第三节 核酸

一、核酸

1.1 概念

1. 核酸：由核苷酸单体通过聚合形成的生物大分子，是生物体遗传信息的携带者。
2. 天然核酸根据所含戊糖不同，可分为：
   1. 脱氧核糖核酸，简称 DNA。
   2. 核糖核酸，简称 RNA。
3. 核酸的相对分子质量可达上百万。
4. 核酸在酶的作用下可以发生水解，水解过程可概括为：核酸 → 核苷酸 → 磷酸、戊糖、碱基。

{此处插入核酸知识图谱，概括核酸的组成、结构和生物功能}

1.2 组成

1. 核酸的组成元素主要有\(\ce{C}\)、\(\ce{H}\)、\(\ce{O}\)、\(\ce{N}\)、\(\ce{P}\)。
2. 核酸的基本组成单位是核苷酸。
3. 核苷酸由三部分组成：
   1. 磷酸。
   2. 戊糖。
   3. 含氮碱基。
4. 核苷酸根据戊糖种类不同，可分为：
   1. 脱氧核糖核苷酸。
   2. 核糖核苷酸。
5. 戊糖可以是核糖，也可以是脱氧核糖，二者都常以环状结构存在于核酸中。
6. 常见含氮碱基可简写为：
   1. 腺嘌呤 A。
   2. 鸟嘌呤 G。
   3. 胞嘧啶 C。
   4. 胸腺嘧啶 T。
   5. 尿嘧啶 U。
7. DNA 中的碱基主要为 A、G、C、T；RNA 中的碱基主要为 A、G、C、U。

{此处插入核酸水解产物和核苷酸组成示意图，重点观察磷酸、戊糖、碱基三部分}

二、核酸的形成

2.1 从小分子到核酸

核酸可以看作由磷酸、戊糖和碱基通过一定方式结合形成的生物大分子。

1. 戊糖与碱基结合可形成核苷。
2. 核苷与磷酸结合可形成核苷酸。
3. 多个核苷酸通过缩合聚合，可形成核酸。
4. 相应的逆过程为水解：
   1. 核酸水解生成核苷酸。
   2. 核苷酸继续水解生成磷酸、戊糖和碱基。

可用文字链表示为：

1. 磷酸 + 戊糖 + 碱基 → 核苷酸。
2. 核苷酸 → 核酸。
3. 核酸 → 核苷酸 → 磷酸、戊糖、碱基。

2.2 核苷酸之间的连接

1. 在核酸分子中，核苷酸之间通过磷酸二酯键连接成链。
2. 不同核苷酸按照一定顺序连接，形成很长的核酸链。
3. 与蛋白质类似，核酸也有一级结构、二级结构和三级结构。
4. 核酸的碱基排列顺序储存遗传信息。

三、核酸的结构

3.1 DNA 的结构

1. DNA 分子通常由两条多聚脱氧核苷酸链组成。
2. 两条链平行盘绕，形成双螺旋结构。
3. 每条链中，脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧。
4. 碱基排列在内侧。
5. 两条链上的碱基通过氢键相互作用形成碱基对。
6. DNA 中碱基配对遵循碱基互补配对原则：
   1. 腺嘌呤 A 与胸腺嘧啶 T 配对。
   2. 鸟嘌呤 G 与胞嘧啶 C 配对。

3.2 RNA 的结构

1. RNA 由核糖核苷酸连接而成。
2. RNA 分子一般由一条核糖核苷酸链构成，通常呈单链结构。
3. RNA 中含有核糖，不含脱氧核糖。
4. RNA 中含有尿嘧啶 U，一般不含胸腺嘧啶 T。

3.3 DNA 与 RNA 的比较

{此处插入 DNA 与 RNA 结构比较局部图，重点观察双螺旋、单链、碱基差异}

四、核酸的生物功能

4.1 核酸是遗传信息的载体

1. 核酸是生物体遗传信息的载体。
2. DNA 片段中特定的碱基排列顺序包含遗传信息，这样的 DNA 片段称为基因。
3. DNA 中的遗传信息通过复制可以传递给下一代。
4. DNA 还可以通过控制蛋白质合成来影响生物体的性状。

4.2 DNA 的复制

DNA 复制可概括为：

1. 亲代 DNA 分子的两条链解开。
2. 两条单链分别作为模板。
3. 游离的核苷酸按照碱基互补配对原则，与模板链上的碱基配对。
4. 在酶的作用下形成新的子链。
5. 最终形成两个与亲代 DNA 完全相同的子代 DNA 分子。

{此处插入 DNA 分子复制示意图，重点观察母链作模板和子链形成}

4.3 RNA 的作用

1. RNA 负责传递 DNA 携带的遗传信息。
2. RNA 参与遗传信息的翻译和表达。
3. RNA 在蛋白质合成过程中起重要作用。

4.4 核酸研究的意义

1. 有助于深入认识生命活动规律。
2. 有助于更好地利用生物资源。
3. 有助于提高疾病诊断和治疗水平。
4. 有助于促进医学、农业等领域的发展。
5. 聚合酶链反应是一种在生物体外扩增 DNA 片段的重要技术，可以使微量 DNA 扩增数百万倍，用于检测和获得相关生物学信息。

五、核酸相关判断

5.1 根据戊糖判断 DNA 与 RNA

1. 若核酸中含有脱氧核糖，则该核酸属于 DNA。
2. 若核酸中含有核糖，则该核酸属于 RNA。
3. 脱氧核糖和核糖是 DNA 与 RNA 组成上的重要区别。

5.2 根据碱基判断 DNA 与 RNA

1. 若核酸中含有胸腺嘧啶 T，通常可判断为 DNA。
2. 若核酸中含有尿嘧啶 U，通常可判断为 RNA。
3. DNA 中常见碱基为 A、G、C、T。
4. RNA 中常见碱基为 A、G、C、U。

5.3 根据结构判断 DNA 与 RNA

1. DNA 一般呈双螺旋结构。
2. RNA 一般呈单链结构。
3. 判断某个结构是不是核苷酸时，要看它是否同时含有磷酸、戊糖和碱基三部分。

5.4 核酸知识归纳

1. 核酸是一类生物大分子，基本单位是核苷酸。
2. 核苷酸由磷酸、戊糖和含氮碱基组成。
3. DNA 和 RNA 都含\(\ce{C}\)、\(\ce{H}\)、\(\ce{O}\)、\(\ce{N}\)、\(\ce{P}\)。
4. DNA 与 RNA 的区别主要体现在戊糖、碱基和分子结构上。
5. DNA 是绝大多数生物体的遗传物质。
6. RNA 主要参与遗传信息的传递、翻译和表达。