核酸

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

天然存在的核酸可分為：

⑴脫氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)和核糖核酸(ribonucleic acid，RNA)

DNA貯存細(xì)胞所有的遺傳信息，是物種保持進(jìn)化和世代繁衍的物質(zhì)基礎(chǔ)。

RNA中參與蛋白質(zhì)合成的有三類(lèi)：

轉(zhuǎn)移RNA(transfer RNA，tRNA)、核糖體RNA(ribosomal RNA，rRNA)和信使RNA(messenger RNA，mRNA)

20世紀(jì)末，發(fā)現(xiàn)許多新的具有特殊功能的RNA，幾乎涉及細(xì)胞功能的各個(gè)方面。

核苷酸可分為：核糖核苷酸(RNA的構(gòu)件分子)和 脫氧核糖核苷酸(DNA構(gòu)件分子)

細(xì)胞內(nèi)還有各種游離的核苷酸和核苷酸衍生物，它們具有重要的生理功能。

核苷酸由 核苷(nucleoside)磷酸(Phosphonic.acid)組成

核苷由：堿基(base)和 戊糖(Pentose)組成

構(gòu)成核苷酸中的堿基是含氮雜環(huán)化合物，由嘧啶(pyrimidine)和嘌呤(purine)構(gòu)成。

核酸：1.嘌呤堿：腺嘌呤(A)鳥(niǎo)嘌呤(G)2.嘧啶堿： 胞嘧啶(C)胸腺嘧啶(T) 尿嘧啶(U)

DNA中含有4種堿基：腺嘌呤、鳥(niǎo)嘌呤和胞嘧啶，胸腺嘧啶主要存在于DNA中。

RNA中含也有4種堿基：腺嘌呤、鳥(niǎo)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，少數(shù)幾種噬菌體的DNA含尿嘧啶而不是胸腺嘧啶。這五種堿基受介質(zhì)pH的影響出現(xiàn)酮式、烯醇式互變異構(gòu)體。

在DNA和RNA中，尤其是tRNA中還有一些含量甚少的堿基，稱(chēng)為稀有堿基(rare bases)稀有堿基種類(lèi)很多，大多數(shù)是甲基化堿基。tRNA中含稀有堿基高達(dá)10%。

核酸中有兩種戊糖DNA中為D-2-脫氧核糖(D-2-deoxyribose)，RNA中則為D-核糖(D-ribose)。在核苷酸中，為了與堿基中的碳原子編號(hào)相區(qū)別核糖或脫氧核糖中碳原子標(biāo)以C-1'，C-2'等。脫氧核糖與核糖兩者的差別只在于脫氧核糖中與2'位碳原子連結(jié)的不是羥基而是氫，這一差別使DNA在化學(xué)上比RNA穩(wěn)定得多。

核苷是戊糖與堿基之間以糖苷鍵(glycosidic bond)相連接而成。戊糖中C-1'與嘧啶堿的N-1或者與嘌吟堿的N9相連接，戊糖與堿基間的連接鍵是N-C鍵，一般稱(chēng)為N-糖苷鍵。

RNA中含有稀有堿基，并且還存在異構(gòu)化的核苷。如在tRNA和rRNA中含有少量假尿嘧啶核苷(用ψ表示)，在它的結(jié)構(gòu)中戊糖的C-1不是與尿嘧啶的N-1相連接，而是與尿嘧啶C-5相連接。

核苷中的戊糖5'碳原子上羥基被磷酸酯化形成核苷酸。核苷酸分為核糖核苷酸與脫氧核糖核苷酸兩大類(lèi)。依磷酸基團(tuán)的多少，有一磷酸核苷、二磷酸核苷、三磷酸核苷。核苷酸在體內(nèi)除構(gòu)成核酸外，尚有一些游離核苷酸參與物質(zhì)代謝、能量代謝與代謝調(diào)節(jié)，如三磷酸腺苷(ATP)是體內(nèi)重要能量載體；三磷酸尿苷參與糖原的合成；三磷酸胞苷參與磷脂的合成；環(huán)腺苷酸(cAMP)和環(huán)鳥(niǎo)苷酸(cGMP)作為第二信使，在信號(hào)傳遞過(guò)程中起重要作用；核苷酸還參與某些生物活性物質(zhì)的組成：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+)和黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)。

核酸是由核苷酸聚合而成的生物大分子。組成DNA的脫氧核糖核苷酸主要是dAMP、dGMP、dCMP和dTMP，組成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'磷酸二酯鍵構(gòu)成無(wú)分支結(jié)構(gòu)的線(xiàn)性分子。核酸鏈具有方向性，有兩個(gè)末端分別是5'末端與3'末端。5'末端含磷酸基團(tuán)，3'末端含羥基。核酸鏈內(nèi)的前一個(gè)核苷酸的3'羥基和下一個(gè)核苷酸的5'磷酸形成3'，5'磷酸二酯鍵，故核酸中的核苷酸被稱(chēng)為核苷酸殘基。通常將小于50個(gè)核苷酸殘基組成的核酸稱(chēng)為寡核苷酸(oligonucleotide)，大于50個(gè)核苷酸殘基稱(chēng)為多核苷酸(polynucleotide)。

(一)DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)

DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)即雙螺旋結(jié)構(gòu)(double helix structure)。20世紀(jì)50年代初Chargaff等人分析多種生物DNA的堿基組成發(fā)現(xiàn)的規(guī)則。

DNA雙螺旋模型的提出不僅揭示了遺傳信息穩(wěn)定傳遞中DNA半保留復(fù)制的機(jī)制，而且是分子生物學(xué)發(fā)展的里程碑。

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：①兩條DNA互補(bǔ)鏈反向平行。②由脫氧核糖和磷酸間隔相連而成的親水骨架在螺旋分子的外側(cè)，而疏水的堿基對(duì)則在螺旋分子內(nèi)部，堿基平面與螺旋軸垂直，螺旋旋轉(zhuǎn)一周正好為10個(gè)堿基對(duì)，螺距為3.4nm，這樣相鄰堿基平面間隔為0.34nm并有一個(gè)36°的夾角。③DNA雙螺旋的表面存在一個(gè)大溝(major groove)和一個(gè)小溝(minor groove)，蛋白質(zhì)分子通過(guò)這兩個(gè)溝與堿基相識(shí)別。④兩條DNA鏈依靠彼此堿基之間形成的氫鍵而結(jié)合在一起。根據(jù)堿基結(jié)構(gòu)特征，只能形成嘌呤與嘧啶配對(duì)，即A與T相配對(duì)，形成2個(gè)氫鍵；G與C相配對(duì)，形成3個(gè)氫鍵。因此G與C之間的連接較為穩(wěn)定。⑤DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定。維持這種穩(wěn)定性主要靠堿基對(duì)之間的氫鍵以及堿基的堆集力(stacking force)。

生理?xiàng)l件下，DNA雙螺旋大多以B型形式存在。右手雙螺旋DNA除B型外還有A型、C型、D型、E型。此外還發(fā)現(xiàn)左手雙螺旋Z型DNA。Z型DNA是1979年Rich等在研究人工合成的CGCGCG的晶體結(jié)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。Z-DNA的特點(diǎn)是兩條反向平行的多核苷酸互補(bǔ)鏈組成的螺旋呈鋸齒形，其表面只有一條深溝，每旋轉(zhuǎn)一周是12個(gè)堿基對(duì)。研究表明在生物體內(nèi)的DNA分子中確實(shí)存在Z-DNA區(qū)域，其功能可能與基因表達(dá)的調(diào)控有關(guān)。DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)還存在三股螺旋DNA，三股螺旋DNA中通常是一條同型寡核苷酸與寡嘧啶核苷酸-寡嘌呤核苷酸雙螺旋的大溝結(jié)合，三股螺旋中的第三股可以來(lái)自分子間，也可以來(lái)自分子內(nèi)。三股螺旋DNA存在于基因調(diào)控區(qū)和其他重要區(qū)域，因此具有重要生理意義。

(二)DNA三級(jí)結(jié)構(gòu)--超螺旋結(jié)構(gòu)

