第二章 核酸的化学
教学目标：
1.掌握DNA和RNA在化学组分、分子结构和生物功能上的特点。
2.掌握DNA双螺旋结构模型和t-RNA二级结构的要点，了解核酸的三级结构。
3.熟悉核酸的性质（一般性质、DNA热变性、复性与分子杂交）。
4.掌握基因组的概念，原核生物和真核生物基因组的特点。了解DNA测序的原理。
导入：核酸是生物遗传的物质基础。它的发现和研究进展如何？
1868年瑞士青年医生Miescher从脓细胞核中分离出一种含磷量很高的酸性化合物，称为核素。其继任者Altman发展了从酵母和动物组织中制备不含蛋白质的核酸的方法，于1889年提出核酸（nucleic acid）这一名称。早期核酸研究因“四核苷酸假说”的错误进展缓慢。
1943年Chargaff等揭示了DNA的碱基配对规律，1944年美国Avery利用致病肺炎球菌中提取的DNA使另一种非致病性的肺炎球菌的遗传性状发生改变而成为致病菌，发现正是DNA携带遗传信息。Astbury、Franklin和Wilkins用X射线衍射法研究DNA分子结构，得到清晰衍射图。Watson 和Crick在此基础上于1953年提出了DNA双螺旋结构模型，说明了基因结构、信息和功能三者之间的关系，奠定了分子生物学基础。1958年Crick提出“中心法则”；60年代破译遗传密码，阐明3类RNA参与蛋白质生物合成的过程；70年代诞生了基因重组和DNA测序生物技术，90年代提出人类基因组计划，21世纪进入后基因组时代。核酸的研究成了生命科学中最活跃的领域之一。
第一节 核酸的化学组成
天然存在的核酸有两类，即脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）和核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）。DNA分子是生物体的遗传信息库，分布在原核细胞的核区，真核细胞的核和细胞器以及病毒中；RNA分子参与遗传信息表达的一些过程，主要存在于细胞质。
第二章 核酸化学
1. 核苷（nucleoside）：
是嘌呤或嘧啶碱通过共价键与戊糖连接组成的化合物。核糖与碱基一般都是由糖的异头碳与嘧啶的N-1或嘌呤的N-9之间形成的β-N-糖键连接。
2. 核苷酸（nucleotide）：
核苷的戊糖成分中的羟基磷酸化形成的化合物。
3. cAMP(cycle AMP)：
3ˊ,5ˊ-环腺苷酸，是细胞内的第二信使，由于某些激素或其它分子信号刺激激活腺苷酸环化酶催化ATP环化形成的。
4. 磷酸二脂键（phosphodiester linkage）:
一种化学基团，指一分子磷酸与两个醇（羟基）酯化形成的两个酯键。该酯键成了两个醇之间的桥梁。例如一个核苷的3ˊ羟基与别一个核苷的5ˊ羟基与同一分子磷酸酯化，就形成了一个磷酸二脂键。
5. 脱氧核糖核酸（DNA, deoxyribonucleic acid）：
是脱氧核苷酸之间通过3ˊ,5ˊ-磷酸二脂键连接形成的聚脱氧核苷酸，是遗传信息的载体。
6. 核糖核酸（RNA, ribonucleic acid）：
是核苷酸通过3ˊ,5ˊ-磷酸二脂键连接形成的聚核糖核苷酸，包括rRNA、mRNA、tRNA等。
7. 核糖体核糖核酸（Rrna,ribonucleic acid）：
rRNA是作为核糖体组成成分的一类 RNA，是细胞内最丰富的RNA。
8. 信使核糖核酸(mRNA,messenger ribonucleic acid):
mRNA是一类用作蛋白质合成模板的RNA ，通过它将DNA的遗传信息传递给蛋白质，用以指导多肽链的合成。
9. 转移核糖核酸（tRNA,transfer ribonucleic acid）:
tRNA是一类携带激活氨基酸，将它带到蛋白质合成部位并将氨基酸整合到生长着的肽链上的RNA。tRNA含有能识别模板mRNA上互补密码的反密码。 10.转化（作用）（transformation）:
一个外源DNA 通过某种途径导入一个宿主菌，引起该菌的遗传特性改变的作用。
化学生物学在核酸化学和分析中的应用
