核酸是什么？结构是怎么样的？功能？

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核酸是生物体内的高分子化合物。它包括脱氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid,DNA）和核糖核酸（ribonucleicacid,RNA）两大类。DNA和RNA都是由一个一个核苷酸(nucleotide)头尾相连而形成的。RNA平均长度大约为2000个核苷酸，而人的DNA却是很长的，约有3X109个核苷酸。

单个核苷酸是由含氮有机碱(称碱基)、戊糖和磷酸三部分构成的。

碱基(base)：构成核苷酸的碱基分为嘌呤（purine)和嘧啶 >（pyrimi-dine)二类。前者主要指腺嘌呤（adenine，A）和鸟嘌呤（guanine,G），DNA和RNA中均含有这二种碱基。后者主要指胞嘧啶（cytosine,C）胸腺嘧啶（thymine，T）和尿嘧啶（uracil,U），胞嘧啶存在于DNA和RNA中，胸腺嘧啶只存在于DNA中，尿嘧啶则只存在于RNA中。这五种碱基的结构如图。

嘌呤环上的N-9或嘧啶环上的N-1是构成核苷酸时与核糖（或脱氧核糖）形成糖苷键的位置。

此外，核酸分子中还发现数十种修饰碱基（themodifiedcomponent),又称稀有碱基，(unusualcomponent)。它是指上述五种碱基环上的某一位置被一些化学基团（如甲基化、甲硫基化等）修饰后的衍生物。一般这些碱基在核酸中的含量稀少，在各种类型核酸中的分布也不均一。如DNA中的修饰碱基主要见于噬菌体DNA，RNA中以tRNA含修饰碱基最多。

戊糖:RNA中的戊糖是D－核糖，DNA中的戊糖是D－2－脱氧核糖。D－核糖的C－2所连的羟基脱去氧就是D－2脱氧核糖。

戊糖C－1所连的羟基是与碱基形成糖苷键的基团，糖苷键的连接都是β－构型。

核苷（nucleoside)：由D－核糖或D－2脱氧核糖与嘌呤或嘧啶通过糖苷键连接组成的化合物。核酸中的主要核苷有八种。

核苷酸(nucleotide)：核苷酸与磷酸残基构成的化合物，即核苷的磷酸酯。核苷酸是核酸分子的结构单元。核酸分子中的磷酸酯键是在戊糖C-3’和C-5’所连的羟基上形成的，故构成核酸的核苷酸可视为3’－核苷酸或5’－核苷酸。DNA分子中是含有A,G,C,T四种碱基的脱氧核苷酸；RNA分子中则是含A,G,C,U四种碱基的核苷酸。

当然核酸分子中的核苷酸都以形式存在，但在细胞内有多种游离的核苷酸，其中包括一磷酸核苷、二磷核苷和三磷酸核苷。

核苷酸是怎么连接的？

3’，5’－磷酸二酯键：核酸是由众多核苷酸聚合而成的多聚核苷酸（polynucleotide），相邻二个核苷酸之间的连接键即：3’，5’－磷酸二酯键。这种连接可理解为核苷酸糖基上的3’位羟基与相邻5’核苷酸的磷酸残基之间，以及核苷酸糖基上的5’位羟基与相邻3’核苷酸的磷酸残基之间形成的两个酯键。多个核苷酸残基以这种方式连接而成的链式分子就是核酸。无论是DNA还是RNA，其基本结构都是如此，故又称DNA链或RNA链。DNA链的结构如下示意图。

寡核苷酸（oligonucleotide)：这是与核酸有关的文献中经常出现的一个术语，一般是指二至十个核苷酸残基以磷酸二酯键连接而成的线性多核苷酸片段。但在使用这一术语时，对核苷酸残基的数目并无严格规定，在不少文献中，把含有三十甚至更多个核苷酸残基的多核苷酸分子也称作寡核苷酸。寡核苷酸目前已可由仪器自动合成，它可作为DNA合成的引物（primer)、基因探针（probe)等，在现代分子生物学研究中具有广泛的用途。

