碱基

碱性基团

碱基，在化学中本是“碱性基团”的简称。有机物中大部分的碱性基团都含有氮原子，称为含氮碱基，氨基（-NH2）是最简单的含氮碱基。

简介

碱基是合成核苷、核苷酸和核酸的基本组成单位。

简述及进程

发现进程

生物体中常见的碱基有5种，分别是腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）和尿嘧啶（U），2019年又人工合成了4种碱基，美国科学家StevenA. Benner将这4个新成员分别命名为“Z”“P”“S”“B”（顾名思义，前5种碱基中，腺嘌呤和鸟嘌呤属于嘌呤族（缩写作R），它们具有双环结构。胞嘧啶、尿嘧啶、胸腺嘧啶属于嘧啶族（Y），它们的环系是一个六元杂环。它们也被称为主要或标准碱基。它们是组成遗传密码的基本单元，其中碱基A、G、C和T存在于DNA中，而A、G、C和U存在于RNA中。值得注意的是，胸腺嘧啶比尿嘧啶多一个5位甲基，这个甲基增大了遗传的准确性。碱基通过共价键与核糖或脱氧核糖的1位碳原子相连而形成的化合物叫核苷。核苷再与磷酸结合就形成核苷酸，磷酸基接在五碳糖的第5位碳原子上）。

新的碱基

甲基胞嘧啶（mC）：源于C，是表观遗传机制的主要原因。作为一种重要的表观遗传修饰，mC参与基因表达调控、X-染色体失活、基因组印记、转座子的长期沉默和癌症的发生。

甲基腺嘌呤（mA），其主要作用是确定表观基因组的性质，并因此在细胞的生命过程中发挥重要作用。藻类、蠕虫以及苍蝇都拥有mA。mA的主要功能是调控某些基因的表达，因此，构成了一种新的表观遗传标记。

新发现的碱基还有：5-胞嘧啶甲基、5-羟甲基胞嘧啶（5-hmC）、5-胞嘧啶甲酰（5-formylcytosine）和5-胞嘧啶羧基（5-carboxylcytosine）

截至2020年已发现的碱基种类共有21种。

碱基配对

在典型的双螺旋DNA中，每个碱基对都含有一个嘌呤和一个嘧啶：A与T配对通过2个氢键相连，C与G配对或Z配P或S配B是通过3个氢键相连。这些嘌呤-嘧啶间的配对现象被称为碱基互补，连接DNA两条链的碱基通常被比喻成梯子中的横档梯级。嘌呤和嘧啶间配对的部分原因是受到空间的限制，因为这种配对组合使得DNA螺旋成为一个具有恒定宽度的几何形状。 A-T和C-G配对在互补碱基的胺和羰基之间形成双或三氢键。

修饰碱基

DNA和RNA分子中还含有核酸链形成后经过修饰形成的其它非主要碱基。这些碱基大多是在上述嘌呤或嘧啶碱的不同部位甲基化（methylation）或进行其它的化学修饰而形成的衍生物。DNA中最常见的修饰碱基是5-甲基胞嘧啶（m5C）。RNA中有许多修饰的碱基，包括核苷类假尿苷（Ψ）、二氢尿苷（D）、肌苷（I）和7-甲基鸟苷（m7G）中含有的碱基。

次黄嘌呤和黄嘌呤是通过诱变剂处理产生的许多修饰碱基中的两种，它们都是通过脱氨作用（用羰基取代胺基）产生的。次黄嘌呤源于腺嘌呤，黄嘌呤源于鸟嘌呤。

合成碱基

在医学中，几种核苷类似物用作抗癌剂和抗病毒剂。病毒聚合酶将这些化合物与非主要碱基结合。病人服用的核苷类似物进入体内被转化为核苷酸而在细胞中被激活。

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