A. 核酸的化學成分是什麼
核酸是生物體內的高分子化合物,包括DNA和RNA兩大類.
一、元素組成
組成核酸的元素有C、H、O、N、P等,與蛋白質比較,其組成上有兩個特點：一是核酸一般不含元素S,二是核酸中P元素的含量較多並且恆定,約佔9～10%.因此,核酸定量測定的經典方法,是以測定P含量來代表核酸量.
二、化學組成與基本單位
核酸經水解可得到很多核苷酸,因此核苷酸是核酸的基本單位.核酸就是由很多單核苷酸聚合形成的多聚核苷酸.核苷酸可被水解產生核苷和磷酸,核苷還可再進一步水解,產生戊糖和含氮鹼基(圖15－1).
核苷酸中的鹼基均為含氮雜環化合物,它們分別屬於嘌呤衍生物和嘧啶衍生物.核苷酸中的嘌呤鹼(purine)主要是鳥嘌呤(guanine,G)和腺嘌呤(adenine,A),嘧啶鹼(pyrimidine)主要是胞嘧啶(cytosine,C)、尿嘧啶(uracil,U)和胸腺嘧啶(thymine,T).DNA和RNA都含有鳥嘌呤(G)、腺嘌呤(A)和胞嘧啶(C)；胸腺嘧啶(T)一般而言只存在於DNA中,不存在於RNA中；而尿嘧啶(U)只存在於RNA中,不存在於DNA中.它們的化學結構請參見圖示.
核酸中五種鹼基中的酮基和氨基,均位於鹼基環中氮原子的鄰位,可以發生酮式一烯醇式或氨基亞氨基之間的結構互變.這種互變異構在基因的突變和生物的進化中具有重要作用.
有些核酸中還含有修飾鹼基(modified component),(或稀有鹼基,unusual com ponent),這些鹼基大多是在上述嘌呤或嘧啶鹼的不同部位甲基化(methylation)或進行其它的化學修飾而形成的衍生物.一般這些鹼基在核酸中的含量稀少,在各種類型核酸中的分布也不均一.DNA中的修飾鹼基主要見於噬菌體DNA,如5-甲基胞嘧啶(m5C),5-羥甲基胞嘧啶hm5C；RNA中以tRNA含修飾鹼基最多,如1-甲基腺嘌呤(m1A),2,2一二甲基鳥嘌呤(m22G)和5,6-二氫尿嘧啶(DHU)等.
B. 核酸是什麼怎樣組成的有什麼用途
由許多核苷酸聚合而成的生物大分子化合物，為生命的最基本物質之一。最早由米歇爾於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、植物細胞、微生物內、生物體內核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。根據化學組成不同，核酸可分為核糖核酸，簡稱RNA和脫氧核糖核酸，簡稱DNA。DNA是儲存、復制和傳遞遺傳信息的主要物質基礎，RNA在蛋白質牲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占重要位置，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。
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一個氨基酸的遺傳密碼發生了改變，白化病毒者則是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。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葯物
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(nucleotide)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3X109個核苷酸。
單個核苷酸是由含氮有機鹼(稱鹼基)、戊糖和磷酸三部分構成的。