核酸链的简写式：核酸分子的简写式是为了更简单明了的叙述高度复杂的核酸分子而使用的一些简单表示式。它所要表示的主要内容是核酸链中的核苷酸（或碱基）。下面介绍二种常用的简写式。

字符式：书写一条多核苷酸链时，用英文大写字母缩写符号代表碱基（DNA和RNA中所含主要碱基及缩写符号见表1－1），用小写英文字母P代表磷酸残基。核酸分子中的糖基、糖苷键和酯键等均省略不写，将碱基和磷酸相间排列即可。因省略了糖基，故不再注解“脱氧”与否，凡简写式中出现T就视为DNA链，出现U则视为RNA链。以5’和3’表示链的末端及方向，分别置于简写式的左右二端。下面是分别代表DNA链和RNA链片段的二个简写式：

5’pApCpTpTpGpApApCpG3’DNA

5’pApCpUpUpGpApApCpG3’RNA

此式可进一步简化为：

5’pACTTGAACG3’

5’pACUUGAACG3’

上述简写式的5’－末端均含有一个磷酸残基（与糖基的C－5’位上的羟基相连）,3’－末端含有一个自由羟基（与糖基的C－3’位相连）,若5’端不写P，则表示5’－末端为自由羟基。双链DNA分子的简写式多采用省略了磷酸残基的写法，在上述简式的基础上再增加一条互补链（complentarystrand)即可，链间的配对碱基用短纵线相连或省略，错配（mismatch)碱基对错行书写在互补链的上下两边，如下所示：

5’GGAATCTCAT3’

3’CCTTAGAGTA5’

5’GGAATC错配）

线条式：在字符书写基础上，以垂线（位于碱基之下）和斜线（位于垂线与P之间）分别表示糖基和磷酸酯键。如下图所示

上式中，斜线与垂线部的交点为糖基的C－3’位，斜线与垂线下端的交点为糖基的C－5’位。这一书写式也可用于表示短链片段。不难看出，简写式表示的中心含义就是核酸分子的一级结构，即核酸分子中的核苷酸（或碱基）排列顺序。

编辑本段核酸的相关分类

核酸（nucleic acid）是重要的生物大分子，它的构件分子是核苷酸（nucleotide）。

天然存在的核酸可分为：

╭ 脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）

╰ 核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）

DNA贮存细胞所有的遗传信息，是物种保持进化和世代繁衍的物质基础。

RNA中参与蛋白质合成的有三类：

╭ 转移RNA（transfer RNA，tRNA）

∣ 核糖体RNA（ribosomal RNA，rRNA）

╰ 信使RNA（messenger RNA，mRNA）

20世纪末，发现许多新的具有特殊功能的RNA，几乎涉及细胞功能的各个方面。

核苷酸可分为：

╭ 核糖核苷酸：是RNA的构件分子

╰ 脱氧核糖核苷酸：是DNA构件分子。

细胞内还有各种游离的核苷酸和核苷酸衍生物，它们具有重要的生理功能。

核苷酸由：

╭ 核苷（nucleoside）

╰ 磷酸

核苷由：

╭ 碱基（base）

╰ 戊糖

碱基（base）：

构成核苷酸中的碱基是含氮杂环化合物，由嘧啶（pyrimidine）和嘌呤（purine）构成。

核酸：

╭ 嘌呤碱 ：

╭ 腺嘌呤

∣ ╰ 鸟嘌呤

╰ 嘧啶碱 ：

╭ 胞嘧啶

∣ 胸腺嘧啶

╰ 尿嘧啶

╭ DNA中含有腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶，胸腺嘧啶主要存在于DNA中。

∣

╰ RNA中含有腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶，尿嘧啶主要存在于RNA中。

在某些tRNA分子中也有胸腺嘧啶，少数几种噬菌体的DNA含尿嘧啶而不是胸腺嘧啶。这五种碱基受介质pH的影响出现酮式、烯醇式互变异构体。

在DNA和RNA中，尤其是tRNA中还有一些含量甚少的碱基，称为稀有碱基（rare bases）稀有碱基种类很多，大多数是甲基化碱基。tRNA中含稀有碱基高达10%。