DNA三級(jí)結(jié)構(gòu)是指DNA鏈進(jìn)一步扭曲盤(pán)旋形成超螺旋結(jié)構(gòu)。生物體內(nèi)有些DNA是以雙鏈環(huán)狀DNA形式存在，如有些病毒DNA，某些噬菌體DNA，細(xì)菌染色體與細(xì)菌中質(zhì)粒DNA，真核細(xì)胞中的線(xiàn)粒體DNA、葉綠體DNA都是環(huán)狀的。環(huán)狀DNA分子可以是共價(jià)閉合環(huán)，即環(huán)上沒(méi)有缺口，也可以是缺口環(huán)，環(huán)上有一個(gè)或多個(gè)缺口。在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，共價(jià)閉合環(huán)DNA(covalently close circular DNA)可以進(jìn)一步扭曲形成超螺旋形(super helical form)。根據(jù)螺旋的方向可分為正超螺旋和負(fù)超螺旋。正超螺旋使雙螺旋結(jié)構(gòu)更緊密，雙螺旋圈數(shù)增加，而負(fù)超螺旋可以減少雙螺旋的圈數(shù)。幾乎所有天然DNA中都存在負(fù)超螺旋結(jié)構(gòu)。

(三)DNA的四級(jí)結(jié)構(gòu)--DNA與蛋白質(zhì)形成復(fù)合物

在真核生物中其基因組DNA要比原核生物大得多，如原核生物大腸桿菌的DNA約為4.7×10kb，而人的基因組DNA約為3×10 kb，因此真核生物基因組DNA通常與蛋白質(zhì)結(jié)合，經(jīng)過(guò)多層次反復(fù)折疊，壓縮近10 000倍后，以染色體形式存在于平均直徑為5μm的細(xì)胞核中。線(xiàn)性雙螺旋DNA折疊的第一層次是形成核小體(nucleosome)。猶如一串念珠，核小體由直徑為11nm×5.5nm的組蛋白核心和盤(pán)繞在核心上的DNA構(gòu)成。核心由組蛋白H2A、H2B、H3和H4各2分子組成，為八聚體，146 bp長(zhǎng)的DNA以左手螺旋盤(pán)繞在組蛋白的核心1.75圈，形成核小體的核心顆粒，各核心顆粒間有一個(gè)連接區(qū)，約有60 bp雙螺旋DNA和1個(gè)分子組蛋白H1構(gòu)成。平均每個(gè)核小體重復(fù)單位約占DNA 200 bp。DNA組裝成核小體其長(zhǎng)度約縮短7倍。在此基礎(chǔ)上核小體又進(jìn)一步盤(pán)繞折疊，最后形成染色體。

(四)DNA結(jié)構(gòu)的多態(tài)性

Watson和Crick所推導(dǎo)出來(lái)的DNA結(jié)構(gòu)在生物學(xué)研究中有深遠(yuǎn)意義。他們是以在生理鹽溶液中抽出的DNA纖維在92%相對(duì)溫度下進(jìn)行X-射線(xiàn)衍射圖譜為依據(jù)進(jìn)行推設(shè)的。在這一條件下得出的DNA稱(chēng)B構(gòu)象。實(shí)際上在溶液中的DNA的確呈這一構(gòu)象，這也是最常見(jiàn)的DNA構(gòu)象。但是，研究表明DNA的結(jié)構(gòu)是動(dòng)態(tài)的。在以鈉、鉀或銫作反離子，相對(duì)溫度為75%時(shí)，DNA分子的X-射線(xiàn)衍射圖給出的是A構(gòu)象。這一構(gòu)象不僅出現(xiàn)于脫水DNA中，還出現(xiàn)在RNA分子中的雙螺旋區(qū)域的DNA-RNA雜交分子中。如果以鋰作反離子，相對(duì)溫度進(jìn)一步降為66%，則DNA是C構(gòu)象。但是這一構(gòu)象僅在實(shí)驗(yàn)室中觀(guān)察到，還未在生物體中發(fā)現(xiàn)。這些DNA分子中G-C堿基對(duì)較少，這些分子將取D和E構(gòu)象。這些研究表明DNA的分子結(jié)構(gòu)不是一成不變的，在不同的條件下可以有所不同。但是，這些不同構(gòu)象的DNA都有共同的一點(diǎn)，即它們都是右手雙螺旋；兩條反向平行的核苷酸鏈通過(guò)Watson-Crick堿基配對(duì)結(jié)合在一起；鏈的重復(fù)單位是單核苷酸；這些螺旋中都有兩個(gè)螺旋溝，分為大溝與小溝，只是它們的寬窄和深淺程度有所不同。

但是，Wang和Rich等人在研究人工合成的CGCGCG單晶的X-射線(xiàn)衍射圖譜時(shí)分別發(fā)現(xiàn)這種六聚體的構(gòu)象與上面講到的完全不同。它是左手雙螺旋，在主鏈中各個(gè)磷酸根呈鋸齒狀排列，有如"之"字形一樣，因此叫它Z構(gòu)象(英文字Zigzag的第一個(gè)字母)。還有，這一構(gòu)象中的重復(fù)單位是二核苷酸而不是單核苷酸；而且Z-DNA只有一個(gè)螺旋溝，它相當(dāng)于B構(gòu)象中的小溝，它狹而深，大溝則不復(fù)存在。

立即就有幾個(gè)問(wèn)題被提了出來(lái)：這種結(jié)構(gòu)是怎樣生成的？這一結(jié)構(gòu)在天然狀態(tài)下存在嗎？它有什么生物學(xué)意義？

研究表明，Z-DNA的形成是DNA單鏈上出現(xiàn)嘌呤與嘧啶交替排列所成的。比如CGCGCGCG或者CACACACA。這種堿基排列方式會(huì)造成核苷酸的糖苷鍵的順式和反式構(gòu)象的交替存在。當(dāng)堿基與糖構(gòu)成反式結(jié)構(gòu)時(shí)，它們之間離得遠(yuǎn)；而當(dāng)它們成順式時(shí)，就彼此接近。嘧啶糖苷鍵通常是反式的，而嘌呤糖苷酸鍵既可成順式的也可成反式的。而在Z-DNA中，嘌呤堿是順式的。這樣，在Z-DNA中嘧啶的糖苷鏈離開(kāi)小溝向外挑出，而嘌呤上的糖苷鍵則彎向小溝。嘌呤與嘧啶的交替排列就使得糖苷鍵也是順式與反式交替排列，從而使Z-DNA主鏈呈鋸齒狀或"之"字形。

人們相信，并用實(shí)驗(yàn)證明細(xì)胞DNA分子中確實(shí)存在有Z-DNA區(qū)。而且，細(xì)胞內(nèi)有一些因素可以促使B-DNA轉(zhuǎn)變?yōu)閆-DNA。比如，胞嘧啶第五位碳原子的甲基化，在甲基周?chē)纬删植康氖杷畢^(qū)。這一區(qū)域擴(kuò)伸到B-DNA的大溝中，使B-DNA不穩(wěn)定而轉(zhuǎn)變?yōu)閆-DNA。這種C5甲基化現(xiàn)象在真核生物中是常見(jiàn)的。因此在生物B構(gòu)象的DNA中某些區(qū)段具有Z-DNA構(gòu)象是可能的。DNA真是一個(gè)構(gòu)象可變動(dòng)態(tài)分子。

