電場

[拼音]：hesuan

[外文]：nucleic acid

由數十至數十億個核苷酸通過磷酸二酯鍵形成的一類生物大分子。動、植物、微生物都含有核酸。根據組成成分不同可分為脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)兩大類。DNA 是絕大多數生物的遺傳物質。某些病毒和噬菌體則以 RNA為遺傳物質。遺傳資訊的傳遞和表達是通過核酸分子的複製、轉錄和轉譯等一系列複雜過程實現的。

發現

1869年瑞士科學家J.F.米舍爾從繃帶上的膿細胞的細胞核中提取出一種新的含磷有機化合物，稱之為“核質”，它實際上是由核酸和蛋白質組成的核蛋白。當時已知的含磷有機化合物只有卵磷脂一種，因此引起了重視。1889年R.阿爾特曼製得不含蛋白質的核酸。並提出“核酸”這一名稱。

提取

核酸在生物體內通常和鹼性蛋白質、多胺和金屬離子結合。可從已破碎的細胞中用一定濃度的鹽溶液抽提核蛋白，然後加鹽至飽和，使核酸和蛋白質解離，並使蛋白質沉澱。也可用苯酚、氯仿或去垢劑如硫酸十二酯鈉或蛋白水解酶去除蛋白質，除去蛋白質後的溶液可用乙醇將核酸析出。由於生物組織中含有核酸酶，因此提取核酸時，要儘可能減少或抑制核酸酶的活力，才能得到不降解的核酸樣品。

類別

可分為DNA和RNA兩大類。前者為染色體的主要成分，存在於真核生物的細胞核、線粒體和葉綠體等細胞器中以及原核生物的類核及質粒中。RNA 則在細胞核和細胞質中都有。病毒和噬菌體的蛋白質外殼內只含有一種核酸，或為DNA，或為RNA。類病毒則全由RNA構成，沒有外殼。1983年初有人從艾氏腹水瘤細胞中分離到只含葡萄糖的“核酸”(不含戊糖)，這種6碳糖“核酸”是否在生物界廣泛存在，其功能如何，均不清楚。

組成

核苷酸是核酸的組成單位，它由鹼基、戊糖和磷酸構成。鹼基又可分為嘌呤鹼和嘧啶鹼兩類。核酸中常見的嘌呤鹼為腺嘌呤(A)和鳥嘌呤(G)，DNA和RNA都含有這兩類嘌呤鹼。嘧啶鹼在DNA中為胞嘧啶(c)和胸腺嘧啶(T)，在RNA中則為胞嘧啶和尿嘧啶(U)。此外，在DNA和 RNA中還含有少量的帶有一種或多種基團的修飾鹼基。戊糖在DNA中為D-2-脫氧核糖，在RNA中則為D-核糖。嘌呤或嘧啶和核糖結合生成的化合物叫核苷，和脫氧核糖結合則成脫氧核苷。核苷和磷酸結合成為核苷酸，脫氧核苷和磷酸結合成脫氧核苷酸。核糖內2′-羥基也可以甲基化，這樣形成的核苷或核苷酸就叫做修飾核苷或修飾核苷酸。根據磷酸和戊糖上的羥基結合的位置不同，又可分為2′-核苷酸，3′-核苷酸和5′-核苷酸。由於脫氧核糖的2′位碳原子上沒有羥基，所以脫氧核苷酸只有3′-脫氧核苷酸和5′-脫氧核苷酸兩種。

鹼基組成的測定

一般用化學方法（酸或鹼）或酶解的方法處理核酸，使核酸降解成核苷酸或鹼基，然後用紙層析、紙電泳、薄層層析、柱層析或高效液相色譜等方法將核苷酸或鹼基分離成單一組分，再分別測定其含量。

結構

核苷酸的連線方式和排列順序，稱為核酸的一級結構。第 1個核酸的一級結構是1965年R.W.霍利實驗室解決的，它就是酵母丙氨酸轉移核糖核酸。無論DNA或RNA，核苷酸之間都是由3′，5′-磷酸二酯鍵連線起來的，就是磷酸基團和左邊戊糖的3′-羥基形成酯鍵，同時又和右邊戊糖的5′－羥基形成酯鍵（圖1）。

核酸還具有二級和三級結構，1953年J.D.沃森和F.H.C.克里克提出的DNA雙螺旋結構就是DNA的二級結構。DNA的超螺旋結構和酵母苯丙氨酸tRNA的倒L型立體結構被稱為三級結構。

一般性質

最小的核酸如轉移核糖核酸(tRNA)分子量約25000，大的如人的DNA，分子量則達1.5×1012。由於核酸帶有大量的磷酸基團，呈強酸性，在生物體內一般以鹽的形式存在。

核酸中含有嘌呤鹼和嘧啶鹼，這類鹼具有能強烈吸收紫外光的共軛雙鍵結構，使核酸顯示特定的紫外光吸收光譜，高峰為260奈米，低峰為230奈米（圖2）。

核酸分子的消光係數，一般比其組成成分(核苷酸)的消光係數之和要低，換句話說，核酸水解成核苷酸後，其紫外光消光係數有所增加，這叫“增色效應”。

由於核酸中含有戊糖，戊糖的顏色反應，也常作為檢測核酸的方法。RNA中含核糖，和濃鹽酸共熱後生成糠醛或其衍生物，後者與地衣酚反應呈綠色。DNA中的脫氧核糖與二苯胺在酸中共熱則成藍色。測定磷含量也是檢測核酸的一種方法。

代謝

核酸的鹼基（嘌呤或嘧啶）是從氨基酸、二氧化碳以及一碳化合物合成的，因此在正常情況下，生物體能合成自身所需的嘌呤和嘧啶（腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶、尿嘧啶）。

合成RNA時，各種核糖核苷酸逐步磷酸化成核苷三磷酸如腺苷三磷酸(ATP)、鳥苷三磷酸(GTP)、尿苷三磷酸(UTP)和胞苷三磷酸(CTP)，然後在RNA聚合酶催化下，以DNA的一條鏈為模板轉錄成RNA。

合成DNA所需的脫氧核苷三磷酸，其中脫氧腺苷三磷酸(dATP)、脫氧鳥苷三磷酸（dGTP）和脫氧胞苷三磷酸(dCTP)是從下面的途徑來的：5′-核苷酸磷酸化先生成核苷二磷酸，一部分繼續磷酸化生成核苷三磷酸，一部分則還原成脫氧核苷二磷酸，後者再磷酸化成脫氧核苷三磷酸。脫氧胸苷三磷酸(dTTP)和上面的 3種脫氧核苷三磷酸不一樣，它是從5′-尿苷酸來的。5′-尿苷酸磷酸化成5′-尿苷二磷酸，還原成5′-脫氧尿苷二磷酸再磷酸化成5′-脫氧尿苷三磷酸，後者脫去焦磷酸成5′-脫氧尿苷酸，接受一碳化合物成5′-脫氧胸苷酸，再逐步磷酸化成脫氧胸苷三磷酸。

核酸在生物體內降解時先生成核苷酸或寡核苷酸，寡核苷酸進一步水解成核苷酸。核苷酸脫去磷酸則成核苷，後者經核苷磷酸化酶或核苷水解酶的作用放出鹼基。在不同動物中再經降解成為尿酸、尿囊素、尿囊酸、尿素或β-丙氨酸等物質。