随着现代化学技术的不断发展，越来越多的化学分子被应用到生物学领域，从而催生了一个新的交叉学科：化学生物学。作为化学与生物学的交叉学科，化学生物学涉及到生物分子在化学层面的研究以及特定化学分子在生物系统中的应用。本文将介绍化学生物学在核酸化学和分析中的应用。
核酸是生命的基础，一般包括 DNA 和 RNA 两种类型。其中，
DNA 包含了细胞的遗传信息， RNA 则负责将这些信息转换为蛋白质。对核酸的化学分析，旨在研究其在生物过程中的作用和机制。在这一领域中，化学生物学的应用越来越广泛，从建立定量检测方法到合成模拟核酸分子，无不体现了化学生物学在该领域中的价值。
在核酸化学中，化学生物学的一个重要应用就是用于合成定制的核酸序列。这种合成方法被广泛应用于基因工程等领域。首先，化学生物学家借助化学合成方法，将需要的 DNA 或 RNA 片段组合起来，然后通过化学或酶法反应，将这些组合物连接起来。这种方法可用于大规模合成 DNA 或 RNA 片段，用于生物学研究或创新应用中。
化学生物学在核酸分析中还具有重要的应用。例如，在分析
RNA 数据时，常采用转录组测序技术。该技术基于 RNA 序列的映射，可确定 RNA 的存在量及其类型。这中检测技术通常使用反转录聚合酶链式反应（RT-PCR ）来扩增 RNA 浓度。这种方法需要应用 RNA 逆转录酶将 RNA 转录成 cDNA，并使用 PCR 扩增这些片段，以进行检测。这种扩增技术提高了 RNA 的检测限和生物学研究的速度。
化学生物学还在核酸结构研究中发挥着重要的作用。核酸的结构分析关键是通过衍射或质谱分析方法来确定三维结构。但是，这些方法在确定大分子结构时并不适用。为了克服这个问题，化学生物学家开发了许多化学方法来帮助确定大分子的结构。其中，核磁共振的应用是在核酸化学中最常见的。核磁共振通过检测核酸分子中的各种离子体（如呈螺旋状结构的磷酸核苷酸），来获取结构信息。这种方法在核酸化学中被广泛应用，并被认为是分析核酸结构中最准确的方法之一。
核酸化学合成技术及其应用
核酸是生物体内重要的基因物质，它的核苷酸序列决定了生命体的性状与功能。随着科技的不断发展，人类逐渐认识到核酸的重要性，并掌握了核酸化学合成技术，这项技术已经被广泛应用于基因工程、疾病诊断、药物研究等领域。
一、核酸化学合成技术
核酸的化学合成技术从20世纪60年代末开始发展，随着DNA与RNA的序列可编程性的发现和合成方法的不断改进，已经成为生化领域的一个重要分支。化学合成技术是指以单个核苷酸分子为起始物进行化学反应，不断地添加单个核苷酸磷酸酯成链，从而得到具有一定长度和特定序列的DNA或RNA分子的方法。
核酸化学合成技术的发展主要经历了三个阶段：第一阶段是核苷酸的固相合成技术，第二阶段是氧磷酸二酯骨架的合成技术，第三阶段是人工基因、DNA纳米技术等的发展。其中最重要的是第一阶段的发展，它的主要原理是在固相脱保护合成法中，用合成的核苷酸单元化学端接在具有臭基或置换基的固体支持体上，以便实现快速筛选、纯化和洗涤等操作。这种技术比传统的沙漏式合成法更高效、更经济，可以得到较长、特异性较高的核酸分子。
二、核酸化学合成技术的应用
核酸化学合成技术的应用涉及到基因工程、疾病诊断、药品研究等多个方面。
1.基因工程
核酸合成技术是基因工程的核心技术，它是通过构建人工合成的pDNA、siRNA等分子，然后将这些分子导入细胞中对其进行调控。基因治疗、疫苗研究等领域的发展都离不开核酸合成技术的支持。人类还可以利用核酸合成技术构建更多原本不存在的
DNA/RNA 构型、序列、结构，探索更完整的遗传信息、代谢调控和分子进化机理。
2.疾病诊断
核酸化学合成技术在疾病诊断领域的应用也非常广泛，例如PCR技术就是基于DNA合成的理论基础而开发出来的一种快速和灵敏的诊断技术，可应用于病原微生物、癌基因、遗传病等疾病的检测。并且，核酸合成技术也能制备更灵敏的探针和检测试剂。
3.药品研究
在药品研究过程中，研制新型化合物的关键在于对大量的化合物进行筛选，从而得到理想的药物候选物。基于核酸合成技术的药物设计，可以利用“配对”氨基酸替换，设计出与目标分子特异性较高的DNA药物，大幅节省药物药效评价过程中的时间、成本和资源。