鹼基(base)：構成核苷酸的鹼基分為嘌呤（purine)和嘧啶 >（pyrimi-dine)二類。前者主要指腺嘌呤（adenine，A）和鳥嘌呤（guanine,G），DNA和RNA中均含有這二種鹼基。後者主要指胞嘧啶（cytosine,C）胸腺嘧啶（thymine，T）和尿嘧啶（uracil,U），胞嘧啶存在於DNA和RNA中，胸腺嘧啶只存在於DNA中，尿嘧啶則只存在於RNA中。這五種鹼基的結構如圖。
嘌呤環上的N-9或嘧啶環上的N-1是構成核苷酸時與核糖（或脫氧核糖）形成糖苷鍵的位置。
此外，核酸分子中還發現數十種修飾鹼基（themodifiedcomponent),又稱稀有鹼基，(unusualcomponent)。它是指上述五種鹼基環上的某一位置被一些化學基團（如甲基化、甲硫基化等）修飾後的衍生物。一般這些鹼基在核酸中的含量稀少，在各種類型核酸中的分布也不均一。如DNA中的修飾鹼基主要見於噬菌體DNA，RNA中以tRNA含修飾鹼基最多。
戊糖:RNA中的戊糖是D－核糖，DNA中的戊糖是D－2－脫氧核糖。D－核糖的C－2所連的羥基脫去氧就是D－2脫氧核糖。
戊糖C－1所連的羥基是與鹼基形成糖苷鍵的基團，糖苷鍵的連接都是β－構型。
核苷（nucleoside)：由D－核糖或D－2脫氧核糖與嘌呤或嘧啶通過糖苷鍵連接組成的化合物。核酸中的主要核苷有八種。
核苷酸(nucleotide)：核苷酸與磷酸殘基構成的化合物，即核苷的磷酸酯。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分子中是含有A,G,C,T四種鹼基的脫氧核苷酸；RNA分子中則是含A,G,C,U四種鹼基的核苷酸。
當然核酸分子中的核苷酸都以形式存在，但在細胞內有多種游離的核苷酸，其中包括一磷酸核苷、二磷核苷和三磷酸核苷。
核苷酸是怎麼連接的？
3』，5』－磷酸二酯鍵：核酸是由眾多核苷酸聚合而成的多聚核苷酸（polynucleotide），相鄰二個核苷酸之間的連接鍵即：3』，5』－磷酸二酯鍵。這種連接可理解為核苷酸糖基上的3』位羥基與相鄰5』核苷酸的磷酸殘基之間，以及核苷酸糖基上的5』位羥基與相鄰3』核苷酸的磷酸殘基之間形成的兩個酯鍵。多個核苷酸殘基以這種方式連接而成的鏈式分子就是核酸。無論是DNA還是RNA，其基本結構都是如此，故又稱DNA鏈或RNA鏈。DNA鏈的結構如下示意圖。
寡核苷酸（oligonucleotide)：這是與核酸有關的文獻中經常出現的一個術語，一般是指二至十個核苷酸殘基以磷酸二酯鍵連接而成的線性多核苷酸片段。但在使用這一術語時，對核苷酸殘基的數目並無嚴格規定，在不少文獻中，把含有三十甚至更多個核苷酸殘基的多核苷酸分子也稱作寡核苷酸。寡核苷酸目前已可由儀器自動合成，它可作為DNA合成的引物（primer)、基因探針（probe)等，在現代分子生物學研究中具有廣泛的用途。
核酸鏈的簡寫式：核酸分子的簡寫式是為了更簡單明了的敘述高度復雜的核酸分子而使用的一些簡單表示式。它所要表示的主要內容是核酸鏈中的核苷酸（或鹼基）。下面介紹二種常用的簡寫式。
字元式：書寫一條多核苷酸鏈時，用英文大寫字母縮寫符號代表鹼基（DNA和RNA中所含主要鹼基及縮寫符號見表1－1），用小寫英文字母P代表磷酸殘基。核酸分子中的糖基、糖苷鍵和酯鍵等均省略不寫，將鹼基和磷酸相間排列即可。因省略了糖基，故不再註解「脫氧」與否，凡簡寫式中出現T就視為DNA鏈，出現U則視為RNA鏈。以5』和3』表示鏈的末端及方向，分別置於簡寫式的左右二端。下面是分別代表DNA鏈和RNA鏈片段的二個簡寫式：
5』pApCpTpTpGpApApCpG3』DNA
5』pApCpUpUpGpApApCpG3』RNA
此式可進一步簡化為：
5』pACTTGAACG3』
5』pACUUGAACG3』
上述簡寫式的5』－末端均含有一個磷酸殘基（與糖基的C－5』位上的羥基相連）,3』－末端含有一個自由羥基（與糖基的C－3』位相連）,若5』端不寫P，則表示5』－末端為自由羥基。雙鏈DNA分子的簡寫式多採用省略了磷酸殘基的寫法，在上述簡式的基礎上再增加一條互補鏈（complentarystrand)即可，鏈間的配對鹼基用短縱線相連或省略，錯配（mismatch)鹼基對錯行書寫在互補鏈的上下兩邊，如下所示：
