核酸
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核酸(英語:nucleic acid)是一種通常位於細胞內的大型生物分子,主要負責生物體遺傳資訊的攜帶和傳遞。核酸有兩大類,分別是去氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)。
核酸的單體結構為核苷酸。每一個核苷酸分子由三部分組成:一個五碳糖、一個含氮鹼基和一個或多個磷酸基團。如果其五碳糖是去氧核糖則為去氧核糖核苷酸,此單體之聚合物是DNA。如果其五碳糖是核糖則為核糖核苷酸,此單體之聚合物是RNA。
核酸是最重要的生物大分子(其餘為胺基酸/蛋白質,醣類/碳水化合物和脂質/脂肪)。它們大量存在於所有生物,功能有編碼、傳遞和表達遺傳資訊。換句話說,遺傳訊息通過核酸序列被傳遞。DNA分子含有生物物種的所有遺傳資訊,為雙鏈分子,其中大多數是鏈狀結構大分子,也有少部分呈環狀結構,分子量一般都很大。RNA主要是負責DNA遺傳資訊的翻譯和表達,為單鏈分子,分子量要比DNA小得多。
核酸存在於所有動植物細胞、微生物和病毒、噬菌體內,是生命的最基本物質之一,對生物的成長、遺傳、變異等現象起著重要的決定作用。
研究歷史
- 1880年代早期,阿爾布雷希特·科塞爾進一步純化了該物質,並發現了其具有高酸性特性。
- 1889年,理察·阿爾特曼創造了nucleic acid(核酸)一詞。
- 20世紀早期,阿爾布雷希特·科塞爾與他的兩個學生發現核酸由核苷酸組成[4]。但當時科塞爾錯誤地認為核酸由4種核苷酸的重複單位構成。[5]
- 1953年,華生和克里克等人發現了DNA的雙螺旋結構。[6]
核酸實驗研究構成了現代生物學和醫學研究的重要組成部分,形成了基因組和法醫學,以及生物技術和製藥行業的基礎[7][8][9]。
核酸類型
核酸可以分為去氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA),以及人工合成的核酸類似物。
去氧核糖核酸
去氧核糖核酸(DNA)是由去氧核糖核苷酸構成的一種核酸。其主要負責生物體遺傳資訊的攜帶。組成DNA的鹼基有四種:腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)與胞嘧啶(C)。DNA主要為雙鏈構成的雙螺旋結構,但病毒中也有單鏈DNA[4]。利用體外分子進化技術,也可合成出類似核酶的脫氧核酶[10]。
核糖核酸
核糖核酸(RNA)由核糖核苷酸構成,其功能包括遺傳資訊的傳遞與核酶等,而一些病毒使用RNA攜帶遺傳資訊。組成RNA的鹼基中,尿嘧啶(U)代替了胸腺嘧啶。RNA一般為單鏈。
項目 | DNA | RNA | 解說 |
---|---|---|---|
組成主幹之糖類分子[11] | 2-去氧核糖和磷酸 | 核糖和磷酸 | |
骨架結構 | 規則的[需要較佳來源][12]:50雙螺旋結構[13] | 單螺旋結構[需要較佳來源][13] 或莖環結構[4] | 即去氧核糖核酸由兩條脫氧核苷酸鏈構成,而核糖核酸由一條核糖核苷酸鏈構成。[12]:49 |
核苷酸數 | 通常上百萬 | 通常數百至數千個 | |
鹼基種類[14][13] | 腺嘌呤(A)··· 胸腺嘧啶(T) 胞嘧啶(C)··· 鳥嘌呤(G) |
腺嘌呤(A)··· 尿嘧啶(U) 胞嘧啶(C)··· 鳥嘌呤(G) |
除部分例外,DNA為胸腺嘧啶(5-甲基尿嘧啶),RNA為尿嘧啶,使RNA更易被水解。 |
五碳糖種類[13] | 脫氧核醣 | 核醣 | |
五碳糖連接組成分 | 氫原子 | 羥基 | 在五碳糖的第二個碳原子上連接的組成分不同。 |
存在於(對於真核細胞而言)[13] | 細胞核(少量存在於粒線體、葉綠體) | 細胞質 |
核酸類似物
除此之外,也可以通過人工合成出核酸類似物(Nucleic acid analogues)。如肽核酸、鎖核酸、GNA、蘇糖核酸等。核酸類似物通過不同的分子骨架而與自然產生的DNA或RNA區分開來。
結構和組成
組成
核酸由核苷酸組成,而核苷酸又是由含氮鹼基、五碳糖和磷酸基構成。
核苷酸
核酸的單體結構為核苷酸。每一個核苷酸分子有三部分組成:一個含氮鹼基,一個五碳糖和一個或多個磷酸基團。由含氮鹼基和五碳糖組成的結構叫做核苷。
鹼基
含氮鹼基是兩種母體分子嘌呤和嘧啶的衍生物。一般,組成核酸的鹼基有五種,分別是:
除了以上五種鹼基之外,部分核酸還含有特殊鹼基。即稀有鹼基。
核苷
核苷是由含氮鹼基和戊糖組成的糖苷[5]。核苷加上一個磷酸基就是核苷酸。
結構
一級結構
核酸的鏈上各核苷酸殘基的排列順序被稱作核酸的一級結構,即核酸序列。核酸序列在生物學中非常重要,它們不僅能區分核酸,還帶有編碼所有生物分子、分子裝配體、亞細胞的和細胞的結構、器官的資訊,和生物體的最終指令。
二級結構
三級結構
四級結構
參考資料
- ^ 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. (原始內容存檔於2020-06-13). 參照錯誤:帶有name屬性「分子生物學導論」的
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- ^ 俞海國; 趙曉東; 等. 脱氧核酶的研究进展. 國外醫學:分子生物學分冊. 2002, 24 (3): 155–157 [2020-10-25]. (原始內容存檔於2021-02-10).
- ^ Berg J., Tymoczko J. and Stryer L. (2002) Biochemistry. W. H. Freeman and Company ISBN 0-7167-4955-6
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- ^ 生命的螺旋-DNA與RNA. 國立科學工藝博物館.