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核酸
拼音

hé suān

拼音

hé suān

英文參考

nucleic acid

概述

核酸是核苷酸單體聚合而成的生物大分子的一類，是生物細(xì)胞最基本和最重要的成分。核酸為信息性生物大分子，決定蛋白質(zhì)（屬功能性生物大分子）的性質(zhì)。存在于所有動(dòng)植物細(xì)胞、微生物和病毒、噬菌體內(nèi)，是生命的最基本物質(zhì)之一，對(duì)生物的生長(zhǎng)、遺傳、變異等現(xiàn)象都起著重要的決定作用。

一般認(rèn)為，生物進(jìn)化即始于核酸，因?yàn)樵谒猩镔|(zhì)中只有核酸能夠自我復(fù)制。今天已知核酸是生物遺傳信息的貯藏所和傳遞者。一種生物的藍(lán)圖就編碼在其核酸分子中。

核酸最早由瑞士的米歇爾在1869～1874年間作為白細(xì)胞核和精子的成分而發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)稱之為核素。1889年由阿爾特曼改稱為核酸。其后由柯塞爾分析了核酸的組分包括糖、磷酸和堿基。列文指出核酸有核糖核酸（RNA）和脫氧核糖核酸（DNA）兩類。1953年沃森和克里克提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。

核酸是由數(shù)十個(gè)乃至數(shù)百萬個(gè)核苷酸經(jīng)3',5'-磷酸二酯鍵聚合而成的酸性生物大分子，分子量可超過2×10⁹。組成核酸的單核苷酸序列是核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)（或稱“基本結(jié)構(gòu)”）。在此基礎(chǔ)上，多核苷酸經(jīng)螺旋、卷曲、折疊等不同方式形成高級(jí)結(jié)構(gòu)（即“空間結(jié)構(gòu)”）。

核酸廣泛存在于所有動(dòng)物、植物細(xì)胞、微生物內(nèi)、生物體內(nèi)核酸常與蛋白質(zhì)結(jié)合形成核蛋白。不同的核酸，其化學(xué)組成、核苷酸排列順序等不同。根據(jù)化學(xué)組成不同，核酸可分為核糖核酸，簡(jiǎn)稱RNA和脫氧核糖核酸，簡(jiǎn)稱DNA。

核酸的分類和功能

根據(jù)戊糖，堿基的不同，核酸分為兩大類，即脫氧核糖核酸（簡(jiǎn)稱DNA）與核糖核酸（簡(jiǎn)稱RNA）。這兩類核酸有某些共同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，但生物功能不同。DNA是儲(chǔ)存、復(fù)制和傳遞遺傳信息的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，在細(xì)胞分裂過程中復(fù)制，使每個(gè)子細(xì)胞接受與母細(xì)胞結(jié)構(gòu)和信息含量相同的DNA；RNA主要在蛋白質(zhì)合成中起作用，負(fù)責(zé)將DNA的遺傳信息轉(zhuǎn)變成特定蛋白質(zhì)的氨基酸序列，其中轉(zhuǎn)移核糖核酸，簡(jiǎn)稱tRNA，起著攜帶和轉(zhuǎn)移活化氨基酸的作用；信使核糖核酸，簡(jiǎn)稱mRNA，是合成蛋白質(zhì)的模板；核糖體的核糖核酸，簡(jiǎn)稱rRNA，是細(xì)胞合成蛋白質(zhì)的主要場(chǎng)所。

RNA與DNA的主要區(qū)別：

（1）戊糖——DNA是脫氧核糖；RNA是核糖。

（2）堿基——DNA是A、T、C、G（不含U）；RNA是A、U、C、G（不含T）。

（3）DNA通常是雙螺旋結(jié)構(gòu)；RNA通常是單鏈，局部可形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。

核酸的組分和結(jié)構(gòu)