Z-DNA有會(huì)么生物學(xué)意義呢？應(yīng)當(dāng)指出Z-DNA的形成通常在熱力學(xué)上是不利的。因?yàn)閆-DNA中帶負(fù)電荷的磷酸根距離太近了，這會(huì)產(chǎn)物靜電排斥。但是，DNA鏈的局部不穩(wěn)定區(qū)的存在就成為潛在的解鏈位點(diǎn)。DNA解螺旋卻是DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄等過(guò)程中必要的環(huán)節(jié)，因此認(rèn)為這一結(jié)構(gòu)位點(diǎn)與基因調(diào)節(jié)有關(guān)。比如SV40增強(qiáng)子區(qū)中就有這種結(jié)構(gòu)，又如鼠類(lèi)微小病毒DNS復(fù)制區(qū)起始點(diǎn)附近有GC交替排列序列。此外，DNA螺旋上溝的特征在其信息表達(dá)過(guò)程中起關(guān)鍵作用。調(diào)控蛋白都是通過(guò)其分子上特定的氨基酸側(cè)鏈與DNA雙螺旋溝中的堿基對(duì)一側(cè)的氫原子供體或受體相互作用，形成氫鍵從而識(shí)別DNA上的遺傳信息的。大溝所帶的遺傳信息比小溝多。溝的寬窄和深淺也直接影響到調(diào)控蛋白質(zhì)對(duì)DNA信息的識(shí)別。Z-DNA中大溝消失，小溝狹而深，使調(diào)探蛋白識(shí)別方式也發(fā)生變化。這些都暗示Z-DNA的存在不僅僅是由于DNA中出現(xiàn)嘌呤-啶嘧交替排列之結(jié)果，也一定是在漫漫的進(jìn)化長(zhǎng)河中對(duì)DNA序列與結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整與篩選的結(jié)果，有其內(nèi)在而深刻的含意，只是人們還未充分認(rèn)識(shí)而已。

DNA構(gòu)象的可變性，或者說(shuō)DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的多態(tài)性的發(fā)現(xiàn)拓寬了人們的視野。原來(lái)，生物體中最為穩(wěn)定的遺傳物質(zhì)也可以采用不同的姿態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)其豐富多彩的生物的奧妙，也讓人們?cè)谶@一領(lǐng)域中探索和攀越時(shí)減少疲勞和厭倦，樂(lè)而忘返，從而有更多更新的發(fā)現(xiàn)。

多年來(lái)，DNA結(jié)構(gòu)的研究手段主要是X射線(xiàn)衍線(xiàn)技術(shù)，其結(jié)果是通過(guò)間接觀(guān)測(cè)多個(gè)DNA分子有關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)的平均值而獲得的。同時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)的樣品分析條件使被測(cè)DNA分子與天然狀態(tài)相差甚遠(yuǎn)。因此，在反映DNA結(jié)構(gòu)真實(shí)性方面這種方法存在著缺陷。1989年，應(yīng)用掃描隧道顯微鏡(STM)研究DNA結(jié)構(gòu)克服了上述技術(shù)的缺陷。這種先進(jìn)的顯微技術(shù)，不僅可將被測(cè)物放大500萬(wàn)倍，且能直接觀(guān)測(cè)接近天然條件下單個(gè)DNA分子的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。應(yīng)該說(shuō)它所取得的DNA結(jié)構(gòu)資料更具有"權(quán)威性"。表1-6是STM測(cè)到的B-DNA結(jié)構(gòu)參數(shù)及其與X射線(xiàn)衍線(xiàn)資料的比較結(jié)果。STM研究還證實(shí)了d(CG)重復(fù)序列的寡核苷酸片段為Z-DNA結(jié)構(gòu)的事實(shí)。STM技術(shù)的應(yīng)用是DNA結(jié)構(gòu)研究中的重要進(jìn)展，可望在探索DNA結(jié)構(gòu)的某些未知點(diǎn)上展示巨大潛力。

(一)基因(gene)的現(xiàn)代分子生物學(xué)概念是指能編碼有功能的蛋白質(zhì)多肽鏈或合成RNA所必需的全部核酸序列，是核酸分子的功能單位。一個(gè)基因通常包括編碼蛋白質(zhì)多肽鏈或RNA的編碼序列，保證轉(zhuǎn)錄和加工所必需的調(diào)控序列和5'端、3'端非編碼序列。另外在真核生物基因中還有內(nèi)含子等核酸序列。

(二)基因組(genome)是指一個(gè)細(xì)胞或病毒所有基因及間隔序列，儲(chǔ)存了一個(gè)物種所有的遺傳信息。在病毒中通常是一個(gè)核酸分子的堿基序列，單細(xì)胞原核生物是它僅有的一條染色體的堿基序列，而多細(xì)胞真核生物是一個(gè)單倍體細(xì)胞內(nèi)所有的染色體。如人單倍體細(xì)胞的23條染色體的堿基序列。多細(xì)胞真核生物起源于同一個(gè)受精卵，其每個(gè)體細(xì)胞的基因組都是相同的。

在高等真核生物中基因序列占整個(gè)基因組不到10%，大部分是非編碼的間隔序列。人類(lèi)基因組研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)在人的基因組中與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的基因只占整個(gè)基因組2 %。真核生物基因組的最大的特點(diǎn)是出現(xiàn)分隔開(kāi)的基因，在這類(lèi)基因中有編碼作用的序列稱(chēng)外顯子(exon)，沒(méi)有編碼作用的序列稱(chēng)內(nèi)含子(intron)，它們彼此間隔排列。

絕大部分RNA分子都是線(xiàn)狀單鏈，但是RNA分子的某些區(qū)域可自身回折進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對(duì)，形成局部雙螺旋。在RNA局部雙螺旋中A與U配對(duì)、G與C配對(duì)，除此以外，還存在非標(biāo)準(zhǔn)配對(duì)，如G與U配對(duì)。RNA分子中的雙螺旋與A型DNA雙螺旋相似，而非互補(bǔ)區(qū)則膨脹形成凸出(bulge)或者環(huán)(loop)，這種短的雙螺旋區(qū)域和環(huán)稱(chēng)為發(fā)夾結(jié)構(gòu)(hairpin)。發(fā)夾結(jié)構(gòu)是RNA中最普通的二級(jí)結(jié)構(gòu)形式，二級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步折疊形成三級(jí)結(jié)構(gòu)，RNA只有在具有三級(jí)結(jié)構(gòu)時(shí)才能成為有活性的分子。RNA也能與蛋白質(zhì)形成核蛋白復(fù)合物，RNA的四級(jí)結(jié)構(gòu)是RNA與蛋白質(zhì)的相互作用。

(一) tRNA的結(jié)構(gòu)

tRNA約占總RNA的15%，tRNA主要的生理功能是在蛋白質(zhì)生物合成中轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸和識(shí)別密碼子，細(xì)胞內(nèi)每種氨基酸都有其相應(yīng)的一種或幾種tRNA，因此tRNA的種類(lèi)很多，在細(xì)菌中約有30~40種tRNA，在動(dòng)物和植物中約有50~100種tRNA。 1. tRNA一級(jí)結(jié)構(gòu)：

tRNA是單鏈分子，含73~93核苷酸，分子質(zhì)量為24 000~31 000，沉降系數(shù)4S。含有10%的稀有堿基。如二氫尿嘧啶(DHU)、核糖胸腺嘧啶(rT)和假尿苷(ψ)以及不少堿基被甲基化，其3'端為CCA-OH，5'端多為pG，分子中大約30%的堿基是不變的或半不變的，也就是說(shuō)它們的堿基類(lèi)型是保守的。

2. tRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)： tRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)為三葉草型(如右圖)。配對(duì)堿基形成局部雙螺旋而構(gòu)成臂，不配對(duì)的單鏈部分則形成環(huán)。三葉草型結(jié)構(gòu)由4臂4環(huán)組成。氨基酸臂由7對(duì)堿基組成，雙螺旋區(qū)的3'末端為一個(gè)4個(gè)堿基的單鏈區(qū)-NCCA-OH 3'，腺苷酸殘基的羥基可與氨基酸α羧基結(jié)合而攜帶氨基酸。二氫尿嘧啶環(huán)以含有2個(gè)稀有堿基二氫尿嘧啶(DHU)而得名，不同tRNA其大小并不恒定，在8~14個(gè)堿基之間變動(dòng)，二氫尿嘧啶臂一般由3~4對(duì)堿基組成。反密碼環(huán)由7個(gè)堿基組成，大小相對(duì)恒定，其中3個(gè)核苷酸組成反密碼子(anticodon)，在蛋白質(zhì)生物合成時(shí)，可與mRNA上相應(yīng)的密碼子配對(duì)。反密碼臂由5對(duì)堿基組成。額外環(huán)在不同tRNA分子中變化較大可在4~21個(gè)堿基之間變動(dòng)，又稱(chēng)為可變環(huán)，其大小往往是tRNA分類(lèi)的重要指標(biāo)。TψC環(huán)含有7個(gè)堿基，大小相對(duì)恒定，幾乎所有的tRNA在此環(huán)中都含TψC序列，TψC臂由5對(duì)堿基組成。

3. tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)：

二十世紀(jì)七十年代初科學(xué)家用X線(xiàn)射衍技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)為倒L形(如右圖)。tRNA三級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是氨基酸臂與TψC臂構(gòu)成L的一橫，-CCAOH3'末端就在這一橫的端點(diǎn)上，是結(jié)合氨基酸的部位，而二氫尿嘧啶臂與反密碼臂及反密碼環(huán)共同構(gòu)成L的一豎，反密碼環(huán)在一豎的端點(diǎn)上，能與mRNA上對(duì)應(yīng)的密碼子識(shí)別，二氫尿嘧啶環(huán)與TψC環(huán)在L的拐角上。形成三級(jí)結(jié)構(gòu)的很多氫鍵與tRNA中不變的核苷酸密切有關(guān)，這就使得各種tRNA三級(jí)結(jié)構(gòu)都呈倒L形的。在tRNA中堿基堆積力是穩(wěn)定tRNA構(gòu)型的主要因素。

(二)mRNA

原核生物中mRNA轉(zhuǎn)錄后一般不需加工，直接進(jìn)行蛋白質(zhì)翻譯。mRNA轉(zhuǎn)錄和翻譯不僅發(fā)生在同一細(xì)胞空間，而且這兩個(gè)過(guò)程幾乎是同時(shí)進(jìn)行的。真核細(xì)胞成熟mRNA是由其前體核內(nèi)不均一RNA(heterogeneous nuclear RNA，hnRNA)剪接并經(jīng)修飾后才能進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中參與蛋白質(zhì)合成。所以真核細(xì)胞mRNA的合成和表達(dá)發(fā)生在不同的空間和時(shí)間。mRNA的結(jié)構(gòu)在原核生物中和真核生物中差別很大。下面分別作一介紹：

1. 原核生物mRNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

原核生物的mRNA結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，往往含有幾個(gè)功能上相關(guān)的蛋白質(zhì)的編碼序列，可翻譯出幾種蛋白質(zhì)，為多順?lè)醋?。在原核生物mRNA中編碼序列之間有間隔序列，可能與核糖體的識(shí)別和結(jié)合有關(guān)。在5'端與3'端有與翻譯起始和終止有關(guān)的非編碼序列，原核生物mRNA中沒(méi)有修飾堿基，5'端沒(méi)有帽子結(jié)構(gòu)，3'端沒(méi)有多聚腺苷酸的尾巴(polyadenylate tail，polyA尾巴)。原核生物的mRNA的半衰期比真核生物的要短得多，轉(zhuǎn)錄后1min，mRNA降解就開(kāi)始。

2. 真核生物mRNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

真核生物mRNA為單順?lè)醋咏Y(jié)構(gòu)，即一個(gè)mRNA分子只包含一條多肽鏈的信息。在真核生物成熟的mRNA中5'端有m7GpppN的帽子結(jié)構(gòu)，帽子結(jié)構(gòu)可保護(hù)mRNA不被核酸外切酶水解，并且能與帽結(jié)合蛋白結(jié)合識(shí)別核糖體并與之結(jié)合，與翻譯起始有關(guān)。3'端有polyA尾巴，其長(zhǎng)度為20~250個(gè)腺苷酸，其功能可能與mRNA的穩(wěn)定性有關(guān)，少數(shù)成熟mRNA沒(méi)有polyA尾巴，如組蛋白mRNA，它們的半衰期通常較短。

(三)rRNA的結(jié)構(gòu)

rRNA占細(xì)胞總RNA的80%左右，rRNA分子為單鏈，局部有雙螺旋區(qū)域具有復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，原核生物主要的rRNA有三種，即5S、16S和23S rRNA，如大腸桿菌的這三種rRNA分別由120、1542和2904個(gè)核苷酸組成。真核生物則有4種，即5S、5.8S、18S和28S rRNA，如小鼠，它們相應(yīng)含121、158、1874和4718個(gè)核苷酸。rRNA分子作為骨架與多種核糖體蛋白(ribosomal protein)裝配成核糖體。

所有生物體的核糖體都由大小不同的兩個(gè)亞基所組成。原核生物核糖體為70S，由50S和30S兩個(gè)大小亞基組成。30S小亞基含16S的rRNA和21種蛋白質(zhì)，50S大亞基含23S和5S兩種rRNA及34種蛋白質(zhì)。真核生物核糖體為80S，是由60S和40S兩個(gè)大小亞基組成。40S的小亞基含18S rRNA及33種蛋白質(zhì)，60S大亞基則由28S、5.8S和5S 3種rRNA及49種蛋白質(zhì)組成。

(四)其他RNA分子

20世紀(jì)80年代以后由于新技術(shù)不斷產(chǎn)生，人們發(fā)現(xiàn)RNA有許多新的功能和新的RNA基因。細(xì)胞核內(nèi)小分子RNA(small nuclear RNA，snRNA)是細(xì)胞核內(nèi)核蛋白顆粒(Small nuclear ribonucleoprotein particles，snRNPs)的組成成分，參與mRNA前體的剪接以及成熟的mRNA由核內(nèi)向胞漿中轉(zhuǎn)運(yùn)的過(guò)程。核仁小分子RNA(small nucleolar RNA，snoRNA)是類(lèi)新的核酸調(diào)控分子， 參與rRNA前體的加工以及核糖體亞基的裝配。胞質(zhì)小分子RNA(small cytosol RNA， scRNA)的種類(lèi)很多，其中7S LRNA與蛋白質(zhì)一起組成信號(hào)識(shí)別顆粒(signal recognition particle，SRP)，SRP參與分泌性蛋白質(zhì)的合成，反義RNA(antisense RNA)由于它們可以與特異的mRNA序列互補(bǔ)配對(duì)，阻斷mRNA翻譯，能調(diào)節(jié)基因表達(dá)。核酶是具有催化活性的RNA分子或RNA片段。在醫(yī)學(xué)研究中已設(shè)計(jì)了針對(duì)病毒的致病基因mRNA的核酶，抑制其蛋白質(zhì)的生物合成，為基因治療開(kāi)辟新的途徑，核酶的發(fā)現(xiàn)也推動(dòng)了生物起源的研究。微RNA(microRNA，miRNA)是一種具有莖環(huán)結(jié)構(gòu)的非編碼RNA，長(zhǎng)度一般為20-24個(gè)核苷酸，在mRNA翻譯過(guò)程中起到開(kāi)關(guān)作用，它可以與靶mRNA結(jié)合，產(chǎn)生轉(zhuǎn)錄后基因沉默作用(post-transcriptional gene silencing，PTGS)，在一定條件下能釋放，這樣mRNA又能翻譯蛋白質(zhì)，由于miRNA的表達(dá)具有階段特異性和組織特異性，它們?cè)诨虮磉_(dá)調(diào)控和控制個(gè)體發(fā)育中起重要作用。

隨著基因組研究不斷深入，蛋白組學(xué)研究逐漸展開(kāi)，RNA的研究也取得了突破性的進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了許多新的RNA分子，人們逐漸認(rèn)識(shí)到DNA是攜帶遺傳信息分子，蛋白質(zhì)是執(zhí)行生物學(xué)功能分子，而RNA即是信息分子，又是功能分子。人類(lèi)基因組研究結(jié)果表明，在人類(lèi)基因組中約有30000~40000個(gè)基因，其中與蛋白質(zhì)生物合成有關(guān)的基因只占整個(gè)基因組的2%，對(duì)不編碼蛋白質(zhì)的98%基因組的功能有待進(jìn)一步研究，為此20世紀(jì)末科學(xué)家在提出蛋白質(zhì)組學(xué)后，又提出RNA組學(xué)。RNA組是研究細(xì)胞的全部RNA基因和RNA的分子結(jié)構(gòu)與功能。

