核酸
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核酸（英语：nucleic acid）是一种通常位于细胞内的大型生物分子，主要负责生物体遗传信息的携带和传递。核酸有两大类，分别是脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。
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核酸的单体结构为核苷酸。每一个核苷酸分子由三部分组成：一个五碳糖、一个含氮碱基和一个或多个磷酸基团。如果其五碳糖是脱氧核糖则为脱氧核糖核苷酸，此单体之聚合物是DNA。如果其五碳糖是核糖则为核糖核苷酸，此单体之聚合物是RNA。
核酸是最重要的生物大分子（其余为氨基酸/蛋白质，糖类/碳水化合物和脂质/脂肪）。它们大量存在于所有生物，功能有编码、传递和表达遗传信息。换句话说，遗传消息通过核酸序列被传递。DNA分子含有生物物种的所有遗传信息，为双链分子，其中大多数是链状结构大分子，也有少部分呈环状结构，分子量一般都很大。RNA主要是负责DNA遗传信息的翻译和表达，为单链分子，分子量要比DNA小得多。
核酸存在于所有动植物细胞、微生物和病毒、噬菌体内，是生命的最基本物质之一，对生物的成长、遗传、变异等现象起着重要的决定作用。
研究历史
- 1880年代早期，阿尔布雷希特·科塞尔进一步纯化了该物质，并发现了其具有高酸性特性。
- 1889年，理查德·阿尔特曼创造了nucleic acid（核酸）一词。
- 20世纪早期，阿尔布雷希特·科塞尔与他的两个学生发现核酸由核苷酸组成[4]。但当时科塞尔错误地认为核酸由4种核苷酸的重复单位构成。[5]
- 1953年，沃森和克里克等人发现了DNA的双螺旋结构。[6]
核酸实验研究构成了现代生物学和医学研究的重要组成部分，形成了基因组和法医学，以及生物技术和制药行业的基础[7][8][9]。
核酸类型
核酸可以分为脱氧核糖核酸（DNA）、核糖核酸（RNA），以及人工合成的核酸类似物。
脱氧核糖核酸
脱氧核糖核酸（DNA）是由脱氧核糖核苷酸构成的一种核酸。其主要负责生物体遗传信息的携带。组成DNA的碱基有四种：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）与胞嘧啶（C）。DNA主要为双链构成的双螺旋结构，但病毒中也有单链DNA[4]。利用体外分子进化技术，也可合成出类似核酶的脱氧核酶[10]。
核糖核酸
核糖核酸（RNA）由核糖核苷酸构成，其功能包括遗传信息的传递与核酶等，而一些病毒使用RNA携带遗传信息。组成RNA的碱基中，尿嘧啶（U）代替了胸腺嘧啶。RNA一般为单链。
| 项目 | DNA | RNA | 解说 |
|---|---|---|---|
| 组成主干之糖类分子[11] | 2-脱氧核糖和磷酸 | 核糖和磷酸 | |
| 骨架结构 | 规则的[需要较佳来源][12]:50双螺旋结构[13] | 单螺旋结构[需要较佳来源][13] 或茎环结构[4] | 即脱氧核糖核酸由两条脱氧核苷酸链构成，而核糖核酸由一条核糖核苷酸链构成。[12]:49 |
| 核苷酸数 | 通常上百万 | 通常量百至数千个 | |
| 碱基种类[14][13] | 腺嘌呤（A）··· 胸腺嘧啶（T） 胞嘧啶（C）··· 鸟嘌呤（G） |
腺嘌呤（A）··· 尿嘧啶（U） 胞嘧啶（C）··· 鸟嘌呤（G） |
除部分例外，DNA为胸腺嘧啶（5-甲基尿嘧啶），RNA为尿嘧啶，使RNA更易被水解。 |
| 五碳糖种类[13] | 脱氧核糖 | 核糖 | |
| 五碳糖连接组成分 | 氢原子 | 羟基 | 在五碳糖的第二个碳原子上连接的组成分不同。 |
| 存在于（对于真核细胞而言）[13] | 细胞核（少量存在于线粒体、叶绿体） | 细胞质 |
核酸类似物
除此之外，也可以通过人工合成出核酸类似物（Nucleic acid analogues）。如肽核酸、锁核酸、GNA、苏糖核酸等。核酸类似物通过不同的分子骨架而与自然产生的DNA或RNA区分开来。
结构和组成
组成
核酸由核苷酸组成，而核苷酸又是由含氮碱基、五碳糖和磷酸基构成。
核苷酸
核酸的单体结构为核苷酸。每一个核苷酸分子有三部分组成：一个含氮碱基，一个五碳糖和一个或多个磷酸基团。由含氮碱基和五碳糖组成的结构叫做核苷。
碱基
含氮碱基是两种母体分子嘌呤和嘧啶的派生物。一般，组成核酸的碱基有五种，分别是：
除了以上五种碱基之外，部分核酸还含有特殊碱基。即稀有碱基。
核苷
核苷是由含氮碱基和戊糖组成的糖苷[5]。核苷加上一个磷酸基就是核苷酸。
结构
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一级结构
核酸的链上各核苷酸残基的排列顺序被称作核酸的一级结构，即核酸序列。核酸序列在生物学中非常重要，它们不仅能区分核酸，还带有编码所有生物分子、分子装配体、亚细胞的和细胞的结构、器官的信息，和生物体的最终指令。
二级结构
三级结构
四级结构
参考资料
- ^ Dahm, R. Discovering DNA: Friedrich Miescher and the early years of nucleic acid research. Human Genetics. January 2008, 122 (6): 565–81. ISSN 0340-6717. PMID 17901982. doi:10.1007/s00439-007-0433-0.
- ^ He called them nuclein.
- ^ Bill Bryson, A Short History of Nearly Everything, Broadway Books, 2005, p. 500.
- ^ 4.0 4.1 4.2 Setubal, João Carlos. Meidanis, João. Introduction to computational molecular biology. 主编 聂理.《分子生物学导论》. World Pub. Corperation. 2003 [2020-07-12]. ISBN 7-5062-6574-5. OCLC 880306796. （原始内容存档于2020-06-13）. 引用错误：带有name属性“分子生物学导论”的
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- ^ 俞海国; 赵晓东; 等. 脱氧核酶的研究进展. 国外医学：分子生物学分册. 2002, 24 (3): 155–157 [2020-10-25]. （原始内容存档于2021-02-10）.
- ^ Berg J., Tymoczko J. and Stryer L. (2002) Biochemistry. W. H. Freeman and Company ISBN 0-7167-4955-6
- ^ 12.0 12.1 薛金星. 中学教材全解 工具版 高中生物必修1 分子与细胞. 陕西人民教育出版社. ISBN 9787545015751.
- ^ 13.0 13.1 13.2 13.3 13.4 人民教育出版社. 生物1 必修 分子与细胞. ISBN 9787107176708.
- ^ 生命的螺旋-DNA與RNA. 国立科学工艺博物馆.
