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信息的攜帶和傳遞。核酸有兩大類，分別是脫氧核糖核酸（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、傳遞和表達遺傳信息。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信息，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遺傳信息的翻譯和表達，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、變異等現象起着重要的決定作用。
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，理查德·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，沃森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
核酸可以分為脫氧核糖核酸（DNA）、核糖核酸（RNA），以及人工合成的核酸類似物。
脫氧核糖核酸
脫氧核糖核酸（DNA）是由脫氧核糖核苷酸構成的一種核酸。其主要負責生物體遺傳信息的攜帶。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，其功能包括遺傳信息的傳遞與核酶等，而一些病毒使用RNA攜帶遺傳信息。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] | 即脫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（少量存在於線粒體、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
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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、器官的信息，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.
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- ^ Budowle B, van Daal A. Extracting evidence from forensic DNA analyses: future molecular biology directions. BioTechniques. April 2009, 46 (5): 339–40, 342–50. PMID 19480629. doi:10.2144/000113136.
- ^ 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）.
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- ^ 生命的螺旋-DNA與RNA. 國立科學工藝博物館.