戊糖：

核酸中有两种戊糖DNA中为D-2-脱氧核糖（D-2-deoxyribose），RNA中则为D-核糖（D-ribose）。在核苷酸中，为了与碱基中的碳原子编号相区别核糖或脱氧核糖中碳原子标以C-1’，C-2’等。脱氧核糖与核糖两者的差别只在于脱氧核糖中与2’位碳原子连结的不是羟基而是氢，这一差别使DNA在化学上比RNA稳定得多。

核苷：

核苷是戊糖与碱基之间以糖苷键（glycosidic bond）相连接而成。戊糖中C-1’与嘧啶碱的N-1或者与嘌吟碱的N9相连接，戊糖与碱基间的连接键是N-C键，一般称为N-糖苷键。

RNA中含有稀有碱基，并且还存在异构化的核苷。如在tRNA和rRNA中含有少量假尿嘧啶核苷（用ψ表示），在它的结构中戊糖的C-1不是与尿嘧啶的N-1相连接，而是与尿嘧啶C-5相连接。

核苷酸：

核苷中的戊糖5’碳原子上羟基被磷酸酯化形成核苷酸。核苷酸分为核糖核苷酸与脱氧核糖核苷酸两大类。依磷酸基团的多少，有一磷酸核苷、二磷酸核苷、三磷酸核苷。核苷酸在体内除构成核酸外，尚有一些游离核苷酸参与物质代谢、能量代谢与代谢调节，如三磷酸腺苷（ATP）是体内重要能量载体；三磷酸尿苷参与糖原的合成；三磷酸胞苷参与磷脂的合成；环腺苷酸（cAMP）和环鸟苷酸（cGMP）作为第二信使，在信号传递过程中起重要作用；核苷酸还参与某些生物活性物质的组成：如尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+），尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）。

编辑本段核酸的分子结构

一、 核酸的一级结构

核酸是由核苷酸聚合而成的生物大分子。组成DNA的脱氧核糖核苷酸主要是dAMP、dGMP、dCMP和dTMP，组成RNA的核糖核苷酸主要是AMP、GMP、CMP和UMP。核酸中的核苷酸以3’，5’磷酸二酯键构成无分支结构的线性分子。核酸链具有方向性，有两个末端分别是5’末端与3’末端。5’末端含磷酸基团，3’末端含羟基。核酸链内的前一个核苷酸的3’羟基和下一个核苷酸的5’磷酸形成3’,5’磷酸二酯键，故核酸中的核苷酸被称为核苷酸残基。。通常将小于50个核苷酸残基组成的核酸称为寡核苷酸（oligonucleotide），大于50个核苷酸残基称为多核苷酸（polynucleotide）。

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由许多核苷酸聚合而成的生物大分子化合物，为生命的最基本物质之一。最早由米歇尔于1868年在脓细胞中发现和分离出来。核酸广泛存在于所有动物、植物细胞、微生物内、生物体内核酸常与蛋白质结合形成核蛋白。不同的核酸，其化学组成、核苷酸排列顺序等不同。根据化学组成不同，核酸可分为核糖核酸，简称RNA和脱氧核糖核酸，简称DNA。DNA是储存、复制和传递遗传信息的主要物质基础，RNA在蛋白质牲合成过程中起着重要作用，其中转移核糖核酸，简称tRNA，起着携带和转移活化氨基酸的作用；信使核糖核酸，简称mRNA，是合成蛋白质的模板；核糖体的核糖核酸，简称rRNA，是细胞合成蛋白质的主要场所。核酸不仅是基本的遗传物质，而且在蛋白质的生物合成上也占重要位置，因而在生长、遗传、变异等一系列重大生命现象中起决定性的作用。

