核酸
核酸是生物體內的高分子化合物。它包括脫氧核糖核酸(deoxyribonucleicacid,DNA)和核糖核酸(ribonucleicacid,RNA)兩大類。DNA和RNA都是由一個一個核苷酸頭尾相連而形成的。RNA平均長度大約為2000個核苷酸,而人的DNA卻是很長的,約有3×個核苷酸。而單個核苷酸又是由含氮有機鹼(稱鹼基)、戊糖(即五碳糖)和磷酸三部分構成的。核苷酸是核酸分子的結構單元。核酸分子中的磷酸酯鍵是在戊糖C-3’和C-5’所連的羥基上形成的,故構成核酸的核苷酸可視為3’—核苷酸或5’—核苷酸。DNA分子是含有A、G、C、T四種鹼基的脫氧核苷酸鏈;RNA分子則是含A、G、C、U四種鹼基的核苷酸鏈。當然核酸分子中的核苷酸都以細胞形式存在,但在細胞內有多種遊離的核苷酸,其中包括一磷酸核苷、二磷核苷和三磷酸核苷。DNA主要集中分佈於細胞核中,RNA廣泛分佈於細胞質中。
DNA的鹼基主要是由胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)加上腺嘧啶(A)和鳥嘧啶(G)構成;RNA的鹼基除以尿嘧啶(U)代替T之外,其餘均與DNA相同。DNA是雙螺旋結構,就像一座螺旋形的樓梯。樓梯的兩側扶手是2條多核苷酸鏈上的核糖與磷酸根結合形成的骨架,樓梯的踏板就是2條多核苷酸鏈上相互配對的鹼基:如果一側扶手上的鹼基是A,另一側扶手上的鹼基就一定是T;同樣,G永遠與C配對,鹼基對之間靠氫鍵連線,這就是鹼基配對規律。由於A和G為雙環狀化合物,分子大一些,T和C為單環狀化合物,分子小一些,使A=T和G=C的長度相等,因此,雙螺旋結構的直徑是一致的,也就是說,樓梯的寬度是一樣的。
DNA的雙螺旋結構很適合它靠自身“複製”將遺傳資訊傳給下一代(子代)。複製時,雙螺旋結構先解鏈,變成2條單鏈,再分別以這兩條單鏈為模板,靠鹼基配對原則分別形成2條互補的配對鏈,即產生2個子代的雙螺旋結構。每個子代的雙螺旋結構中都含有親代的一股鏈,因此也稱作“半保留複製”,是生物物種穩定性和延續性的保證。
DNA核酸具有以下化學性質:①酸效應。在強酸和高溫下,核酸完全水解為鹼基,核糖或脫氧核糖和磷酸。在濃度略稀的無機酸中,最易水解的化學鍵被選擇性地斷裂,一般為連線嘌呤和核糖的糖苷鍵,從而產生脫嘌呤核酸。②鹼效應。DNA:當pH值超出生理範圍(pH值7~8)時,對DNA結構將產生更為微妙的影響。鹼效應使鹼基的互變異構態發生變化。這種變化影響到特定鹼基間的氫鍵作用,結果導致DNA雙鏈的解離,稱為DNA的變性。RNA:pH值較高時,同樣的變性發生在RNA的螺旋區域中,但通常被RNA的鹼性水解所掩蓋。這是因為RNA存在的2`-OH參與到對磷酸酯鍵中磷酸分子的分子內攻擊,從而導致RNA的斷裂。③化學變性。一些化學物質能夠使DNA/RNA在中性pH值下變性。由堆積的疏水剪輯形成的核酸二級結構在能量上的穩定性被削弱,則核酸變性。
核酸最早是由米歇爾於1868年在膿細胞中發現和分離出來。核酸廣泛存在於所有動物細胞、植物細胞和微生物內,生物體核心酸常與蛋白質結合形成核蛋白。不同的核酸,其化學組成、核苷酸排列順序等不同。其中DNA是儲存、複製和傳遞遺傳資訊的主要物質基礎;RNA在蛋白質的合成過程中起著重要作用;其中轉移核糖核酸,簡稱tRNA,起著攜帶和轉移活化氨基酸的作用;信使核糖核酸,簡稱mRNA,是合成蛋白質的模板;核糖體的核糖核酸,簡稱rRNA,是細胞合成蛋白質的主要場所。核酸不僅是基本的遺傳物質,而且在蛋白質的生物合成上也佔重要位置,因而在生長、遺傳、變異等一系列重大生命現象中起決定性的作用。 一般人都知道,生命是蛋白質存在的形式,蛋白質是生命的基礎。在發現核酸前,這句話是對的,但當核酸被發現後,應該說最本質的生命物質是核酸,或是把上述的這句話更正為蛋白體是生命的基礎。按照現代生物學的觀點,蛋白體是包括核酸和蛋白質的生物大分子。
