA纖維具有相似的 X射線衍射圖譜，而且延長軸有 化 ，說明 DNA可能有共同的空間結(jié)構(gòu)。 X射線衍射數(shù)據(jù)說明，