核酸 、“一切生物”的遗传物质
核酸 、“一切生物”的遗传物质
核酸是一切生物的遗传物质，这句话本身可能不太正确，所以我在一切生物上，加了引号。因为朊病毒是只有蛋白质而没有核酸的病毒，当然它是以蛋白质为模板，因此它的遗传物质是蛋白质而非核酸。我用这个标题也是为了突显出核酸（DNA/RNA）在分子生物学及精准医疗中的地位和价值。
核酸广泛存在于所有动植物细胞、微生物体内，生物体内的核酸常与蛋白质结合形成核蛋白。不同的核酸，其化学组成、核苷酸排列顺序等不同。根据化学组成不同，核酸可分为核糖核酸（简称RNA）和脱氧核糖核酸（简称DNA）。DNA是储存、复制和传递遗传信息的主要物质基础。RNA在蛋白质合成过程中起着重要作用——其中转运核糖核酸，简称tRNA，起着携带和转移活化氨基酸的作用；信使核糖核酸，简称mRNA，是合成蛋白质的模板；核糖体的核糖核酸，简称rRNA，是细胞合成蛋白质的主要场所。先看看DNA和RNA的区别：
下面再通过一张图来大致了解下DNA是种什马神奇的东西：
分子生物学的时代莫过于DNA双螺旋结构的发现。当年轻的弗朗西斯·克里克在纸面上绘出了DNA的分子结构时，就预示着分子生物学的大门即将打开了。这幅手绘于1953年的图谱使英国物理学家弗朗西斯·克里克与美国科学家詹姆斯·沃森在这一年共同发现了DNA的双螺旋结构，并在《Nature》（《自然》）杂志发表了文章。这一年，沃森年仅25岁，克里克也只有37岁。这一期杂志还发表了弗兰克林和威尔金斯的两篇论文，以实验报告和数据分析支持了克里克和沃森的论文。1962年克里克同沃森、威尔金斯一起荣获诺贝尔生理学或医学奖。
在此你们可能会问弗兰克林呢，为什么她没有获得诺贝尔奖呢？原来弗兰克林在1958年因癌症过世，年仅三十七岁，诺贝尔奖是不授予已过世的人。争议性的故事却一直伴随这个伟大的发现，最大的争议莫过于，在没有得到弗兰克林同意、她不知情、以及没有发表的情况下，威尔金斯对沃森出示了一幅弗兰克林于1951年11月获得的B-型DNA清晰X射线衍射照片。这张著名的51号图片表明，DNA只能是双链结构才能显示那样漂亮而清晰的X射线衍射图。DNA的结构就这样机缘巧合的被发现了！
DNA长什么样呢？DNA是由核酸的单体聚合而成的聚合体。DNA双螺旋的碱基位于双螺旋内侧，磷酸与糖基在外侧，通过磷酸二脂键相连，形成DNA双螺旋核酸的骨架。
每一种核酸由三个部分所组成：一分子含氮碱基+一分子五碳糖（脱氧核糖）+一分子磷酸根，DNA都是由C、H、O、N、P五种元素组成的。
核酸的含氮碱基又可分为五类：鸟嘌呤（Guanine）、胸腺嘧啶（Thymine）、腺嘌呤（Adenine）、胞嘧啶（Cytosine) 、尿嘧啶（Uracil）。
DNA的四种含氮碱基组成具有物种特异性。即四种含氮碱基的比例在同物种不同个体间是一致的，但在不同物种间则有差异。DNA的四种含氮碱基比例具有奇特的规律性，碱基的互补配对原则如下：腺嘌呤与胸腺嘧啶之间有两个氢键，鸟嘌呤与胞嘧啶之间有三个氢键，即A=T,G≡C。
在此，顺便衍生下DNA的知识，也是前几天我跟Girlfriend讨论的DNA和染色体的关系，由于她当时没怎么听懂，在此更详细的讲解下什么是DNA？什么是基因？什么是染色体？什么是染色质？什么是多倍体？什么是染色体组？首先区分三个名词，一个是核苷酸一个是氨基酸另外还有一个核酸：
氨基酸：Pr的基本组成单位，是构成动物营养所需蛋白质的基本物质，是含有一个碱性氨基和一个酸性羧基的有机化合物。
