DNA 和 RNA 是核酸，它们基本上由含通过磷酸基团连接的戊糖的含氮碱基组成。核酸的组成部分称为核苷酸。核酸通过存储信息作为细胞的遗传物质，这是生物体的发育、功能和繁殖所必需的。大多数生物使用 DNA 作为它们的遗传物质，而很少有像逆转录病毒那样使用 RNA 作为它们的遗传物质。与 RNA 相比，DNA 是稳定的，因为它们各自共享的磷酸糖和碱基不同。一个、两个或三个磷酸基团可以连接到戊糖上，分别产生单磷酸、二磷酸和三磷酸。 DNA 使用的戊糖是脱氧核糖，而 RNA 使用的戊糖是核糖。在 DNA 中发现的含氮碱基是腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶。在 RNA 中，胸腺嘧啶被尿嘧啶取代.

这篇文章看，

1. 什么是磷酸盐 2. 什么是糖 3. 什么是碱基 4. 磷酸盐的比较 糖与 DNA 和 RNA 的碱基 - 相似之处 - 不同之处

什么是磷酸盐

DNA 和 RNA 由重复的核苷酸单位组成；分别是脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸。核苷酸由戊糖组成，戊糖与含氮碱基和一个、两个或三个磷酸基团相连。 DNA 和 RNA 核苷酸都可以连接到戊糖 5' 碳上的一个、两个或三个磷酸基团。与磷酸盐结合的核苷分别称为单磷酸、二磷酸和三磷酸。磷酸化反应由一类称为 ATP:D-核糖 5-磷酸转移酶的酶催化。脱氧核糖核苷被称为脱氧核糖激酶的酶磷酸化，而 RNA 核苷被称为核糖激酶的酶磷酸化。通过切断核苷酸三磷酸酯中的高能磷酸键，在糖-磷酸骨架的生产过程中形成磷酸二酯键。每个核苷酸、单磷酸核苷、二磷酸核苷和三磷酸核苷的形成见图1。

图 1：三种核苷酸类型

什么是糖

DNA 和 RNA 都含有戊糖。脱氧核糖核苷酸含有脱氧核糖，核糖核苷酸含有核糖作为它们的戊糖。核糖是一种戊糖单糖，其结构中含有一个五元环。它含有开链形式的醛官能团。因此，核糖被称为戊醛糖。核糖含有两种对映异构体：D-核糖和L-核糖。天然存在的构象是 D-核糖，其中 L-核糖在自然界中不存在。 D-核糖是 D-阿拉伯糖的差向异构体，其区别在于 2'.碳的立体化学。这个 2' 羟基在 RNA 剪接中很重要。

在 DNA 中发现的戊糖是脱氧核糖。脱氧核糖是糖核糖的改良形式。它是由核糖 5-磷酸在核糖核苷酸还原酶的作用下形成的。在从核糖环的第二个碳原子形成脱氧核糖时失去一个氧原子。因此，脱氧核糖更准确地称为 2-脱氧核糖。 2-脱氧核糖包含两种对映异构体：D-2-脱氧核糖和L-2-脱氧核糖。只有 D-2-脱氧核糖参与 DNA 骨架的形成。由于脱氧核糖中没有 2' 羟基，DNA 能够折叠成双螺旋结构，增加分子的机械柔韧性。 DNA 也可以紧密盘绕，以便装入一个小细胞核中。核糖和脱氧核糖之间的区别在于核糖中存在 2' 羟基。与核糖相比，脱氧核糖如图 2 所示。

图 2：脱氧核糖

什么是碱基

DNA 和 RNA 都与戊糖 1' 碳上的含氮碱基相连，取代了脱氧核糖的羟基。在 DNA 和 RNA 中都发现了五种类型的含氮碱基。它们是腺嘌呤 (A)、鸟嘌呤 (G)、胞嘧啶 (C)、胸腺嘧啶 (T) 和尿嘧啶 (U)。腺嘌呤和鸟嘌呤是嘌呤，它们存在于与咪唑环稠合的两个环状结构嘧啶环中。胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶是嘧啶，它们包含单个六元嘧啶环结构。 DNA 在其核苷酸中含有腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶。 RNA 含有尿嘧啶，而不是胸腺嘧啶。腺嘌呤与胸腺嘧啶形成两个氢键，鸟嘌呤与胞嘧啶形成三个氢键。 DNA中的互补碱基配对称为 Watson-Crick DNA 碱基配对模型.它将两条互补的 DNA 链结合在一起，形成氢键。因此，DNA 的最终结构是双链和反平行的。在 RNA 中，尿嘧啶与腺嘌呤形成两个氢键，取代胸腺嘧啶。同一分子内 RNA 的互补碱基配对形成双链 RNA 结构，称为 发夹环.双链DNA如图3所示。

