核酸
/DNA & RNA/
“核酸”，聽到這個詞，我們總會覺得其神秘、觸不可及，核酸到底是什么，核酸、基因、DNA之間到底是什么關系，核酸是干什么的？通過這篇文章，你就會發現核酸的真正面目。
核酸的定義是：核酸是脫氧核糖核酸（Deoxyribonucleic acid，DNA）和核糖核酸（Ribonucleic acid，RNA）的總稱，是由許多核苷酸單體聚合成的生物大分子化合物，為生命的最基本物質之一。
TIPS
核酸分子通常很大。實際上，DNA分子可能是已知的最大的單個生物分子。
但也有比較小的核酸分子。核酸分子的大小范圍從21個核苷酸（小干擾RNA）到大染色體（人類染色體是一個含有2.47億個堿基對的單個分子 ）不等。
所以我們熟知的“DNA”是核酸的一種，而基因是具有遺傳效應的DNA片段。
如果對微觀世界沒有很清晰的概念，那么下面一段可以較清晰地闡釋其間的關系：
細胞核中存在染色體
而染色體包含核酸及蛋白質
DNA又屬于核酸的一種（核苷酸是核酸的基本組成單位）
DNA中可翻譯出蛋白質的有效片段（具有遺傳效應）即基因
基因是由多對堿基對通過鏈與鏈間的堿基互補配對及核苷酸間的磷酸二酯鍵連接而成的一段雙鏈。
可以簡單概況為：細胞核 > 染色體 > 核酸 > DNA > 基因 > 堿基對
染色體、DNA、
基因關系
核酸最廣為人知的稱號就是——遺傳信息的載體。正是因為自然界絕大多數生物的遺傳信息是DNA，只有少數病毒的遺傳物質是RNA（比如新型冠狀病毒），所以才會給大家帶來混淆，認為DNA等同于核酸，DNA是生物的遺傳信息的載體，這是錯誤認知。
DNA和RNA的構成
組成核酸的基本結構和功能單位是核苷酸，核苷酸單體由五碳糖、磷酸基和含氮堿基組成（如果五碳糖是核糖，則形成的聚合物是RNA；如果五碳糖是脫氧核糖，則形成的聚合物是DNA）。比如DNA由脫氧核苷酸組成，脫氧核苷酸由堿基、脫氧核糖和磷酸構成。其中堿基有4種：腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C），核苷酸中堿基排列順序構成了遺傳信息，該遺傳信息可以通過轉錄過程形成RNA，然后其中的mRNA通過翻譯產生多肽，形成蛋白質，遺傳信息的表達翻譯過程，也就是中心法則。
中心法則
/genetic central dogma/
遺傳信息從DNA傳遞給RNA，再從RNA傳遞給蛋白質，即完成遺傳信息的轉錄和翻譯的過程，此外，遺傳信息也可以從DNA傳遞給DNA，即完成DNA的復制過程，這是所有有細胞結構的生物均遵循的法則；在某些病毒中RNA的自我復制和以RNA為模版逆轉錄成DNA的過程是對中心法則的補充。
中心法則是現代生物學中最重要最基本的規律之一，其在探索生命的普遍規律中發揮了巨大的作用，極大的推動了現代生物學的發展。
中心法則合理地說明了在細胞的生命活動中兩類大分子的聯系和分工：核酸的功能是儲存和轉移遺傳信息，指導和控制蛋白質的合成；而蛋白質的主要功能是進行新陳代謝活動以及作為細胞結構的組成成分。
DNA復制過程
在我們人類 DNA 中所有大約 20,500 個基因，確定構成人類 DNA 的共有 30 億個堿基對的序列，大概可儲存3.2GB的信息。這些信息控制了人類的各種性狀，無論是頭發的顏色、鼻梁的高低甚至是身高體重都和基因有關系。
基因通過兩種方式來控制性狀，第一種是通過控制結構蛋白的表達來直接控制性狀。比如有耳垂無耳垂，耳垂大耳垂小，這都是人類結構蛋白的差異導致的性狀。另一方面，基因通過控制酶蛋白的表達來間接控制性狀。比如白化病與正常皮膚，就是體內擁有的黑色素相關酶的差異導致的不同性狀。
RNA種類和功能
相較于DNA單純的遺傳信息載體的功能，RNA的功能和分類都復雜得多
RNA是以DNA的一條鏈為模版，以堿基互補配對原則，轉錄而形成的一條單鏈
RNA的主要功能是實現遺傳信息在蛋白質上的表達，是遺傳信息向表型轉化過程中的橋梁。
RNA的具體功能包括：
- 控制蛋白質的合成；
- 作用于RNA轉錄后加工和修飾；
- 基因表達與細胞功能的調節；
- 生物催化與其它細胞持家功能；
- 遺傳信息的加工與進化。