核酸在实践应用方面有极重要的作用，现已发现近2000种遗传性疾病都和DNA结构有关。如人类镰刀形红血细胞贫血症是由于患者的血红蛋白分子中一个氨基酸的遗传密码发生了改变，白化病毒者则是DNA分子上缺乏产生促黑色素生成的酷氨酸酶的基因所致。肿瘤的发生、病毒的感染、射线对机体的作用等都与核酸有关。70年代以来兴起的遗传工程，使人们可用人工方法改组DNA，从而有可能创造出新型的生物品种。如应用遗传工程方法已能使大肠杆菌产生胰岛素、干扰素等珍贵的生化药物

核酸是生物体内的高分子化合物。它包括脱氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid,DNA）和核糖核酸（ribonucleicacid,RNA）两大类。DNA和RNA都是由一个一个核苷酸(nucleotide)头尾相连而形成的。RNA平均长度大约为2000个核苷酸，而人的DNA却是很长的，约有3X109个核苷酸。

单个核苷酸是由含氮有机碱(称碱基)、戊糖和磷酸三部分构成的。

碱基(base)：构成核苷酸的碱基分为嘌呤（purine)和嘧啶 >（pyrimi-dine)二类。前者主要指腺嘌呤（adenine，A）和鸟嘌呤（guanine,G），DNA和RNA中均含有这二种碱基。后者主要指胞嘧啶（cytosine,C）胸腺嘧啶（thymine，T）和尿嘧啶（uracil,U），胞嘧啶存在于DNA和RNA中，胸腺嘧啶只存在于DNA中，尿嘧啶则只存在于RNA中。这五种碱基的结构如图。

嘌呤环上的N-9或嘧啶环上的N-1是构成核苷酸时与核糖（或脱氧核糖）形成糖苷键的位置。

此外，核酸分子中还发现数十种修饰碱基（themodifiedcomponent),又称稀有碱基，(unusualcomponent)。它是指上述五种碱基环上的某一位置被一些化学基团（如甲基化、甲硫基化等）修饰后的衍生物。一般这些碱基在核酸中的含量稀少，在各种类型核酸中的分布也不均一。如DNA中的修饰碱基主要见于噬菌体DNA，RNA中以tRNA含修饰碱基最多。

戊糖:RNA中的戊糖是D－核糖，DNA中的戊糖是D－2－脱氧核糖。D－核糖的C－2所连的羟基脱去氧就是D－2脱氧核糖。

戊糖C－1所连的羟基是与碱基形成糖苷键的基团，糖苷键的连接都是β－构型。

核苷（nucleoside)：由D－核糖或D－2脱氧核糖与嘌呤或嘧啶通过糖苷键连接组成的化合物。核酸中的主要核苷有八种。

核苷酸(nucleotide)：核苷酸与磷酸残基构成的化合物，即核苷的磷酸酯。核苷酸是核酸分子的结构单元。核酸分子中的磷酸酯键是在戊糖C-3’和C-5’所连的羟基上形成的，故构成核酸的核苷酸可视为3’－核苷酸或5’－核苷酸。DNA分子中是含有A,G,C,T四种碱基的脱氧核苷酸；RNA分子中则是含A,G,C,U四种碱基的核苷酸。

当然核酸分子中的核苷酸都以形式存在，但在细胞内有多种游离的核苷酸，其中包括一磷酸核苷、二磷核苷和三磷酸核苷。

核苷酸是怎么连接的？

3’，5’－磷酸二酯键：核酸是由众多核苷酸聚合而成的多聚核苷酸（polynucleotide），相邻二个核苷酸之间的连接键即：3’，5’－磷酸二酯键。这种连接可理解为核苷酸糖基上的3’位羟基与相邻5’核苷酸的磷酸残基之间，以及核苷酸糖基上的5’位羟基与相邻3’核苷酸的磷酸残基之间形成的两个酯键。多个核苷酸残基以这种方式连接而成的链式分子就是核酸。无论是DNA还是RNA，其基本结构都是如此，故又称DNA链或RNA链。DNA链的结构如下示意图。