核酸同蛋白質(zhì)一樣，也是生物大分子。核酸的相對(duì)分子質(zhì)量很大，一般是幾十萬(wàn)至幾百萬(wàn)。核酸水解后得到許多核苷酸，實(shí)驗(yàn)證明，核苷酸是組成核酸的基本單位，即組成核酸分子的單體。一個(gè)核苷酸分子是由一分子含氮的堿基、一分子五碳糖和一分子磷酸組成的。根據(jù)五碳糖的不同可以將核苷酸分為脫氧核糖核苷酸和核糖核苷酸。

核酸大分子可分為兩類(lèi)：脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)，在蛋白質(zhì)的復(fù)制和合成中起著儲(chǔ)存和傳遞遺傳信息的作用。核酸不僅是基本的遺傳物質(zhì)，而且在蛋白質(zhì)的生物合成上也占重要位置，因而在生長(zhǎng)、遺傳、變異等一系列重大生命現(xiàn)象中起決定性的作用。

(1)五碳糖--DNA是脫氧核糖；RNA是核糖。

(2)堿基--DNA是A、T、C、G(不含U)；RNA是A、U、C、G(不含T)。

(3)DNA通常是雙螺旋結(jié)構(gòu)；RNA通常是單鏈，局部可形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。

核酸在實(shí)踐應(yīng)用方面有極重要的作用，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)近2000種遺傳性疾病都和DNA結(jié)構(gòu)有關(guān)。如人類(lèi)鐮刀形紅血細(xì)胞貧血癥是由于患者的血紅蛋白分子中一個(gè)氨基酸的遺傳密碼發(fā)生了改變，白化病患者則是DNA分子上缺乏產(chǎn)生促黑色素生成的酪氨酸酶的基因所致。腫瘤的發(fā)生、病毒的感染、射線(xiàn)對(duì)機(jī)體的作用等都與核酸有關(guān)。70年代以來(lái)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(chuàng)造出新型的生物品種。如應(yīng)用遺傳工程方法已能使大腸桿菌產(chǎn)生胰島素、干擾素等珍貴的生化藥物。

從前面的描述我們也可以看得很清楚，核酸氧化分解后變成了磷酸和堿基的嘌呤和嘧啶，嘌呤也是導(dǎo)致人類(lèi)尿酸增高和痛風(fēng)的主要原因。

核酸氧化分解-生成嘌呤-嘌呤在肝臟進(jìn)一步氧化成為(2，6，8-三氧嘌呤)又稱(chēng)為尿酸，尿酸鹽沉積到關(guān)節(jié)腔等組織引起痛風(fēng)發(fā)作。

因此，核酸不是越多越好，同時(shí)，這也說(shuō)明了為什么中老年易患痛風(fēng)，因?yàn)槟昙o(jì)大了，大量的細(xì)胞死亡，而細(xì)胞內(nèi)有大量的核酸，生成嘌呤，再生成尿酸，從而導(dǎo)致痛風(fēng)發(fā)作。防治好痛風(fēng)就是要防止核酸被氧化。

①酸效應(yīng)：在強(qiáng)酸和高溫，核酸完全水解為堿基，核糖或脫氧核糖和磷酸。在濃度略稀的的無(wú)機(jī)酸中，最易水解的化學(xué)鍵被選擇性的斷裂，一般為連接嘌呤和核糖的糖苷鍵，從而產(chǎn)生脫嘌呤核酸。

②堿效應(yīng)

1. DNA：當(dāng)PH值超出生理范圍(pH7~8)時(shí)，對(duì)DNA結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生更為微妙的影響。堿效應(yīng)使堿基的互變異構(gòu)態(tài)發(fā)生變化。這種變化影響到特定堿基間的氫鍵作用，結(jié)果導(dǎo)致DNA雙鏈的解離，稱(chēng)為DNA的變性

2.RNA：PH較高時(shí)，同樣的變性發(fā)生在RNA的螺旋區(qū)域中，但通常被RNA的堿性水解所掩蓋。這是因?yàn)镽NA存在的2`-OH參與到對(duì)磷酸脂鍵中磷酸分子的分子內(nèi)攻擊，從而導(dǎo)致RNA的斷裂。

③化學(xué)變性：一些化學(xué)物質(zhì)能夠使DNA/RNA在中性PH下變性。由堆積的疏水堿基形成的核酸二級(jí)結(jié)構(gòu)在能量上的穩(wěn)定性被削弱，則核酸變性。

①黏性：DNA的高軸比等性質(zhì)使得其水溶液具有高黏性，很長(zhǎng)的DNA分子又易于被機(jī)械力或超聲波損傷，同時(shí)黏度下降。

② 浮力密度：可根據(jù)DNA的密度對(duì)其進(jìn)行純化和分析。在高濃度分子質(zhì)量的鹽溶液(CsCl)中，DNA具有與溶液大致相同的密度，將溶液高速離心，則CsCl趨于沉降于底部，從而建立密度梯度，而DNA最終沉降于其浮力密度相應(yīng)的位置，形成狹帶，這種技術(shù)成為平衡密度梯度離心或等密度梯度離心。

③穩(wěn)定性：核酸的結(jié)構(gòu)相當(dāng)穩(wěn)定，其主要原因有1、堿基對(duì)間的氫鍵2、堿基的堆積作用3、環(huán)境中的陽(yáng)離子。

①減色性：dsDNA相對(duì)于ssDNA是減色的，而ssDNA相對(duì)于dsDNA是增色的。

② DNA純度：A260/A280。

①熱變性：dsDNA與RNA的熱力學(xué)表現(xiàn)不同，隨著溫度的升高RNA中雙鏈部分的堿基堆積會(huì)逐漸地減少，其吸光性值也逐漸地，不規(guī)則地增大。較短的堿基配對(duì)區(qū)域具有更高的熱力學(xué)活性，因而與較長(zhǎng)的區(qū)域相比變性快。而dsDNA熱變性是一個(gè)協(xié)同過(guò)程。分子末端以及內(nèi)部更為活躍的富含A-T的區(qū)域的變性將會(huì)使其赴京的螺旋變得不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致整個(gè)分子結(jié)構(gòu)在解鏈溫度下共同變性。

② 復(fù)性：DNA的熱變性可通過(guò)冷卻溶液的方法復(fù)原。不同核酸鏈之間的互補(bǔ)部分的復(fù)性稱(chēng)為雜交。

一般來(lái)說(shuō)，進(jìn)化程度高的生物DNA分子應(yīng)越大，能貯存更多遺傳信息。但進(jìn)化的復(fù)雜程度與DNA大小并不完全一致，如哺乳類(lèi)動(dòng)物DNA約為3×10 bp，但有些兩棲類(lèi)動(dòng)物、南美肺魚(yú)DNA大小可達(dá)1010bp到1011bp。

常用測(cè)定DNA分子大小的方法有電泳法、離心法。凝膠電泳是當(dāng)前研究核酸的最常用方法，凝膠電泳有瓊脂糖(agarose)凝膠電泳和聚丙烯酰胺(polyacrylamide)凝膠電泳。

DNA和RNA中的糖苷鍵與磷酸酯鍵都能用化學(xué)法和酶法水解。在很低pH條件下DNA和RNA都會(huì)發(fā)生磷酸二酯鍵水解。并且堿基和核糖之間的糖苷鍵更易被水解，其中嘌呤堿的糖苷鍵比嘧啶堿的糖苷鍵對(duì)酸更不穩(wěn)定。在高pH時(shí)，RNA的磷酸酯鍵易被水解，而DNA的磷酸酯鍵不易被水解。