核苷酸：核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）的基本组成单位，使体内合成核酸的前身物。
核酸：包括核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）。
简而言之，就是氨基酸和核苷酸没有太大的关系，一个是组成Pr的基本物质，一个是组成RNA/DNA的基本物质。区分好它们的关系后，下面言归正传，我们来谈谈染色体，为什么谈染色体？因为现在的临床检测很多已经涉及到，包括21三体综合征、18三体综合征等的胎儿产前检测，还有CTC的iFISH技术检测，它们的探针靶点也是针对于染色体的着丝粒区域，还有最正常的基因检测？几号染色体的哪一段？等等问题.......下面谈谈染色体和染色质。
染色体和染色质是同一物质在细胞分裂间期和分裂期的不同形态表现而已。染色质出现于间期，呈丝状。其本质都是脱氧核糖核酸（DNA）和蛋白质的组合（即核蛋白组成的），不均匀地分布于细胞核中 ，是遗传信息（基因）的主要载体，但不是唯一载体（如细胞质内的线粒体）。这里有个很重要的知识点，就是DNA和蛋白质组成的聚合物形成了染色质，然后染色质高度浓缩成染色体，DNA上面介绍了，那么这个核蛋白是什么样子呢？染色体上的蛋白质有两类：一类是低分子量的碱性蛋白质即组蛋白蛋白质（histones），另一类是酸性蛋白质，即非组蛋白蛋白质（non-histone proteins）。非组蛋白蛋白质的种类和含量不十分恒定，而组蛋白的种类和含量都很恒定，其含量大致与DNA相等。所以DNA都是缠绕在组蛋白(H2A/H2B/H3/H4)表面，这种组合叫做核小体，也是构成染色体（或染色质）的基本单位，组蛋白分为八聚体组蛋白(八个为一个单位)和H1组蛋白两种，组蛋白可以保护DNA不被破坏。染色质高度浓缩形成染色体，从染色体的一级结构到四级结构，DNA分子一共被压缩了7×6×40×5=8400倍。例如，人的染色体中DNA分子伸展开来的长度平均约为几个厘米，而染色体被压缩到只有几纳米长。
每个染色体都是由一个DNA构成，也就是双链的DNA分子，那么有些人会问了下面这个图是几个染色体，他有几个DNA？
我来解释下，这是一条染色体，只不过有两条姐妹染色单体。DNA在分裂间期的时候会进行复制，这两个DNA的碱基序列是一样的，那么它们形成的染色质也是一样的，自然形成的染色体就是一模一样，那么上图就是有两个DNA，在前中期它们不会分开，由中间的着丝粒区域着丝粒连接在一起，在后期着丝点断裂它们就成了两条染色体，对于染色体的定义，我认为是，主要看着丝粒的数目，一个着丝粒就是一个染色体，两个着丝点就是两个染色体，以此类推。那么什么是基因呢？基因就是在DNA上某一个区域控制某种性状的DNA片段，这就是基因。
现在聊聊什么是染色体组？染色体组就是一组非同源染色体，那么人类有46条染色体组，他有几个染色体组呢？答案是两个，人有23对染色体,其中22对常染色体，1对性染色体，人是二倍体，有2个染色体组。我现在举个例子，比如一副扑克牌，大家都玩过吧，里面有红桃、黑桃、梅花和方块，每种花色都有1-K吧，那么有红桃1-K、黑桃1-K、梅花1-K和方块1-K，如果比喻成染色体，那么它们有几个染色体组？我相信你们都知道是四个染色体组，也就是四倍体，现在如果不看染色体看基因呢？比如AAaaBbbbCCCc，它有几个染色体组呢？也许有人会猜是三个，答案是四个，我们可以这么认为，就是控制同一性状的基因出现了几次那么就有几个染色体，同样用扑克牌的方法理解也是可以的。
