核酸
/DNA & RNA/
“核酸”，听到这个词，我们总会觉得其神秘、触不可及，核酸到底是什么，核酸、基因、DNA之间到底是什么关系，核酸是干什么的？通过这篇文章，你就会发现核酸的真正面目。
核酸的定义是：核酸是脱氧核糖核酸（Deoxyribonucleic acid，DNA）和核糖核酸（Ribonucleic acid，RNA）的总称，是由许多核苷酸单体聚合成的生物大分子化合物，为生命的最基本物质之一。
TIPS
核酸分子通常很大。实际上，DNA分子可能是已知的最大的单个生物分子。
但也有比较小的核酸分子。核酸分子的大小范围从21个核苷酸（小干扰RNA）到大染色体（人类染色体是一个含有2.47亿个碱基对的单个分子 ）不等。
所以我们熟知的“DNA”是核酸的一种，而基因是具有遗传效应的DNA片段。
如果对微观世界没有很清晰的概念，那么下面一段可以较清晰地阐释其间的关系：
细胞核中存在染色体
而染色体包含核酸及蛋白质
DNA又属于核酸的一种（核苷酸是核酸的基本组成单位）
DNA中可翻译出蛋白质的有效片段（具有遗传效应）即基因
基因是由多对碱基对通过链与链间的碱基互补配对及核苷酸间的磷酸二酯键连接而成的一段双链。
可以简单概况为：细胞核 > 染色体 > 核酸 > DNA > 基因 > 碱基对
染色体、DNA、
基因关系
核酸最广为人知的称号就是——遗传信息的载体。正是因为自然界绝大多数生物的遗传信息是DNA，只有少数病毒的遗传物质是RNA（比如新型冠状病毒），所以才会给大家带来混淆，认为DNA等同于核酸，DNA是生物的遗传信息的载体，这是错误认知。
DNA和RNA的构成
组成核酸的基本结构和功能单位是核苷酸，核苷酸单体由五碳糖、磷酸基和含氮碱基组成（如果五碳糖是核糖，则形成的聚合物是RNA；如果五碳糖是脱氧核糖，则形成的聚合物是DNA）。比如DNA由脱氧核苷酸组成，脱氧核苷酸由碱基、脱氧核糖和磷酸构成。其中碱基有4种：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C），核苷酸中碱基排列顺序构成了遗传信息，该遗传信息可以通过转录过程形成RNA，然后其中的mRNA通过翻译产生多肽，形成蛋白质，遗传信息的表达翻译过程，也就是中心法则。
中心法则
/genetic central dogma/
遗传信息从DNA传递给RNA，再从RNA传递给蛋白质，即完成遗传信息的转录和翻译的过程，此外，遗传信息也可以从DNA传递给DNA，即完成DNA的复制过程，这是所有有细胞结构的生物均遵循的法则；在某些病毒中RNA的自我复制和以RNA为模版逆转录成DNA的过程是对中心法则的补充。
中心法则是现代生物学中最重要最基本的规律之一，其在探索生命的普遍规律中发挥了巨大的作用，极大的推动了现代生物学的发展。
中心法则合理地说明了在细胞的生命活动中两类大分子的联系和分工：核酸的功能是储存和转移遗传信息，指导和控制蛋白质的合成；而蛋白质的主要功能是进行新陈代谢活动以及作为细胞结构的组成成分。
DNA复制过程
在我们人类 DNA 中所有大约 20,500 个基因，确定构成人类 DNA 的共有 30 亿个碱基对的序列，大概可储存3.2GB的信息。这些信息控制了人类的各种性状，无论是头发的颜色、鼻梁的高低甚至是身高体重都和基因有关系。
基因通过两种方式来控制性状，第一种是通过控制结构蛋白的表达来直接控制性状。比如有耳垂无耳垂，耳垂大耳垂小，这都是人类结构蛋白的差异导致的性状。另一方面，基因通过控制酶蛋白的表达来间接控制性状。比如白化病与正常皮肤，就是体内拥有的黑色素相关酶的差异导致的不同性状。
RNA种类和功能
相较于DNA单纯的遗传信息载体的功能，RNA的功能和分类都复杂得多
RNA是以DNA的一条链为模版，以碱基互补配对原则，转录而形成的一条单链
RNA的主要功能是实现遗传信息在蛋白质上的表达，是遗传信息向表型转化过程中的桥梁。
RNA的具体功能包括：
- 控制蛋白质的合成；
- 作用于RNA转录后加工和修饰；
- 基因表达与细胞功能的调节；
- 生物催化与其它细胞持家功能；