然而,多少年來,人們在一味追求蛋白質、維生素、微量元素等營養時,卻把最重要的角色 ——核酸忘卻了,這不能不說是人類生命史上的一大遺憾。核酸在生命中為什麼比蛋白質更重要呢?因為生命的重要性是能自我複製,而核酸就能夠自我複製。蛋白質的複製是根據核酸所發出的指令,使氨基酸根據其指定的種類進行合成,然後再按指定的順序排列成所需要複製的蛋白質。世界上各種有生命的物質都含有蛋白體,蛋白體中有核酸和蛋白質,至今還沒有發現有蛋白質而沒有核酸的生命。但在有生命的病毒研究中,卻發現病毒以核酸為主體,蛋白質和脂肪以及脂蛋白等只不過充作其外殼,作為與外界環境的界限而已,當它鑽入寄生細胞繁殖子代時,把外殼留在細胞外,只有核酸進入細胞內,並使細胞在核酸控制下為其合成子代的病毒。這種現象,美國科學家比喻為人和汽車的關 系。即把核酸比為人,蛋白質比作汽車,入駕駛汽車到處跑。外表上看,人車一體是有生命運動的東西,而真正的生命是人,汽車只是由人制造的載人的外殼。近來科學家還發現了一種類病毒,是能繁殖子代的有生命物體,其中只有核酸而沒蛋白質,可見核酸是真正的生命物質。
因此,中國1996年出版的《人體生理學》改變了舊教科書中只提蛋白質是生命基礎的缺陷,明確提出:“蛋白質和核酸是一切生命活動的物質基礎。”
沒有核酸,就沒有蛋白,也就沒有生命。
然而遺憾的是,從目前的分析來看,人類無法從食物中直接攝取核酸。人體細胞內的核酸都是自己合成的。服用核酸對人體而言根本毫無營養價值,相反,有研究發現,過度攝入核酸會造成腎結石等疾病。
核酸在實踐應用方面有極重要的作用,現已發現近2000種遺傳性疾病都和DNA結構有關。如人類鐮刀形紅血細胞貧血症是由於患者的血紅蛋白分子中1個氨基酸的遺傳密碼發生了改變,白化病者則是DNA分子上缺乏產生促黑色素生成的酷氨酸酶的基因所致。腫瘤的發生、病毒的感染、射線對機體的作用等都與核酸有關。20世紀70年代以來興起的遺傳工程,使人們可用人工方法改組DNA,從而有可能創造出新型的生物品種。如應用遺傳工程方法已能使大腸桿菌產生胰島素、干擾素等珍貴的生化藥物。
核酸
核酸是生物體內的高分子化合物。它包括脫氧核糖核酸(deoxyribonucleicacid,DNA)和核糖核酸(ribonucleicacid,RNA)兩大類。DNA和RNA都是由一個一個核苷酸頭尾相連而形成的。RNA平均長度大約為2000個核苷酸,而人的DNA卻是很長的,約有3×個核苷酸。而單個核苷酸又是由含氮有機鹼(稱鹼基)、戊糖(即五碳糖)和磷酸三部分構成的。核苷酸是核酸分子的結構單元。核酸分子中的磷酸酯鍵是在戊糖C-3’和C-5’所連的羥基上形成的,故構成核酸的核苷酸可視為3’—核苷酸或5’—核苷酸。DNA分子是含有A、G、C、T四種鹼基的脫氧核苷酸鏈;RNA分子則是含A、G、C、U四種鹼基的核苷酸鏈。當然核酸分子中的核苷酸都以細胞形式存在,但在細胞內有多種遊離的核苷酸,其中包括一磷酸核苷、二磷核苷和三磷酸核苷。DNA主要集中分佈於細胞核中,RNA廣泛分佈於細胞質中。
DNA的鹼基主要是由胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)加上腺嘧啶(A)和鳥嘧啶(G)構成;RNA的鹼基除以尿嘧啶(U)代替T之外,其餘均與DNA相同。DNA是雙螺旋結構,就像一座螺旋形的樓梯。樓梯的兩側扶手是2條多核苷酸鏈上的核糖與磷酸根結合形成的骨架,樓梯的踏板就是2條多核苷酸鏈上相互配對的鹼基:如果一側扶手上的鹼基是A,另一側扶手上的鹼基就一定是T;同樣,G永遠與C配對,鹼基對之間靠氫鍵連線,這就是鹼基配對規律。由於A和G為雙環狀化合物,分子大一些,T和C為單環狀化合物,分子小一些,使A=T和G=C的長度相等,因此,雙螺旋結構的直徑是一致的,也就是說,樓梯的寬度是一樣的。
DNA的雙螺旋結構很適合它靠自身“複製”將遺傳資訊傳給下一代(子代)。複製時,雙螺旋結構先解鏈,變成2條單鏈,再分別以這兩條單鏈為模板,靠鹼基配對原則分別形成2條互補的配對鏈,即產生2個子代的雙螺旋結構。每個子代的雙螺旋結構中都含有親代的一股鏈,因此也稱作“半保留複製”,是生物物種穩定性和延續性的保證。
