什么是核苷酸

核苷酸是有机分子。它是DNA 和 RNA 的组成单元，由三个部分组成，包括一个磷酸基团、一个 5 碳糖和一个含氮碱基。含氮碱基可以有四种类型，或者说 DNA 中有四种不同的含氮碱基，它们是腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤和胸腺嘧啶。然而，在 RNA 中，尿嘧啶取代了胸腺嘧啶，换句话说，胸腺嘧啶被尿嘧啶取代。因此，正是核苷酸构成了所有生物体的 DNA（遗传物质）。

核苷酸的结构

一个核苷酸由通过共价键连接的三个单元组成。

1. 含氮碱基：嘌呤（腺嘌呤和鸟嘌呤）和嘧啶（胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶）
2. 戊糖：可以是核糖或脱氧核糖。
3. 磷酸：单磷酸、二磷酸和三磷酸

1) 含氮碱基或核苷酸碱基

核苷酸由其化学碱基定义或识别。总共有五种化学碱基

• 腺嘌呤
• 胞嘧啶
• 鸟嘌呤
• 胸腺嘧啶
• 尿嘧啶

核苷酸的命名基于碱基和磷酸残基的类型。例如，一个具有一个磷酸基团的腺嘌呤核苷酸称为腺苷酸。腺苷来自核苷酸的腺嘌呤碱基，单磷酸表示它含有一个磷酸基团。

碱基用字母表示，可以是嘌呤或嘧啶，如下所述

腺嘌呤 (A)：这种碱基是嘌呤，属于含氮碱基家族。其化学式为C5H5N5，与其他嘌呤一样具有双环结构。以腺嘌呤为碱基的核苷酸称为腺嘌呤核苷。它有两个氢键，有助于稳定 DNA、RNA 等核酸的结构。在 DNA 中，腺嘌呤与胸腺嘧啶结合，从而与胸腺嘧啶配对。而在 RNA 中，它与尿嘧啶结合。

胞嘧啶 (C)：这种碱基是嘧啶，其化学式为 C4H5N3O。一种胞嘧啶碱基的核苷酸称为胞苷。其结构只有一个环，并且它在 DNA 和 RNA 的两种核酸中都与鸟嘌呤配对。但是，当它游离时，它可以作为辅酶，帮助将 ADP 转化为 ATP。

鸟嘌呤 (G)：这种碱基也是嘌呤，具有双环结构的分子，化学式为 C5H5N5O。携带鸟嘌呤作为碱基的核苷酸称为鸟苷。它在 DNA 和 RNA 的两种核酸中都通过三个氢键与胞嘧啶结合。由于三个氢键，它比只有两个氢键的腺嘌呤-胸腺嘧啶键稍强。

胸腺嘧啶 (T)：它是嘧啶碱基，化学式为C5H6N2O2。基于胸腺嘧啶的核苷酸称为胸苷。它在核酸中与腺嘌呤配对或结合，有助于稳定核酸结构。

尿嘧啶 (U)：尿嘧啶是嘧啶碱基，化学式为C4H4N2O2。一种尿嘧啶碱基的核苷酸称为尿苷。尿嘧啶是胸腺嘧啶的脱甲基形式，在 RNA 中取代胸腺嘧啶。脱甲基化是去除分子中 CH3（甲基）的化学过程。

这些碱基可以与糖和磷酸结合形成游离核苷酸，也可以相互结合形成 DNA 和 RNA 等核酸。

2) 戊糖或戊糖单糖

它是核苷酸的三个组成部分之一，是构成该分子所必需的。它是一种五碳糖。核苷酸可以含有以下两种糖之一

• DNA 中发现的脱氧核糖
• RNA 中发现的核糖

因此，核苷酸中可以有两种戊糖：核糖 (C5H10O5) 和脱氧核糖 (C5H10O4)。核糖有一个 -OH 基团，而脱氧核糖在 C-2 位有一个 -H。含有核糖的核苷酸称为核糖核苷酸或核苷酸，仅存在于 RNA 中；而含有脱氧核糖的核苷酸称为脱氧核糖核苷酸或脱氧核苷酸。