水解核酸的酶有很多種，若按底物專(zhuān)一性分類(lèi)，作用于RNA的稱(chēng)為核糖核酸酶(ribonuclease，RNase)，作用于DNA的則稱(chēng)為脫氧核糖核酸酶(deoxyribonuclease，DNase)。按對(duì)底物作用方式分類(lèi)，可分核酸內(nèi)切酶(endonuclease)與核酸外切酶(exonuclease)。核酸內(nèi)切酶的作用是在多核苷酸內(nèi)部的3'，5'磷酸二酯鍵，有些內(nèi)切酶能識(shí)別DNA雙鏈上特異序列并水解有關(guān)的3'，5'磷酸二酯鍵。核酸內(nèi)切酶是非常重要的工具酶，在基因工程中有廣泛用途。而核酸外切酶只對(duì)核酸末端的3'，5'磷酸二酯鍵有作用，將核苷酸一個(gè)一個(gè)切下，可分為5'→3'外切酶，與3'→5'外切酶。

在一定理化因素作用下，核酸雙螺旋等空間結(jié)構(gòu)中堿基之間的氫鍵斷裂，變成單鏈的現(xiàn)象稱(chēng)為變性(denaturation)。引起核酸變性的常見(jiàn)理化因素有加熱、酸、堿、尿素和甲酰胺等。在變性過(guò)程中，核酸的空間構(gòu)象被破壞，理化性質(zhì)發(fā)生改變。由于雙螺旋分子內(nèi)部的堿基暴露，其A260值會(huì)大大增加。A260值的增加與解鏈程度有一定比例關(guān)系，這種關(guān)系稱(chēng)為增色效應(yīng)(hyperchromic effect)。如果緩慢加熱DNA溶液，并在不同溫度測(cè)定其A260值，可得到"S"形DNA熔化曲線(xiàn)(melting curve)。從DNA熔化曲線(xiàn)可見(jiàn)DNA變性作用是在一個(gè)相當(dāng)窄的溫度內(nèi)完成的。

當(dāng)A260值開(kāi)始上升前DNA是雙螺旋結(jié)構(gòu)，在上升區(qū)域分子中的部分堿基對(duì)開(kāi)始斷裂，其數(shù)值隨溫度的升高而增加，在上部平坦的初始部分尚有少量堿基對(duì)使兩條鏈還結(jié)合在一起，這種狀態(tài)一直維持到臨界溫度，此時(shí)DNA分子最后一個(gè)堿基對(duì)斷開(kāi)，兩條互補(bǔ)鏈徹底分離。通常把加熱變性時(shí)DNA溶液A260升高達(dá)到最大值一半時(shí)的溫度稱(chēng)為該DNA的熔解溫度(melting temperature Tm)，Tm是研究核酸變性很有用的參數(shù)。Tm一般在85~95℃之間，Tm值與DNA分子中G C含量成正比。

變性DNA在適當(dāng)條件下，可使兩條分開(kāi)的單鏈重新形成雙螺旋DNA的過(guò)程稱(chēng)為復(fù)性(renaturation)。當(dāng)熱變性的DNA經(jīng)緩慢冷卻后復(fù)性稱(chēng)為退火(annealing)。DNA復(fù)性是非常復(fù)雜的過(guò)程，影響DNA復(fù)性速度的因素很多：DNA濃度高，復(fù)性快；DNA分子大復(fù)性慢；高溫會(huì)使DNA變性，而溫度過(guò)低可使誤配對(duì)不能分離等等。最佳的復(fù)性溫度為T(mén)m減去25℃，一般在60℃左右。離子強(qiáng)度一般在0.4mol/L以上。

具有互補(bǔ)序列的不同來(lái)源的單鏈核酸分子，按堿基配對(duì)原則結(jié)合在一起稱(chēng)為雜交(hybridization)。雜交可發(fā)生在DNA-DNA、RNA-RNA和DNA-RNA之間。雜交是分子生物學(xué)研究中常用的技術(shù)之一，利用它可以分析基因組織的結(jié)構(gòu)，定位和基因表達(dá)等，常用的雜交方法有Southern印跡法，Northern印跡法和原位雜交(insitu hybridization)等。

核酸、蛋白質(zhì)誰(shuí)更"牛"？

一般人都知道，生命是蛋白質(zhì)存在的形式，蛋白質(zhì)是生命的基礎(chǔ)。在發(fā)現(xiàn)核酸前，這句話(huà)是對(duì)的，但當(dāng)核酸被發(fā)現(xiàn)后，應(yīng)該說(shuō)最本質(zhì)的生命物質(zhì)是核酸，或是把上述的這句話(huà)更正為蛋白體是生命的基礎(chǔ)。按照現(xiàn)代生物學(xué)的觀(guān)點(diǎn)，蛋白體是包括核酸和蛋白質(zhì)的生物大分子。

核酸在生命中為什么比蛋白質(zhì)更重要呢？因?yàn)樯闹匾允悄茏晕覐?fù)制，而核酸就能夠自我復(fù)制。蛋白質(zhì)的復(fù)制是根據(jù)核酸所發(fā)出的指令，使氨基酸根據(jù)其指定的種類(lèi)進(jìn)行合成，然后再按指定的順序排列成所需要復(fù)制的蛋白質(zhì)。世界上各種有生命的物質(zhì)都含有蛋白體，蛋 白體中有核酸和蛋白質(zhì)，至今還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有蛋白質(zhì)而沒(méi)有核酸的生命。但在有生命的病毒研究中，卻發(fā)現(xiàn)病毒以核酸為主體，蛋白質(zhì)和脂肪以及脂蛋白等只不過(guò)充作其外殼，作為與外界環(huán)境的界限而已，當(dāng)它鉆入寄生細(xì)胞繁殖子代時(shí)，把外殼留在細(xì)胞外，只有核酸進(jìn)入細(xì)胞內(nèi) ，并使細(xì)胞在核酸控制下為其合成子代的病毒。這種現(xiàn)象，美國(guó)科學(xué)家比喻為人和汽車(chē)的關(guān)系。即把核酸比為人，蛋白質(zhì)比作汽車(chē)，人駕駛汽車(chē)到處跑，外表上看，人車(chē)一體是有生命運(yùn)動(dòng)的東西，而真正的生命是人，汽車(chē)只是由人制造的載入的外殼。有一種類(lèi)病毒，是能繁殖子代的有生命物體，其中只有核酸而沒(méi)蛋白質(zhì)，可見(jiàn)核酸是真正的生命物質(zhì)。

因此中國(guó)1996年最新出版的《人體生理學(xué)》改變了舊教科書(shū)中只提蛋白質(zhì)是生命基礎(chǔ)的缺陷，明確提出："蛋白質(zhì)和核酸是一切生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。"

然而，多少年來(lái)，人們?cè)谝晃蹲非蟮鞍踪|(zhì)、維生素、微量元素等營(yíng)養(yǎng)時(shí)，卻把最重要的角色--核酸忘卻了，這不能不說(shuō)是人類(lèi)生命史上的一大遺憾。

沒(méi)有核酸，就沒(méi)有蛋白，也就沒(méi)有生命。

核酸也稱(chēng)多聚核苷酸，是由許多個(gè)核苷酸聚合而成的生物大分子，核苷酸是由含氮的堿基、核糖或脫氧核糖、磷酸三種分子連接而成。堿基與糖通過(guò)糖苷鍵連接成核苷，核苷與磷酸以酯鍵連接成核苷酸。核苷酸是生物體內(nèi)一類(lèi)重要含氮化合物，是各種核酸的基本組成單位。根據(jù)核酸所含戊糖的不同，可分為核糖核酸(RNA)和脫氧核糖核酸(DNA)二種。

核酸不但是一切生物細(xì)胞的基本成分，還對(duì)生物體的生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖、遺傳及變異等重大生命現(xiàn)象起主宰作用。它在生物科學(xué)的地位，可用"沒(méi)有核酸就沒(méi)有生命"這句話(huà)來(lái)概括。

飲食核酸的營(yíng)養(yǎng)保健作用如下：

1.飲食核酸與免疫 '