在生物體內，大部分RNA都不負責編碼蛋白質，在真核生物中超過99%的RNA為非蛋白質編碼RNA，其中最主要的非編碼RNA是tRNA和rRNA，它們負責蛋白質合成的翻譯過程，其它非編碼RNA參與基因調控、RNA加工等其它過程。
RNA具有多種功能，根據其所發揮的功能不同，不同的RNA被賦予了相應的名稱。例如，RNA在蛋白質合成過程中發揮重要作用，其中，tRNA攜帶和轉移活化的氨基酸，mRNA是合成蛋白質的模版，rRNA是細胞合成蛋白質的主要場所。其它還有諸如參與基因表達調控的miRNA、lncRNA，參與mRNA加工和轉運的snoRNA等。
此外，根據RNA鏈的長度，可以將RNA分為小RNA (samll RNA) 和長RNA (long RNA)，小RNA的長度小于200個堿基，超過200個堿基的RNA稱為長RNA，長RNA主要包括lncRNA和mRNA，小RNA包括5.8S rRNA、5S rRNA、tRNA、miRNA、siRNA、snoRNA、piRNA、tsRNA和srRNA。
除此之外還有核內小分子RNA (snRNA) 、核仁小分子RNA (snoRNA)、microRNA (miRNA) 、siRNA (Small interfering RNA) 、lncRNA (Long non-coding RNA)、環狀RNA (circRNA) 、細菌sRNA。
核酸的發展歷史
1868年
瑞士生物學家費雷德里希·米歇爾（Fridrich Miescher）首次從外科繃帶上的膿細胞中分離得到一種富含磷元素的酸性化合物，因存在于細胞核中而將它稱為“核質 (nuclein)”
1889年
在核質發現20年后的1889年，理查德·阿爾特曼（Richard Altmann）正式將這種物質命名為“核酸 (nucleic acids)”
1928年
英國細菌學家格里菲斯（Frederick Griffith）發現肺炎雙球菌的轉化現象，證明了遺傳物質的存在。這個實驗在小鼠體內進行，所以稱為體內轉化實驗
1944年
美國細菌學家艾弗里（Oswald Avery）通過肺炎雙球菌體外轉化實驗證明DNA是遺傳物質
1952年
赫爾希（Hershey）和蔡斯（Chase）的T2噬菌體旋切實驗徹底證明遺傳物質是核酸，而不是蛋白質
1956年
弗倫克爾·康拉特（Fraenkel Conrat）的煙草花葉病毒（TMV）重建實驗證明，RNA也可以作為遺傳物質
1938年
英國物理學家和生物學家威廉·阿斯特伯里和Florence Bell（后來改名為Florence Sawyer）發表了第一個DNA的X射線衍射圖譜
1953年
美國分子生物學家詹姆斯·沃森和英國分子生物學家弗朗西斯·克里克確定了DNA的結構
這些實驗證明了核酸是遺傳物質，使核酸成為研究熱點。以至于在此后的30年間，核酸研究共獲得了15次諾貝爾獎，占據了生物領域全部相關獎項的四分之一
杰克·邵斯達克教授等三人因發現端粒和端粒酶保護染色體的機理獲得2009年諾貝爾生理學或醫學獎
硒核酸結構式
對核酸的結構、功能研究會帶來具有現實意義的改變，比如硒瑞恩的“硒”就是硒元素，利用硒原子穩定取代核酸分子中的氧原子得到硒核酸及其衍生物。這就是黃震教授全球首創的硒核酸技術，一舉解決了核酸生物大分子X射線晶體衍射領域中相位角測定這一重大技術瓶頸難題，硒核酸還能在很大程度上幫助核酸及蛋白復合物結晶，提高晶體結構精度，并且能夠非常好地保持大分子結構同形性，能夠在核酸相關領域以及新藥研發領域帶來革命性影響。比如基于硒核酸技術的核酸檢測，具有相比傳統技術更穩定、更準確、更靈敏以及抗干擾的優點。
硒核酸分子檢測技術有望成為全球的重要檢測技術，推動健康檢測、防疫和國際間經濟貿易以及人員交流。
對核酸科學的基礎研究推動著人類對生命密碼的不斷認知，而核酸在應用上甚至形成產業化上也在不斷推進：核酸分子對病原體的檢測、疾病的診斷；繼小分子藥物和蛋白質藥物后被稱為“第三次藥物浪潮”的核酸藥物等等。由于核酸逐漸走入大眾視野，黃震教授提出了“大核酸”概念，以凸顯其分子量大、涉及面大和產業價值大。
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