核酸的基本結(jié)構(gòu)單元是核苷酸。核苷酸含有含氮堿基、戊糖和磷酸3種組分。堿基與戊糖構(gòu)成核苷，核苷的磷酸酯為核苷酸。DNA和RNA中的戊糖不同，RNA中的戊糖是D-核糖；DNA不含核糖而含D-2-脫氧核糖（核糖中2位碳原子上的羥基為氫所取代）。核酸就是根據(jù)其中戊糖種類來分類的，DNA和RNA的堿基也有所不同。

核酸鏈的每個(gè)核苷酸單元的5′磷酸基與其一側(cè)毗鄰核苷酸的3′羥基相連，其3′羥基又與另一側(cè)毗鄰核苷酸的5′磷酸基相連。這樣，許許多多的核苷酸彼此就用3′、5′磷酸二酯鍵連在一起，構(gòu)成沒有分支的多核苷酸長(zhǎng)鏈。鏈中的戊糖和磷酸相間排列且不斷重復(fù)，構(gòu)成核酸的主鏈，堿基可以看成連接在主鏈上的側(cè)鏈。代表核酸特性的是核苷酸的序列，實(shí)際上就是堿基序列。所以堿基序列又稱核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)。核酸的多核苷酸鏈?zhǔn)怯蟹?a title="醫(yī)學(xué)百科：向性" rel="summary">向性的，其一端為5′端（有或無磷酸基），另一端為3′端（有或無磷酸基）。書寫核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)時(shí)，習(xí)慣上從左到右，從5′到3′，堿基間的小橫也可省略。

可用快速方法測(cè)定核酸的堿基序列。已有不少核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)已確定。大的如煙草葉綠體DNA含155844個(gè)堿基對(duì)，小的如tRNA分子，平均含70多個(gè)核苷酸殘基。核酸的多核苷酸鏈盤曲折疊成特定的空間結(jié)構(gòu)。對(duì)DNA和tRNA的空間結(jié)構(gòu)了解得較多。雙鏈DNA在溶液中的結(jié)構(gòu)基本符合著名的雙螺旋模型。

核酸的性質(zhì)和測(cè)定

核酸的分子量為幾萬到幾百萬或更多。可因高溫、極端pH及某些化學(xué)試劑的影響發(fā)生變性。核酸中的堿基雜環(huán)結(jié)構(gòu)在260納米波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)吸收紫外光，故可用紫外吸收值的變化定性或定量測(cè)定核酸。也可利用戊糖的顏色反應(yīng)或磷酸含量來測(cè)定核酸。

核酸的應(yīng)用

核酸是分子生物學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容，與研究生命的本質(zhì)、生命起源、物種進(jìn)化、遺傳育種、代謝的調(diào)控以及防治疾病等有密切關(guān)系，具有重大的理論和實(shí)踐意義。近幾十年來，對(duì)核酸研究的深度、廣度迅速開拓，對(duì)DNA和RNA已有了較全面的了解。在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生的基因工程，正形成有巨大發(fā)展前途的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)品將在醫(yī)、農(nóng)、工、環(huán)保和圈防等領(lǐng)域發(fā)揮重大作用。

核酸在實(shí)踐應(yīng)用方面有極重要的作用，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)近2000種遺傳性疾病都和DNA結(jié)構(gòu)有關(guān)。如人類鐮刀形紅血細(xì)胞貧血癥是由于患者的血紅蛋白分子中一個(gè)氨基酸的遺傳密碼發(fā)生了改變，白化病毒者則是DNA分子上缺乏產(chǎn)生促黑色素生成的酷氨酸酶的基因所致。腫瘤的發(fā)生、病毒的感染、射線對(duì)機(jī)體的作用等都與核酸有關(guān)。70年代以來興起的遺傳工程，使人們可用人工方法改組DNA，從而有可能創(chuàng)造出新型的生物品種。如應(yīng)用遺傳工程方法已能使大腸桿菌產(chǎn)生胰島素、干擾素等珍貴的生化藥物。