從核酸對(duì)機(jī)體各系統(tǒng)的影響來(lái)看，免疫系統(tǒng)是最敏感也是最直接受影響的系統(tǒng)。1985年科學(xué)家就證實(shí)無(wú)核酸飲食或低核酸飲食配方飼喂的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，其細(xì)胞免疫功能低下，條件致病菌就可使其感染。無(wú)核酸飲食致使T淋巴細(xì)胞發(fā)育障礙、功能低下，而沒(méi)有細(xì)胞免疫反應(yīng)的發(fā)生，同時(shí)影響T細(xì)胞依賴(lài)的體液免疫的產(chǎn)生；補(bǔ)充核酸營(yíng)養(yǎng)后可恢復(fù)免疫系統(tǒng)的發(fā)育和免疫功能。實(shí)驗(yàn)表明，核酸是維持機(jī)體正常免疫功能和免疫系統(tǒng)生長(zhǎng)代謝的必需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

2.飲食核酸與衰老和內(nèi)分泌

衰老是機(jī)體各組織器官的退行性變化，關(guān)于衰老發(fā)生機(jī)制的學(xué)說(shuō)很多，如自由基學(xué)說(shuō)、免疫學(xué)說(shuō)、內(nèi)分泌學(xué)說(shuō)、遺傳學(xué)說(shuō)等。脂質(zhì)過(guò)氧化隨年齡增大而增高，并伴有酶與非酶系統(tǒng)防御功能下降，導(dǎo)致體內(nèi)自由基濃度升高。代謝性、退行性疾病的發(fā)生和發(fā)展與體內(nèi)過(guò)氧化脂質(zhì)含量高度正相關(guān)。飲食核酸能增加血漿單不飽和脂肪酸和co-3、¨6系列多不飽和脂肪酸的含量，多不飽和脂肪酸的增加可提高機(jī)體對(duì)抗自由基的能力。飲食核酸作為使遺傳物質(zhì)活潑代謝的原料，具有極強(qiáng)的抗生物氧化、消除體內(nèi)自由基和全面增強(qiáng)免疫功能及性激素分泌的作用，因此在延緩衰老方面優(yōu)勢(shì)顯著。

3.飲食核酸與增殖細(xì)胞

飲食中補(bǔ)加核酸有助于肝臟再生和受損傷的小腸恢復(fù)功能。有無(wú)核酸飲食對(duì)比研究證明，一段時(shí)期內(nèi)膳食中如缺乏核酸，將對(duì)大鼠肝臟的超微結(jié)構(gòu)及功能造成不良影響，提示飲食核酸是維持肝臟處于正常生理狀態(tài)的必需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。血液中的紅細(xì)胞、白細(xì)胞、血小板和血漿蛋白等也都是代謝較快的增殖細(xì)胞系，加之它們中的大多數(shù)均無(wú)從頭合成核酸的能力，因此它們的代謝和功能也都需要充足的核酸營(yíng)養(yǎng)。再生障礙性貧血和抗癌藥物、放療、化療等引起的貧血，即缺鐵性貧血之外的貧血均需補(bǔ)充核酸營(yíng)養(yǎng)，以改善骨髓造血功能和血液成分的代謝活力。

4.飲食核酸與癌癥

人體每日約有數(shù)百萬(wàn)個(gè)癌狀細(xì)胞出現(xiàn)，它們幾乎全部被機(jī)體的免疫監(jiān)視系統(tǒng)和核酸、維生素等食物成分，在形成大的癌細(xì)胞克隆前排除掉。因此在日常生活中盡量避免致癌因子的作用，增加核酸等防癌因素的作用非常必要。

5.飲食核酸與癡呆等神經(jīng)障礙

食物核酸提取物對(duì)癡呆癥狀的改善非常令人鼓舞。在大鼠實(shí)驗(yàn)中，如給大鼠腦注射RNA合成阻斷劑，則所掌握的學(xué)習(xí)能力和記憶能力在5小時(shí)后喪失，但如在注射RNA合成阻斷劑的同時(shí)注射拮抗阻斷劑的物質(zhì)，這種記憶喪失就不發(fā)生。美國(guó)哈佛大學(xué)的研究也表明，老年癡呆患者腦內(nèi)神經(jīng)纖維變化多的部位，RNA和蛋白質(zhì)合成顯著減少，因此發(fā)生記憶障礙。

6.飲食核酸與循環(huán)系統(tǒng)

核酸營(yíng)養(yǎng)對(duì)循環(huán)系統(tǒng)的作用是抑制過(guò)氧化脂質(zhì)的形成，抑制膽固醇的生成，擴(kuò)張血管，改善血流，糾正心肌代償不良，促進(jìn)血管壁再生，抑制血小板凝集i因此核酸被認(rèn)為對(duì)腦血栓、心肌梗死、高血壓和動(dòng)脈粥樣硬化癥有較好的營(yíng)養(yǎng)保健作用。

7、飲食核酸與糖尿病

非胰島素依賴(lài)性糖尿病與生活方式和運(yùn)動(dòng)不足關(guān)系密切，如果在普通的飲食療法的基礎(chǔ)上，再加上核酸飲食，將收到更好的效果。其原因：一是糖尿病患者血清中過(guò)氧化脂質(zhì)增多，核酸及其代謝產(chǎn)物對(duì)其具有較強(qiáng)的清除作用；二是由于核酸的促細(xì)胞(包括促胰臟的胰島素分泌細(xì)胞)代謝功能。除此之外，核酸的代謝產(chǎn)物腺苷還有抑制糖的分解作用，使糖在小腸內(nèi)的吸收減緩。

除上述作用外，飲食核酸還有以下作用：減肥，提高機(jī)體對(duì)環(huán)境變化的耐受力，顯著的抗疲勞、增強(qiáng)機(jī)體對(duì)冷熱的抵抗力、促進(jìn)攝人氧氣的利用，促進(jìn)小鼠生殖系統(tǒng)的發(fā)育等。

對(duì)于嬰兒、迅速成長(zhǎng)期的孩子、老年體弱多病、全身感染、外傷手術(shù)者、肝功能不全以及白細(xì)胞、T細(xì)胞、淋巴細(xì)胞降低人群等，可以額外補(bǔ)充核酸類(lèi)物質(zhì)。世界衛(wèi)生組織規(guī)定，每天膳食中核酸的量不大于2克，扣除食物中的核酸攝入量，每天補(bǔ)充小于1.5克核酸是合適的。

人工核酸治療白血病

日本工業(yè)技術(shù)院產(chǎn)業(yè)技術(shù)融合領(lǐng)域研究所已開(kāi)發(fā)出了治療白血病的人造核酸。這種人造核酸就像一把剪刀，可發(fā)現(xiàn)引起白血病的遺傳基因并將其剪除?？蒲行〗M的成員、東京大學(xué)研究生院教授多比良和誠(chéng)根據(jù)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為，這種人造核酸將來(lái)有望成為治療白血病的主要藥物。

這次研究的對(duì)象是慢性骨髓性白血病(MCL)，患者的異常遺傳因子是由兩個(gè)正常的遺傳因子連接而成的，新開(kāi)發(fā)的人造核酸可以發(fā)現(xiàn)這種變異遺傳基因并將其切斷?？茖W(xué)家過(guò)去也發(fā)現(xiàn)過(guò)能找到特定的遺傳因子序列并將其切斷的分子，但在切斷特定遺傳因子序列的同時(shí)往往對(duì)正常細(xì)胞造成傷害。而新開(kāi)發(fā)出的核酸只在發(fā)現(xiàn)異常遺傳因子時(shí)才被激活，平時(shí)則潛伏不動(dòng)。

科研小組用人體白血病細(xì)胞進(jìn)行了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。他們將可與人造核酸反應(yīng)的細(xì)胞和不可與人造核酸反應(yīng)的細(xì)胞分別注射到8只實(shí)驗(yàn)鼠的體內(nèi)。移植后第13周時(shí)，不與人造核酸反應(yīng)的細(xì)胞全部死亡，而與人造核酸反應(yīng)的細(xì)胞全部存活，證明人造核酸在生物體內(nèi)十分有效。

科研小組說(shuō)，此人造核酸的臨床應(yīng)用尚有諸多問(wèn)題要解決，將來(lái)很可能是把患者的骨髓細(xì)胞抽出來(lái)，經(jīng)人造核酸處理后，再把正常細(xì)胞的骨髓輸回患者體內(nèi)。