DNA 是一种含有脱氧核糖的核酸，因此称为脱氧核糖核酸。同样，RNA 含有核糖，因此称为核糖核酸。附着在糖分子上的含氮碱基称为核苷。

3) 磷酸基团

一个核苷酸可以含有一个、两个或三个磷酸基团。相应地，它们被称为单磷酸（含一个磷酸基团）、二磷酸（含两个磷酸基团）和三磷酸（含三个磷酸基团）。

磷酸通过酯键连接到核苷的糖的 5 碳羟基上。因此，核苷酸由核苷形成。所以，核苷酸至少需要一个磷酸基团。

核苷酸的磷酸基团连接到另一个核苷糖的 3' C-OH 基团上，从而形成 5' - 3' 连接。DNA 中核苷酸的反平行链通过含氮碱基之间的氢键连接。嘌呤碱基与嘧啶碱基配对。例如，A 通过两个 H 键与 T 配对或连接，G 通过三个 H 键与 C 配对或结合。然而，在 RNA（核糖核酸）中，A 与 U（尿嘧啶）配对，而不是胸腺嘧啶。

核苷酸的功能

• 它们含有遗传信息，并充当 DNA 和 RNA 的构建块。
• 它们可以作为辅酶，这是催化酶各种生化反应所必需的。
• 细胞中释放的能量以 ATP 的形式储存在我们体内。当需要能量时，ATP 会转化为 ADP 或 AMP，同时释放能量。
• 核苷酸也存在于 NAD 和 NADP 等辅酶中，它们通过作为电子载体在许多氧化还原反应中起着至关重要的作用。
• 环状核苷酸如 cAMP 在协助化学信号向细胞的转运和代谢调控中起重要作用。
• 高级核苷酸如 ATP、GTP、UTP 和 TTP 作为能量载体，其中 ATP 是细胞中最主要的能量载体。
• 高级核苷酸也参与多糖（如 UDP-葡萄糖）和磷脂（如 CDP 和 CTP）的合成。

核苷和核苷酸的形成

核苷的形成

当一个戊糖通过 N-糖苷键与一个含氮碱基结合时，就形成一个核苷。

戊糖的 C-1 碳连接到嘌呤的 N-9 或嘧啶的 N-1 上形成核苷。具有核糖的核苷称为核糖核苷或核苷，而具有脱氧核糖的核苷称为脱氧核糖核苷或脱氧核苷。

一些核糖核苷的例子包括腺苷（腺嘌呤+核糖）、鸟苷（鸟嘌呤+核糖）和胸苷（胸腺嘧啶+核糖）以及胞苷（胞嘧啶+核糖）。类似地，一些相应的脱氧核糖核苷的例子包括脱氧腺苷、脱氧鸟苷、脱氧胸苷、脱氧胞苷等。

核苷酸的形成 I 核苷酸是如何形成的？

核苷酸由核苷形成。它们是核苷的磷酸酯。磷酸键合到核苷的糖的 5' 碳上形成核苷酸或核苷一磷酸。一些核苷酸的例子包括腺苷酸（AMP）、脱氧腺苷酸（dAMP）、鸟苷酸（GMP）、脱氧鸟苷酸（dGMP）。这些核苷酸含有一个磷酸基团。

含有多个磷酸基团的核苷酸称为高级核苷酸，例如三磷酸腺苷（ATP）、二磷酸腺苷（ADP）、三磷酸鸟苷（GTP）等。因此，高级核苷酸实际上是核苷二磷酸和核苷三磷酸。高级核苷酸以游离状态存在，它们带有高能键，称为磷酸酐键，存在于磷酸之间。ATP 是细胞中最常见的能量分子，当它分解为 ADP 时释放能量，同时释放能量。ATP 的水解释放大量游离能，用于进行细胞化学反应，例如 ATP + H₂O -- > ADP + Pi + 能量