核酸结构
IB 生物 SL· IB BIO SL 2.6· 45 分钟阅读
1. 核苷酸：核酸的结构单元★☆☆☆☆⏱ 15 min
核苷酸
所有核酸聚合物共有的单体，由三个共价键连接的组分构成：一个五碳戊糖、一个带负电的磷酸基团，以及一个含氮碱基。
例:
脱氧腺苷核苷酸是DNA中含腺嘌呤的单体。
DNA和RNA核苷酸的核心差异在于五碳糖。DNA使用脱氧核糖，其2'碳上缺少羟基（-OH）基团。RNA使用核糖，其2'碳上存在羟基基团。含氮碱基分为两类：双环结构的嘌呤（腺嘌呤、鸟嘌呤）和单环结构的嘧啶（胞嘧啶、DNA中的胸腺嘧啶，以及RNA中的尿嘧啶）。
绘制并标注DNA核苷酸的三个组成部分
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画一个五边形代表五碳脱氧核糖，将每个碳标注为1'到5'（撇号用于区分糖上的碳和碱基上的碳）。
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添加一个共价连接在糖5'碳上的磷酸基团。
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添加任意一个共价连接在糖1'碳上的含氮碱基。
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标注3'碳上的羟基，并注明脱氧核糖的2'碳上不存在羟基。
2. 核酸聚合物与方向性★★☆☆☆⏱ 20 min
磷酸二酯键
缩合反应中，一个核苷酸的5'磷酸基团与下一个核苷酸的3'羟基之间形成的共价键。
所有核酸链都具有方向性：一端带有游离的5'磷酸基团（称为5'端），另一端带有游离的3'羟基基团（称为3'端）。生物体内所有核酸合成都只能沿5'→3'方向进行，这一规律对于理解本课程后续学习的复制和转录过程至关重要。
一条RNA链的序列为5' - A - C - G - 3'，请指出哪一端带有游离磷酸基团，哪一端带有游离羟基。
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按照书写惯例，序列的第一个核苷酸就是5'端。
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序列开头的腺嘌呤（A）核苷酸带有游离的5'磷酸基团。
- 3
磷酸二酯键将下一个核苷酸的5'磷酸连接到上一个核苷酸的3'羟基上。
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序列末尾的鸟嘌呤（G）核苷酸带有游离的3'羟基基团。
3. DNA双螺旋与互补碱基配对★★☆☆☆⏱ 20 min
互补碱基配对
连接两条DNA链的含氮碱基之间的特异性氢键结合，腺嘌呤仅与胸腺嘧啶配对，鸟嘌呤仅与胞嘧啶配对。
沃森和克里克在1953年利用罗莎琳德·富兰克林的X射线晶体衍射数据提出了DNA的双螺旋结构。DNA由两条相互缠绕的反向平行链（沿5'→3'方向反向延伸）构成。糖-磷酸骨架构成螺旋的外侧，碱基堆叠在螺旋内侧。嘌呤总是与嘧啶配对，以保持螺旋宽度恒定：A-T形成2个氢键，G-C形成3个氢键。
一个双链DNA分子含有22%的腺嘌呤，计算该分子中鸟嘌呤的百分比。
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应用互补碱基配对规则：腺嘌呤的百分比等于胸腺嘧啶的百分比，因此%T = 22%。
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将腺嘌呤和胸腺嘧啶的百分比相加：22% + 22% = 44%。
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剩余碱基百分比为100% - 44% = 56%，这些由鸟嘌呤和胞嘧啶平分，因为%G = %C。
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将56%除以2得到%G = 28%。
4. 常见陷阱
错误做法:
将脱氧核糖的2'碳标注为带有羟基（-OH）基团
原因:
脱氧核糖的2号碳上缺失氧原子，因此该位置不存在羟基
正确做法:
仅标注脱氧核糖的3'碳带有羟基
错误做法:
认为RNA含有胸腺嘧啶而非尿嘧啶
原因:
胸腺嘧啶是DNA特有的，所有RNA分子中尿嘧啶都替换了胸腺嘧啶
正确做法:
记住：DNA = ATCG，RNA = AUCG
错误做法:
将两条DNA链画成平行（同方向）而非反向平行
原因:
平行链无法在碱基之间形成正确的互补氢键
正确做法:
始终将两条链画成沿5'→3'方向反向延伸
错误做法:
直接用50%减去腺嘌呤百分比得到鸟嘌呤百分比
原因:
这种快捷算法错误地忽略了腺嘌呤和胸腺嘧啶含量相等，两者都需要计入总占比
正确做法:
对于双链DNA，使用公式：%G = (100 - 2 \times %A)/2
5. 速查表
特征 | DNA | RNA |
|---|---|---|
五碳糖 | 脱氧核糖（2'碳无OH） | 核糖（2'碳有OH） |
含氮碱基 | A, T, C, G | A, U, C, G |
典型结构 | 双链反向平行双螺旋 | 通常为单链 |
5'端 | 游离磷酸基团 | 游离磷酸基团 |
3'端 | 游离羟基基团 | 游离羟基基团 |
碱基配对 | A-T（2个氢键）, G-C（3个氢键） | A-U, G-C |
真题中的出现
AI 根据考纲规律估算的考点位置,请对照官方真题核实准确性。仅作复习重点参考。
- 2022 · Paper 1
碱基百分比计算选择题
- 2023 · Paper 2
绘制并标注DNA核苷酸
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下一步
核酸结构是IB生物SL中所有分子遗传学的基础概念。你在这里学到的链的方向性和互补碱基配对规则，直接解释了细胞分裂前DNA如何精准复制、遗传信息如何转录为RNA，以及翻译如何按照mRNA指令合成蛋白质。核酸结构的错误会导致突变，突变既可以驱动进化，也会引发遗传病。几乎所有分子生物学的考题都要求掌握核酸结构的绘制和标注，因此你需要练习凭记忆回忆核心特征。