图 3：DNA

胸腺嘧啶和尿嘧啶之间的区别在于胸腺嘧啶 5' 碳原子中存在的甲基。尿嘧啶除了腺嘌呤外，还能与其他碱基配对，胞嘧啶脱氨可产生尿嘧啶。因此，与 DNA 相比，由于存在尿嘧啶而不是胸腺嘧啶，RNA 的稳定性较差。尿嘧啶和胸腺嘧啶如图 4 所示。

图 4：尿嘧啶和胸腺嘧啶

DNA 和 RNA 的磷酸盐糖和碱基的比较

磷酸盐糖与 DNA 和 RNA 碱基之间的相似性

磷酸盐

戊糖

含氮碱基

磷酸盐糖与 DNA 和 RNA 碱基之间的差异

戊糖

脱氧核糖核酸： 在 DNA 中发现的戊糖是脱氧核糖。

核糖核酸： 在 RNA 中发现的戊糖是核糖。

糖的构象

脱氧核糖核酸： D-2-脱氧核糖存在于 DNA 的糖磷酸骨架中。

核糖核酸： D-核糖存在于 RNA 的糖磷酸骨架中。

DNA/RNA 中戊糖的意义

脱氧核糖核酸： 2-脱氧核糖允许形成DNA双螺旋。

核糖核酸： 由于 2' 羟基的存在，核糖不允许形成 RNA 双螺旋。

胸腺嘧啶/尿嘧啶

脱氧核糖核酸： 胸腺嘧啶存在于 DNA 中。

核糖核酸： 尿嘧啶存在于 RNA 中。

胸腺嘧啶/尿嘧啶的意义

脱氧核糖核酸： 由于胸腺嘧啶的存在，DNA 比 RNA 更稳定。

核糖核酸： 由于存在尿嘧啶而不是胸腺嘧啶，RNA 稳定性较差。

磷酸化

脱氧核糖核酸： 脱氧核糖核苷被脱氧核糖激酶磷酸化。

核糖核酸： 核糖核苷被核激酶磷酸化。

磷酸化产生

脱氧核糖核酸： 脱氧核糖核苷的磷酸化产生脱氧核糖核苷酸。

核糖核酸： 核糖核苷的磷酸化产生核糖核苷酸。

结论

DNA 和 RNA 都由戊糖组成，戊糖与 1' 碳上的含氮碱基相连，一个或多个磷酸基团与 5' 碳相连。两种核酸类型的糖磷酸骨架都是通过磷酸基团聚合核苷酸形成的。在 DNA 的糖磷酸骨架中发现的戊糖是 D-2-脱氧核糖。 D-核糖存在于RNA中。在 DNA 中发现的含氮碱基是腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶。在 RNA 中，尿嘧啶被发现，取代了胸腺嘧啶。发现一个、两个或三个磷酸基团与戊糖相连。当一个磷酸基团连接到核苷上时，它被称为核苷酸单磷酸。当两个磷酸基团连接到核苷上时，称为核苷酸二磷酸。当三个磷酸基团连接到核苷上时，它被称为核苷酸三磷酸。

参考：1.“课堂笔记”。基础知识：DNA、RNA、蛋白质。 N.p.，日期不详网。 2017 年 4 月 28 日。2.“核酸的结构”。火花笔记。 SparkNotes，未注明日期网。 2017 年 4 月 28 日。3.“为什么是胸腺嘧啶而不是尿嘧啶？”地球自然。 N.p.，2016 年 6 月 17 日。网络。 2017 年 4 月 28 日。

图片提供：1. “Nucleotides 1” By Boris (PNG), SVG by Sjef – en:Image:Nucleotides.png (Public Domain) via Commons Wikimedia 2. “DeoxyriboseLabeled” By Adenosine（英文维基百科用户） – 英文维基百科（CC） BY-SA 3.0) 通过 Commons Wikimedia 3. OpenStax 学院的“DNA 核苷酸”——解剖学和生理学，Connexions 网站。 2013 年 6 月 19 日（CC BY 3.0），来自 Commons Wikimedia 4. Mtov 的“Pyrimidines2” – 通过 Commons Wikimedia 自己的作品（公共领域）