寡核苷酸（oligonucleotide)：这是与核酸有关的文献中经常出现的一个术语，一般是指二至十个核苷酸残基以磷酸二酯键连接而成的线性多核苷酸片段。但在使用这一术语时，对核苷酸残基的数目并无严格规定，在不少文献中，把含有三十甚至更多个核苷酸残基的多核苷酸分子也称作寡核苷酸。寡核苷酸目前已可由仪器自动合成，它可作为DNA合成的引物（primer)、基因探针（probe)等，在现代分子生物学研究中具有广泛的用途。

核酸链的简写式：核酸分子的简写式是为了更简单明了的叙述高度复杂的核酸分子而使用的一些简单表示式。它所要表示的主要内容是核酸链中的核苷酸（或碱基）。下面介绍二种常用的简写式。

字符式：书写一条多核苷酸链时，用英文大写字母缩写符号代表碱基（DNA和RNA中所含主要碱基及缩写符号见表1－1），用小写英文字母P代表磷酸残基。核酸分子中的糖基、糖苷键和酯键等均省略不写，将碱基和磷酸相间排列即可。因省略了糖基，故不再注解“脱氧”与否，凡简写式中出现T就视为DNA链，出现U则视为RNA链。以5’和3’表示链的末端及方向，分别置于简写式的左右二端。下面是分别代表DNA链和RNA链片段的二个简写式：

5’pApCpTpTpGpApApCpG3’DNA

5’pApCpUpUpGpApApCpG3’RNA

此式可进一步简化为：

5’pACTTGAACG3’

5’pACUUGAACG3’

上述简写式的5’－末端均含有一个磷酸残基（与糖基的C－5’位上的羟基相连）,3’－末端含有一个自由羟基（与糖基的C－3’位相连）,若5’端不写P，则表示5’－末端为自由羟基。双链DNA分子的简写式多采用省略了磷酸残基的写法，在上述简式的基础上再增加一条互补链（complentarystrand)即可，链间的配对碱基用短纵线相连或省略，错配（mismatch)碱基对错行书写在互补链的上下两边，如下所示：

5’GGAATCTCAT3’

3’CCTTAGAGTA5’

5’GGAATC错配）

线条式：在字符书写基础上，以垂线（位于碱基之下）和斜线（位于垂线与P之间）分别表示糖基和磷酸酯键。如下图所示

上式中，斜线与垂线部的交点为糖基的C－3’位，斜线与垂线下端的交点为糖基的C－5’位。这一书写式也可用于表示短链片段。不难看出，简写式表示的中心含义就是核酸分子的一级结构，即核酸分子中的核苷酸（或碱基）排列顺序。

人造核酸可用于治疗白血病

日本工业技术院产业技术融合领域研究所在8月3日出版的《自然》杂志上发表论文称，已开发出了治疗白血病的人造核酸。这种人造核酸就像一把剪刀，可发现引起白血病的遗传基因并将其剪除。科研小组的成员、东京大学研究生院教授多比良和诚根据动物实验结果认为，这种人造核酸将来有望成为治疗白血病的主要药物。

这次研究的对象是慢性骨髓性白血病（MCL），患者的异常遗传因子是由两个正常的遗传因子连接而成的，新开发的人造核酸可以发现这种变异遗传基因并将其切断。科学家过去也发现过能找到特定的遗传因子序列并将其切断的分子，但在切断特定遗传因子序列的同时往往对正常细胞造成伤害。而新开发出的核酸只在发现异常遗传因子时才被激活，平时则潜伏不动。

科研小组用人体白血病细胞进行了动物实验。他们将可与人造核酸反应的细胞和不可与人造核酸反应的细胞分别注射到8只实验鼠的体内。移植后第13周时，不与人造核酸反应的细胞全部死亡，而与人造核酸反应的细胞全部存活，证明人造核酸在生物体内十分有效。

科研小组说，此人造核酸的临床应用尚有诸多问题要解决，将来很可能是把患者的骨髓细胞抽出来，经人造核酸处理后，再把正常细胞的骨髓输回患者体内。