5』GGAATCTCAT3』
3』CCTTAGAGTA5』
5』GGAATC錯配）
線條式：在字元書寫基礎上，以垂線（位於鹼基之下）和斜線（位於垂線與P之間）分別表示糖基和磷酸酯鍵。如下圖所示
上式中，斜線與垂線部的交點為糖基的C－3』位，斜線與垂線下端的交點為糖基的C－5』位。這一書寫式也可用於表示短鏈片段。不難看出，簡寫式表示的中心含義就是核酸分子的一級結構，即核酸分子中的核苷酸（或鹼基）排列順序。
人造核酸可用於治療白血病
日本工業技術院產業技術融合領域研究所在8月3日出版的《自然》雜志上發表論文稱，已開發出了治療白血病的人造核酸。這種人造核酸就像一把剪刀，可發現引起白血病的遺傳基因並將其剪除。科研小組的成員、東京大學研究生院教授多比良和誠根據動物實驗結果認為，這種人造核酸將來有望成為治療白血病的主要葯物。
這次研究的對象是慢性骨髓性白血病（MCL），患者的異常遺傳因子是由兩個正常的遺傳因子連接而成的，新開發的人造核酸可以發現這種變異遺傳基因並將其切斷。科學家過去也發現過能找到特定的遺傳因子序列並將其切斷的分子，但在切斷特定遺傳因子序列的同時往往對正常細胞造成傷害。而新開發出的核酸只在發現異常遺傳因子時才被激活，平時則潛伏不動。
科研小組用人體白血病細胞進行了動物實驗。他們將可與人造核酸反應的細胞和不可與人造核酸反應的細胞分別注射到8隻實驗鼠的體內。移植後第13周時，不與人造核酸反應的細胞全部死亡，而與人造核酸反應的細胞全部存活，證明人造核酸在生物體內十分有效。
科研小組說，此人造核酸的臨床應用尚有諸多問題要解決，將來很可能是把患者的骨髓細胞抽出來，經人造核酸處理後，再把正常細胞的骨髓輸回患者體內。
C. 核酸具有哪些物理化學特性、光譜學和熱力學特性
（1）化學性質
①酸效應：在強酸和高溫，核酸完全水解為鹼基，核糖或脫氧核糖和磷酸。在濃度略稀的的無機酸中，最易水解的化學鍵被選擇性的斷裂，一般為連接嘌呤和核糖的糖苷鍵，從而產生脫嘌呤核酸。
②鹼效應1． DNA：當PH值超出生理范圍（pH7~8）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2．RNA：PH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參與到對磷酸脂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。
（2）物理性質
①黏性：DNA的高軸比等性質使得其水溶液具有高黏性，很長的DNA分子又易於被機械力或超聲波損傷，同時黏度下降。
② 浮力密度：可根據DNA的密度對其進行純化和分析。在高濃度分子質量的鹽溶液（CsCl）中，DNA具有與溶液大致相同的密度，將溶液高速離心，則CsCl趨於沉降於底部，從而建立密度梯度，而DNA最終沉降於其浮力密度相應的位置，形成狹帶，這種技術成為平衡密度梯度離心或等密度梯度離心。
③穩定性：核酸的結構相當穩定，其主要原因有1、鹼基對間的氫鍵2、鹼基的堆積作用3、環境中的陽離子。
（3）光譜學性質
①減色性：dsDNA相對於ssDNA是減色的，而ssDNA相對於dsDNA是增色的。
② DNA純度：A260/A280。
（4）熱力學性質
①熱變性：dsDNA與RNA的熱力學表現不同，隨著溫度的升高RNA中雙鏈部分的鹼基堆積會逐漸地減少，其吸光性值也逐漸地，不規則地增大。較短的鹼基配對區域具有更高的熱力學活性，因而與較長的區域相比變性快。而dsDNA熱變性是一個協同過程。分子末端以及內部更為活躍的富含A-T的區域的變性將會使其赴京的螺旋變得不穩定，從而導致整個分子結構在解鏈溫度下共同變性。
② 復性：DNA的熱變性可通過冷卻溶液的方法復原。不同核酸鏈之間的互補部分的復性稱為雜交。