核苷酸(nucleotide)
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核苷酸是 DNA 和 RNA 的砖块——遗传字母表里的字母,串接起来拼出一个基因的那种单元。它也是细胞里携带能量的分子(ATP 就是一种核苷酸)。每个核苷酸都是恰好三个部件拼接而成的小分子组合:一个糖、一个含氮的碱基、一个磷酸基团。
依次看这三个部件。糖是一个五碳单糖——RNA 里是核糖,DNA 里是脱氧核糖(少一个氧)——处于它的环式(呋喃糖)形态。一个含氮碱基,即一个富含氮的平面环(DNA 里是腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶,RNA 里是尿嘧啶),通过糖苷键接在糖的异头碳上,得到核苷。再加上一个磷酸基团,酯化到糖的一个羟基上,核苷就成了核苷酸。要搭出 DNA 或 RNA 链,一个核苷酸的磷酸再与下一个的糖形成第二个酯,如此反复;结果是一条糖-磷酸-糖-磷酸交替的主链,碱基像梳齿一样从侧面伸出来。这些磷酸酯连接,就是核酸的主链。
核苷酸之所以重要,是因为那伸出来的碱基才是信息所在。在双链 DNA 中,一条链上的碱基通过氢键与另一条链上互补的碱基配对(A 配 T,G 配 C),把两条主链拉成著名的双螺旋。沿主链排列的碱基顺序,就是遗传密码。注意这需要多少新化学:一个环式的糖、一个糖苷键、几个磷酸酯——全是你已经会的官能团反应——组装成了储存生命指令的分子。
腺苷一磷酸(AMP)就是一个核苷酸:核糖(糖)+ 腺嘌呤(碱基,由糖苷键相连)+ 一个磷酸(糖上的一个酯)。再加两个磷酸就是 ATP,细胞的能量货币——还是同一套三部件设计,只是磷酸尾巴更长。
糖 + 碱基 + 磷酸,由糖苷键和磷酸酯连接——这就是 DNA、RNA 和 ATP 的单元。
把词分清:单是碱基;碱基 + 糖 = 核苷;碱基 + 糖 + 磷酸 = 核苷酸。遗传学里的“碱基”(腺嘌呤等)与布朗斯特碱不是一回事,尽管这些环因为氮上的孤对电子确实带点弱碱性。