- 遗传信息的加工与进化。
在生物体内，大部分RNA都不负责编码蛋白质，在真核生物中超过99%的RNA为非蛋白质编码RNA，其中最主要的非编码RNA是tRNA和rRNA，它们负责蛋白质合成的翻译过程，其它非编码RNA参与基因调控、RNA加工等其它过程。
RNA具有多种功能，根据其所发挥的功能不同，不同的RNA被赋予了相应的名称。例如，RNA在蛋白质合成过程中发挥重要作用，其中，tRNA携带和转移活化的氨基酸，mRNA是合成蛋白质的模版，rRNA是细胞合成蛋白质的主要场所。其它还有诸如参与基因表达调控的miRNA、lncRNA，参与mRNA加工和转运的snoRNA等。
此外，根据RNA链的长度，可以将RNA分为小RNA (samll RNA) 和长RNA (long RNA)，小RNA的长度小于200个碱基，超过200个碱基的RNA称为长RNA，长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。
除此之外还有核内小分子RNA (snRNA) 、核仁小分子RNA (snoRNA)、microRNA (miRNA) 、siRNA (Small interfering RNA) 、lncRNA (Long non-coding RNA)、环状RNA (circRNA) 、细菌sRNA。
核酸的发展历史
1868年
瑞士生物学家费雷德里希·米歇尔（Fridrich Miescher）首次从外科绷带上的脓细胞中分离得到一种富含磷元素的酸性化合物，因存在于细胞核中而将它称为“核质 (nuclein)”
1889年
在核质发现20年后的1889年，理查德·阿尔特曼（Richard Altmann）正式将这种物质命名为“核酸 (nucleic acids)”
1928年
英国细菌学家格里菲斯（Frederick Griffith）发现肺炎双球菌的转化现象，证明了遗传物质的存在。这个实验在小鼠体内进行，所以称为体内转化实验
1944年
美国细菌学家艾弗里（Oswald Avery）通过肺炎双球菌体外转化实验证明DNA是遗传物质
1952年
赫尔希（Hershey）和蔡斯（Chase）的T2噬菌体旋切实验彻底证明遗传物质是核酸，而不是蛋白质
1956年
弗伦克尔·康拉特（Fraenkel Conrat）的烟草花叶病毒（TMV）重建实验证明，RNA也可以作为遗传物质
1938年
英国物理学家和生物学家威廉·阿斯特伯里和Florence Bell（后来改名为Florence Sawyer）发表了第一个DNA的X射线衍射图谱
1953年
美国分子生物学家詹姆斯·沃森和英国分子生物学家弗朗西斯·克里克确定了DNA的结构
这些实验证明了核酸是遗传物质，使核酸成为研究热点。以至于在此后的30年间，核酸研究共获得了15次诺贝尔奖，占据了生物领域全部相关奖项的四分之一
杰克·邵斯达克教授等三人因发现端粒和端粒酶保护染色体的机理获得2009年诺贝尔生理学或医学奖
硒核酸结构式
对核酸的结构、功能研究会带来具有现实意义的改变，比如硒瑞恩的“硒”就是硒元素，利用硒原子稳定取代核酸分子中的氧原子得到硒核酸及其衍生物。这就是黄震教授全球首创的硒核酸技术，一举解决了核酸生物大分子X射线晶体衍射领域中相位角测定这一重大技术瓶颈难题，硒核酸还能在很大程度上帮助核酸及蛋白复合物结晶，提高晶体结构精度，并且能够非常好地保持大分子结构同形性，能够在核酸相关领域以及新药研发领域带来革命性影响。比如基于硒核酸技术的核酸检测，具有相比传统技术更稳定、更准确、更灵敏以及抗干扰的优点。
硒核酸分子检测技术有望成为全球的重要检测技术，推动健康检测、防疫和国际间经济贸易以及人员交流。
对核酸科学的基础研究推动着人类对生命密码的不断认知，而核酸在应用上甚至形成产业化上也在不断推进：核酸分子对病原体的检测、疾病的诊断；继小分子药物和蛋白质药物后被称为“第三次药物浪潮”的核酸药物等等。由于核酸逐渐走入大众视野，黄震教授提出了“大核酸”概念，以凸显其分子量大、涉及面大和产业价值大。
跟紧硒瑞恩，带你了解核酸背后的知识！
