以核苷酸为基本结构单位的大分子多聚物。核酸是存在于所有活细胞中的重要的生物大分子，在生物遗传中具有重大作用。核酸按所含的戊糖种类分为两类，即脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。DNA是生物遗传信息的主要贮存库，它通过半保留复制将全部信息传给子细胞。又可以通过转录和转译将一部分遗传信息经信使核糖核酸（mRNA）传递给蛋白质，从而使生物体呈现特定的性状。转移核糖核酸（tRNA）和核糖体核糖核酸（rRNA）在蛋白质的生物合成中具有重要作用。

组成核酸的基本单位是核苷酸。核苷酸由1分子芳香碱基、1分子戊糖及1—3分子磷酸基团组成。RNA中核苷酸的戊糖为核糖，其碱基通常为腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）或尿嘧啶（U）。DNA中核苷酸的戊糖为脱氧核糖，其碱基通常为A、G、C或胸腺嘧啶（T）。核糖与碱基以糖苷键连接，核糖与磷酸以酯键相连。未进行磷酸化的核糖-碱基称为核苷，糖分子的2′，3′或5′羟基均可与磷酸分子相连接生成2′，3′或5′核苷酸。

DNA和RNA的一级结构

DNA和RNA中的单核苷酸以3′-5′磷酸二酯键相连接，多核苷酸有极性，链的一端戊糖分子有5′-羟基或磷酸基，称5′端，为“首”，另一端戊糖分子有3′^-羟基或磷酸基，称3′端，为“尾”。习惯上，多核苷酸的5′端写在左边，寡核苷酸可简写如下：

核酸

进一步可简写为P^AP^GP^CP^UP^C，或AGCUC。核糖有2′-羟基而脱氧核糖缺如，因此DNA中磷酸二酯键对碱稳定，而RNA中该键能被碱迅速水解，形成2′和3′单核苷酸混合物。

DNA的二级结构和三级结构

1953年J.华特生和F.克里克根据对DNA的x射线衍射图及化学分析的结果，提出DNA双螺旋结构模型，尔后的实验证明该模型基本正确。按此模型，DNA分子由双链相互旋转成右手螺旋。两条链上的碱基形成氢键，位于分子中心轴上，由磷酸脱氧核糖形成的骨架则在外侧。双螺旋结构只有两种碱基对，即A-T和G-C。因此，双螺旋一条链的碱基顺序可决定另一条链的碱基顺序。DNA分子中两条链是互补的。A-T碱基对有2个H键，G-C有3个H键，G-C含量高的DNA分子更为稳定，一个碱基对的平均分子量约为650。组成双链DNA分子的两条单链，极性相反。碱基平面和中轴垂直，脱氧核糖平面则与碱基平面近于垂直，双螺旋直径约2nm，螺旋一周约10个碱基对，相邻碱基对在中心轴上的距离约0.34nm。同一条链上的两个碱基之间旋转的角度为36°。

DNA双螺旋结构十分稳定，所维持的化学力主要有：互补碱基对之间的氢键，由芳香族碱基π电子之间相互作用而引起的碱基堆集力，磷酸残基上的负电荷与介质中的阳离子之间形成的离子键。DNA分子除上述的B型构象，外在相对湿度降低时，可转变为A型和C型，螺旋仍为右手螺旋，但螺旋和每匝螺旋的碱基数目等参数均发生相应变化。1979年，美国麻省理工学院A.里奇发现某些人工合成的DNA寡聚片段呈左手螺旋，即Z-DNA，后来又发现Z-DNA存在于一些病毒和真核细胞中。该发现引起世界各国生物学家的重视。在双螺旋结构基础上，DNA还可以形成三级结构，双链环型DNA的超螺旋型和开环型。

RNA的种类及tRNA的结构

RNA基本上以单链状态存在，链上有些区段由于碱基互补形成链内氢键而呈局部双链结构，另一些区段不形成碱基对而呈环状。动物、植物和微生物细胞内都含有三种主要的RNA，即mRNA、rRNA和tRNA。mRNA分子是指令蛋白质合成的DNA碱基顺序（结构基因）的拷贝。其长度由数百核苷酸至数千核苷酸。以RNA作为遗传物质的病毒，其mRNA既可作遗传物质复制的模板，也可作蛋白质合成的模板。rRNA分子为核糖体的构成部分。按沉淀系数区分，原核细胞中有5s、16s和23s，真核细胞中有5s、5.8s、18s和28s。5s、16s和23s，其长度分别相当于120、1700和4000核苷酸。tRNA分子为蛋白质合成中活化氨基酸单体的载体。tRNA分子中含70—93个核苷酸。70多种tRNA分子的顺序测定已完成。第一个被测定碱基顺序的tRNA分子为酵母丙氨酰tRNA，R.由霍利工作7年后于1965年完成。该分子为76个核苷酸构成的单链。所有的tRNA分子都含有很多稀有碱基（7—15个/分子），稀有碱基通常由A、U、C和G经甲基化或二甲基化酶促修饰而成。其作用是阻止某些具有其他功能的碱基间形成氢键，另外，甲基化可使tRNA分子的某些区域疏水化，以便使之易与合成酶和核糖体蛋白质相互反应。tRNA的5′端是被磷酸化（CP）的，5′端残基通常是PG。tRNA3′端的碱基顺序为CCA。活化的氨基酸结合于末端腺苷的3′-羟基。tRNA中半数核苷酸可进行碱基配对形成双螺旋。分子中5个区域的碱基不能配对，即3′CCA末端区、T4C环（含核糖胸腺嘧啶-拟尿嘧啶-胞嘧啶）、额外环（残基数目可变化）、DHU环（含n个二氢尿嘧啶残基）和反密码子环。反密码子由7个碱基组成。顺序如下：

图1 DNA双螺旋结构

图2 tRNA结构模式

核酸

近年对酵母的苯丙氨酰tRNA进行X-射线结晶学研究，发现其三级结构呈倒L形。1982年初，中国人工合成了具有高度生物活性的RNA-酵母丙氨酰tRNA。