核酸的生物功能

核酸在生物體內(nèi)主要與蛋白質(zhì)合成核蛋白存在，它既是蛋白質(zhì)生物合成不可缺少的物質(zhì)，又是生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。

DNA主要存在于細(xì)胞核中，它們是遺傳信息的攜帶者，DNA的結(jié)構(gòu)決定生物合成蛋白質(zhì)的特定結(jié)構(gòu)，并保證這種遺傳特性傳給下一代。RNA主要存在于細(xì)胞質(zhì)中，它們是以DNA為模板而形成的，并且直接參加蛋白質(zhì)的生物合成過(guò)程。因此，DNA是RNA的模板，而RNA又是蛋白質(zhì)的模板。存在于DNA分子上的遺傳信息就是這樣由DNA傳遞給RNA，再傳遞給蛋白質(zhì)。通過(guò)DNA 復(fù)制，遺傳信息一代代傳下去，正因?yàn)橛羞@樣的功能，人們把核酸譽(yù)為"生命之源"和"生命之本"。

核酸的定量是分光光度計(jì)使用頻率最高的功能。可以定量溶于緩沖液的寡核苷酸，單鏈、雙鏈DNA，以及RNA。核酸的最高吸收峰的吸收波長(zhǎng)260 nm。每種核酸的分子構(gòu)成不一，因此其換算系數(shù)不同。定量不同類(lèi)型的核酸，事先要選擇對(duì)應(yīng)的系數(shù)。如:1OD 的吸光值分別相當(dāng)于50μg/ml的dsDNA，37μg/ml的ssDNA，40μg/ml的RNA，30μg/ml的Olig。測(cè)試后的吸光值經(jīng)過(guò)上述系數(shù)的換算，從而得出相應(yīng)的樣品濃度。測(cè)試前，選擇正確的程序，輸入原液和稀釋液的體積，爾后測(cè)試空白液和樣品液。然而，實(shí)驗(yàn)并非一帆風(fēng)順。讀數(shù)不穩(wěn)定可能是實(shí)驗(yàn)者最頭痛的問(wèn)題。靈敏度越高的儀器，表現(xiàn)出的吸光值漂移越大。

事實(shí)上，分光光度計(jì)的設(shè)計(jì)原理和工作原理，允許吸光值在一定范圍內(nèi)變化，即儀器有一定的準(zhǔn)確度和精確度。如Eppendorf Biophotometer的準(zhǔn)確度≤1.0%(1A)。這樣多次測(cè)試的結(jié)果在均值1.0%左右之間變動(dòng)，都是正常的。另外，還需考慮核酸本身物化性質(zhì)和溶解核酸的緩沖液的pH值，離子濃度等:在測(cè)試時(shí)，離子濃度太高，也會(huì)導(dǎo)致讀數(shù)漂移，因此建議使用pH值一定、離子濃度較低的緩沖液，如TE，可大大穩(wěn)定讀數(shù)。樣品的稀釋濃度同樣是不可忽視的因素:由于樣品中不可避免存在一些細(xì)小的顆粒，尤其是核酸樣品。這些小顆粒的存在干擾測(cè)試效果。為了最大程度減少顆粒對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，要求核酸吸光值至少大于0.1A，吸光值最好在0.1-1.5A。在此范圍內(nèi)，顆粒的干擾相對(duì)較小，結(jié)果穩(wěn)定。從而意味著樣品的濃度不能過(guò)低，或者過(guò)高(超過(guò)光度計(jì)的測(cè)試范圍)。最后是操作因素，如混合要充分，否則吸光值太低，甚至出現(xiàn)負(fù)值;混合液不能存在氣泡，空白液無(wú)懸浮物，否則讀數(shù)漂移劇烈;必須使用相同的比色杯測(cè)試空白液和樣品，否則濃度差異太大;換算系數(shù)和樣品濃度單位選擇一致

除了核酸濃度，分光光度計(jì)同時(shí)顯示幾個(gè)非常重要的比值表示樣品的純度，如A260/A280的比值，用于評(píng)估樣品的純度，因?yàn)榈鞍椎奈辗迨?80nm。純凈的樣品，比值大于1.8(DNA)或者2.0(RNA)。如果比值低于1.8 或者2.0，表示存在蛋白質(zhì)或者酚類(lèi)物質(zhì)的影響。A230表示樣品中存在一些污染物，如碳水化合物，多肽，苯酚等，較純凈的核酸A260/A230的比值大于2.0。A320檢測(cè)溶液的混濁度和其他干擾因子。

核酸的定量是分光光度計(jì)使用頻率最高的功能?？梢远咳苡诰彌_液的寡核苷酸，單鏈、雙鏈DNA，以及RNA。核酸的最高吸收峰的吸收波長(zhǎng)260 nm。每種核酸的分子構(gòu)成不一，因此其換算系數(shù)不同。定量不同類(lèi)型的核酸，事先要選擇對(duì)應(yīng)的系數(shù)。如:1OD 的吸光值分別相當(dāng)于50μg/ml的dsDNA，37μg/ml的ssDNA，40μg/ml的RNA，30μg/ml的Olig。測(cè)試后的吸光值經(jīng)過(guò)上述系數(shù)的換算，從而得出相應(yīng)的樣品濃度。測(cè)試前，選擇正確的程序，輸入原液和稀釋液的體積，爾后測(cè)試空白液和樣品液。然而，實(shí)驗(yàn)并非一帆風(fēng)順。讀數(shù)不穩(wěn)定可能是實(shí)驗(yàn)者最頭痛的問(wèn)題。靈敏度越高的儀器，表現(xiàn)出的吸光值漂移越大。

事實(shí)上，分光光度計(jì)的設(shè)計(jì)原理和工作原理，允許吸光值在一定范圍內(nèi)變化，即儀器有一定的準(zhǔn)確度和精確度。如Eppendorf Biophotometer的準(zhǔn)確度≤1.0%(1A)。這樣多次測(cè)試的結(jié)果在均值1.0%左右之間變動(dòng)，都是正常的。另外，還需考慮核酸本身物化性質(zhì)和溶解核酸的緩沖液的pH值，離子濃度等:在測(cè)試時(shí)，離子濃度太高，也會(huì)導(dǎo)致讀數(shù)漂移，因此建議使用pH值一定、離子濃度較低的緩沖液，如TE，可大大穩(wěn)定讀數(shù)。樣品的稀釋濃度同樣是不可忽視的因素:由于樣品中不可避免存在一些細(xì)小的顆粒，尤其是核酸樣品。這些小顆粒的存在干擾測(cè)試效果。為了最大程度減少顆粒對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，要求核酸吸光值至少大于0.1A，吸光值最好在0.1-1.5A。在此范圍內(nèi)，顆粒的干擾相對(duì)較小，結(jié)果穩(wěn)定。從而意味著樣品的濃度不能過(guò)低，或者過(guò)高(超過(guò)光度計(jì)的測(cè)試范圍)。最后是操作因素，如混合要充分，否則吸光值太低，甚至出現(xiàn)負(fù)值;混合液不能存在氣泡，空白液無(wú)懸浮物，否則讀數(shù)漂移劇烈;必須使用相同的比色杯測(cè)試空白液和樣品，否則濃度差異太大;換算系數(shù)和樣品濃度單位選擇一致;不能采用窗口磨損的比色杯;樣品的體積必須達(dá)到比色杯要求的最小體積等多個(gè)操作事項(xiàng)。

除了核酸濃度，分光光度計(jì)同時(shí)顯示幾個(gè)非常重要的比值表示樣品的純度，如A260/A280的比值，用于評(píng)估樣品的純度，因?yàn)榈鞍椎奈辗迨?80nm。純凈的樣品，比值大于1.8(DNA)或者2.0(RNA)。如果比值低于1.8 或者2.0，表示存在蛋白質(zhì)或者酚類(lèi)物質(zhì)的影響。A230表示樣品中存在一些污染物，如碳水化合物，多肽，苯酚等，較純凈的核酸A260/A230的比值大于2.0。A320檢測(cè)溶液的混濁度和其他干擾因子。純樣品，A320一般是0。