Question

什么是核酸的组成分类、性质和功能？

Answer 1

核酸

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3×个核苷酸。而单个核苷酸又是由含氮有机碱(称碱基)、戊糖(即五碳糖)和磷酸三部分构成的。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分子是含有A、G、C、T四种碱基的脱氧核苷酸链；RNA分子则是含A、G、C、U四种碱基的核苷酸链。当然核酸分子中的核苷酸都以细胞形式存在，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。DNA主要集中分布于细胞核中，RNA广泛分布于细胞质中。

DNA的碱基主要是由胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)加上腺嘧啶(A)和鸟嘧啶(G)构成；RNA的碱基除以尿嘧啶(U)代替T之外，其余均与DNA相同。DNA是双螺旋结构，就像一座螺旋形的楼梯。楼梯的两侧扶手是2条多核苷酸链上的核糖与磷酸根结合形成的骨架，楼梯的踏板就是2条多核苷酸链上相互配对的碱基：如果一侧扶手上的碱基是A，另一侧扶手上的碱基就一定是T；同样，G永远与C配对，碱基对之间靠氢键连接，这就是碱基配对规律。由于A和G为双环状化合物，分子大一些，T和C为单环状化合物，分子小一些，使A=T和G=C的长度相等，因此，双螺旋结构的直径是一致的，也就是说，楼梯的宽度是一样的。

DNA的双螺旋结构很适合它靠自身“复制”将遗传信息传给下一代(子代)。复制时，双螺旋结构先解链，变成2条单链，再分别以这两条单链为模板，靠碱基配对原则分别形成2条互补的配对链，即产生2个子代的双螺旋结构。每个子代的双螺旋结构中都含有亲代的一股链，因此也称作“半保留复制”，是生物物种稳定性和延续性的保证。

DNA核酸具有以下化学性质：①酸效应。在强酸和高温下，核酸完全水解为碱基，核糖或脱氧核糖和磷酸。在浓度略稀的无机酸中，最易水解的化学键被选择性地断裂，一般为连接嘌呤和核糖的糖苷键，从而产生脱嘌呤核酸。②碱效应。DNA:当pH值超出生理范围（pH值7~8）时，对DNA结构将产生更为微妙的影响。碱效应使碱基的互变异构态发生变化。这种变化影响到特定碱基间的氢键作用，结果导致DNA双链的解离，称为DNA的变性。RNA：pH值较高时，同样的变性发生在RNA的螺旋区域中，但通常被RNA的碱性水解所掩盖。这是因为RNA存在的2`-OH参与到对磷酸酯键中磷酸分子的分子内攻击，从而导致RNA的断裂。③化学变性。一些化学物质能够使DNA/RNA在中性pH值下变性。由堆积的疏水剪辑形成的核酸二级结构在能量上的稳定性被削弱，则核酸变性。

核酸最早是由米歇尔于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细胞、植物细胞和微生物内，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。其中DNA是储存、复制和传递遗传信息的主要物质基础；RNA在蛋白质的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。 一般人都知道，生命是蛋白质存在的形式，蛋白质是生命的基础。在发现核酸前，这句话是对的，但当核酸被发现后，应该说最本质的生命物质是核酸，或是把上述的这句话更正为蛋白体是生命的基础。按照现代生物学的观点，蛋白体是包括核酸和蛋白质的生物大分子。

然而，多少年来，人们在一味追求蛋白质、维生素、微量元素等营养时，却把最重要的角色 ——核酸忘却了，这不能不说是人类生命史上的一大遗憾。核酸在生命中为什么比蛋白质更重要呢？因为生命的重要性是能自我复制，而核酸就能够自我复制。蛋白质的复制是根据核酸所发出的指令，使氨基酸根据其指定的种类进行合成，然后再按指定的顺序排列成所需要复制的蛋白质。世界上各种有生命的物质都含有蛋白体，蛋白体中有核酸和蛋白质，至今还没有发现有蛋白质而没有核酸的生命。但在有生命的病毒研究中，却发现病毒以核酸为主体，蛋白质和脂肪以及脂蛋白等只不过充作其外壳，作为与外界环境的界限而已，当它钻入寄生细胞繁殖子代时，把外壳留在细胞外，只有核酸进入细胞内，并使细胞在核酸控制下为其合成子代的病毒。这种现象，美国科学家比喻为人和汽车的关 系。即把核酸比为人，蛋白质比作汽车，入驾驶汽车到处跑。外表上看，人车一体是有生命运动的东西，而真正的生命是人，汽车只是由人制造的载人的外壳。近来科学家还发现了一种类病毒，是能繁殖子代的有生命物体，其中只有核酸而没蛋白质，可见核酸是真正的生命物质。

因此，我国1996年出版的《人体生理学》改变了旧教科书中只提蛋白质是生命基础的缺陷，明确提出：“蛋白质和核酸是一切生命活动的物质基础。”

没有核酸，就没有蛋白，也就没有生命。

然而遗憾的是，从目前的分析来看，人类无法从食物中直接摄取核酸。人体细胞内的核酸都是自己合成的。服用核酸对人体而言根本毫无营养价值，相反，有研究发现，过度摄入核酸会造成肾结石等疾病。

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1个氨基酸的遗传密码发生了改变，白化病者则是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。20世纪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。