问染色体组和问几倍体不一样,但这两个概念又有交叉之处，比如说吧，几倍体中啊分为：单倍体、二倍体和多倍体（区分关键在于这个几倍体是由受精卵发育而来的就是2倍体或多倍体；是由配子发育而来的就是单倍体 ），单倍体可以有1、2、3、4、5、6、7...N个染色体组，但只要是配子发育而来的就只能称为单倍体。人有2个染色体组，但由于人是受精卵发育来的，所以是二倍体啦~ 现在问题来了，单倍体是否一定只含有一个染色体组？它们的关系是什么呢？答案是 单倍体不一定只含有一个染色体组，但是一个染色体组一定是单倍体，比如六倍体小麦的花粉发育成的植株是单倍体，但是它含有三个染色体组，这里花粉是配子，所以，大家只要记住只要是配子发育而来的就肯定是单倍体。现在多倍体和染色体组的关系大家应该清楚了吧。
在此，我顺便普及下临床上的NIPT检测（无创产筛），说到产筛肯定就是筛查胎儿有无染色体的多体（上期的cffDNA是另一方法），比如21三体综合征，字面意思大家肯定知道是21号染色体有三条了，注意在此不能说这个人是三倍体（前面介绍了染色体组和多倍体的关系），此处只能说21号染色体三体，也就是比正常的2个染色体多了一条，那么此时如果细胞是21三体了会怎么样呢？有什么样的后果呢？学过生物的肯定都知道，减数分裂的意义在于减数分裂使染色体数目减半，精卵结合后又恢复成二倍体，从而保证了物种世代间染色体数目的稳定，所以此时的21三体就是受精卵多了一条21号染色体，这时候大家就像知道这个21号染色体跟整个人体来说它们有什么关系呢？首先，我先解释下这个受精卵，精子（睾丸产生）和卵子（卵巢产生）都是生殖细胞，它具有一套完整的染色体组，生殖细胞是特殊的个体细胞，它们遗传物质相同，染色体当然也相同，21三体的生殖细胞就有47条染色体，细胞不断的分化形成囊胚，进一步形成胚胎，那么这个胎儿就是有遗传缺陷的，有丝分裂可以正常进行吧，但是减数分裂是肯定不行了，因为多了一条染色体，它们就不能够进行染色体联会，也就不能进行染色体的减数分裂，当然也就不能产生生殖细胞？雄性和雌性激素怎么分泌？如何生长？它们少数会在胎儿期死忙，多数会长大成年，但是他们身上所有的细胞跟正常人不一样，都是多一条染色体，长大都是智障或者低能儿或脑瘫。在此，帮助大家区分下体细胞和生殖细胞，因为人体是生殖细胞不断分化长大的，体细胞可广泛的理解为生物体中除了生殖细胞（精子和卵子）外的所有活细胞，与生殖细胞相对的概念，其遗传信息不会像生殖细胞那样遗传给下一代，高等生物细胞包括体细胞和生殖细胞，体细胞遗传信息的改变不会对下一代产生影响，只有生殖细胞遗传信息改变会产生影响。
普及下唐氏综合症，唐氏综合征也就是21三体综合征，这个与母亲怀孕的年龄相关，对于高龄产妇、卵子老化是极易出现的，因为21染色体不发生分离。（科普下，卵子是从卵巢的原始卵泡发育形成的，妇女一生中全部卵细胞都是胎儿期增殖生成的。新生儿时期约有30万～40万个以上的原始卵泡，但是99%的原始卵泡发育不久就相继退化消亡，故妇女一生中总共有400至500个卵泡发育成熟并排出。原始卵泡发育到成熟，形成成熟卵泡并排卵，约需14天左右，其间经历了一系列复杂的生理生化反应，作为发育成熟的女性，一般情况下。1个月只有一颗成熟卵子排出。有的也会排出两个，但是几率非常小。如果两个卵子都与精子结合了，那么就是双胞胎了，三个就是三胞胎了 └(^o^)┘ 。
核酸是“一切生物”的遗传物质，或者称核酸是一切细胞的遗传物质，它在精准医疗中承担的角色是非常重要的，它可以说就是精准医疗中的“精准”，所以它的作用直接影响着医疗水平和疗效！