DNA核酸具有以下化學性質:①酸效應。在強酸和高溫下,核酸完全水解為鹼基,核糖或脫氧核糖和磷酸。在濃度略稀的無機酸中,最易水解的化學鍵被選擇性地斷裂,一般為連線嘌呤和核糖的糖苷鍵,從而產生脫嘌呤核酸。②鹼效應。DNA:當pH值超出生理範圍(pH值7~8)時,對DNA結構將產生更為微妙的影響。鹼效應使鹼基的互變異構態發生變化。這種變化影響到特定鹼基間的氫鍵作用,結果導致DNA雙鏈的解離,稱為DNA的變性。RNA:pH值較高時,同樣的變性發生在RNA的螺旋區域中,但通常被RNA的鹼性水解所掩蓋。這是因為RNA存在的2`-OH參與到對磷酸酯鍵中磷酸分子的分子內攻擊,從而導致RNA的斷裂。③化學變性。一些化學物質能夠使DNA/RNA在中性pH值下變性。由堆積的疏水剪輯形成的核酸二級結構在能量上的穩定性被削弱,則核酸變性。
核酸最早是由米歇爾於1868年在膿細胞中發現和分離出來。核酸廣泛存在於所有動物細胞、植物細胞和微生物內,生物體核心酸常與蛋白質結合形成核蛋白。不同的核酸,其化學組成、核苷酸排列順序等不同。其中DNA是儲存、複製和傳遞遺傳資訊的主要物質基礎;RNA在蛋白質的合成過程中起著重要作用;其中轉移核糖核酸,簡稱tRNA,起著攜帶和轉移活化氨基酸的作用;信使核糖核酸,簡稱mRNA,是合成蛋白質的模板;核糖體的核糖核酸,簡稱rRNA,是細胞合成蛋白質的主要場所。核酸不僅是基本的遺傳物質,而且在蛋白質的生物合成上也佔重要位置,因而在生長、遺傳、變異等一系列重大生命現象中起決定性的作用。 一般人都知道,生命是蛋白質存在的形式,蛋白質是生命的基礎。在發現核酸前,這句話是對的,但當核酸被發現後,應該說最本質的生命物質是核酸,或是把上述的這句話更正為蛋白體是生命的基礎。按照現代生物學的觀點,蛋白體是包括核酸和蛋白質的生物大分子。
然而,多少年來,人們在一味追求蛋白質、維生素、微量元素等營養時,卻把最重要的角色 ——核酸忘卻了,這不能不說是人類生命史上的一大遺憾。核酸在生命中為什麼比蛋白質更重要呢?因為生命的重要性是能自我複製,而核酸就能夠自我複製。蛋白質的複製是根據核酸所發出的指令,使氨基酸根據其指定的種類進行合成,然後再按指定的順序排列成所需要複製的蛋白質。世界上各種有生命的物質都含有蛋白體,蛋白體中有核酸和蛋白質,至今還沒有發現有蛋白質而沒有核酸的生命。但在有生命的病毒研究中,卻發現病毒以核酸為主體,蛋白質和脂肪以及脂蛋白等只不過充作其外殼,作為與外界環境的界限而已,當它鑽入寄生細胞繁殖子代時,把外殼留在細胞外,只有核酸進入細胞內,並使細胞在核酸控制下為其合成子代的病毒。這種現象,美國科學家比喻為人和汽車的關 系。即把核酸比為人,蛋白質比作汽車,入駕駛汽車到處跑。外表上看,人車一體是有生命運動的東西,而真正的生命是人,汽車只是由人制造的載人的外殼。近來科學家還發現了一種類病毒,是能繁殖子代的有生命物體,其中只有核酸而沒蛋白質,可見核酸是真正的生命物質。
因此,中國1996年出版的《人體生理學》改變了舊教科書中只提蛋白質是生命基礎的缺陷,明確提出:“蛋白質和核酸是一切生命活動的物質基礎。”
沒有核酸,就沒有蛋白,也就沒有生命。
然而遺憾的是,從目前的分析來看,人類無法從食物中直接攝取核酸。人體細胞內的核酸都是自己合成的。服用核酸對人體而言根本毫無營養價值,相反,有研究發現,過度攝入核酸會造成腎結石等疾病。
核酸在實踐應用方面有極重要的作用,現已發現近2000種遺傳性疾病都和DNA結構有關。如人類鐮刀形紅血細胞貧血症是由於患者的血紅蛋白分子中1個氨基酸的遺傳密碼發生了改變,白化病者則是DNA分子上缺乏產生促黑色素生成的酷氨酸酶的基因所致。腫瘤的發生、病毒的感染、射線對機體的作用等都與核酸有關。20世紀70年代以來興起的遺傳工程,使人們可用人工方法改組DNA,從而有可能創造出新型的生物品種。如應用遺傳工程方法已能使大腸桿菌產生胰島素、干擾素等珍貴的生化藥物。