Chemistry
and Biology of Non-Canonical Nucleic Acids
作者：Naoki Sugimoto
出版：WILEY-VCH
索书号：Q52/S947/2021/Y
ISBN: 978-3-527-34521-2
藏书地点：武大外教中心
在化学和生物学科的研究领域中，最重要和有趣的研究课题之一是核酸:DNA和RNA。核酸由非常简单的分子组成主要成分:磷酸盐、糖和有机碱。与其他的生物分子（如蛋白质和碳水化合物）相比，它们的结构也非常简单：单链或双螺旋，并且具有非常重要的遗传作用信息和功能。
正如在第一章引言中提到的，自1953年詹姆斯·杜威·沃森和弗朗西斯·哈利·康普顿·克里克发现DNA双螺旋结构(b型)为规范结构以来，核酸研究已有近70年的历史，而今天核酸的化学生物学正面临着新的领域——非规范核酸。通过这本书，读者能够理解不常见的核酸结构如何成为现在让我们着迷的非规范核酸的常见结构之一。这一新的非典型核酸研究领域将很快在化学和生物学的界面上产生巨大的火花。
本书由15章组成，涵盖非典型核酸的化学和生物学的各个方面知识和内容，不仅包括它们的历史，结构，稳定性和特性，而且还包括它们在转录，翻译，调节，端粒，解旋酶，癌症，神经退行性疾病，治疗应用，纳米技术等方面的功能以及未来前景。这本书不仅对相关学科领域的研究生来说是一个宝贵的资源，而且适用于物理化学、有机化学、无机化学、分析化学、生物化学、生物物理学、结构生物学、计算生物学、分子医学、分子生物学、细胞生物学、纳米技术等领域的研究人员，有利于学者们了解更多关于非规范核酸的潜在重要作用。
相关学科领域的所有读者都会喜欢这本书，并且不仅了解到沃森-克里克双螺旋核酸(b型)的重要性，还能学习非标准核酸，如三联体和四联体。
本书的第一章介绍了核酸的典型和非典型结构的历史，帮助我们了解本研究领域的基本情况，是奠定后续所有内容介绍的基础，其重要性不可忽视。这一章主要介绍了如下内容：遗传学历史的开启主要是由三位研究者完成的。查尔斯·罗伯特·达尔文是一位自然科学科学家，他是遗传学的先驱。他在1859年出版的《物种起源》一书中提出了遗传概念的命题。他提出了生物进化理论，这是自然多样性的基本科学假设。换句话说，他提出了生物进化，即个体通过适应环境而发生变化，并传递给下一代。然而，对于遗传概念来说，这仍然是一个原始的想法。此后，1865年，捷克布尔诺的牧师孟德尔利用豌豆植物，利用父母遗传给子女的“因子”，证实了基因进化的机制。这一发现成为遗传学的概念。弗里德里希·米歇尔是瑞士的一位生物化学家，他发现核酸是一种化学物质的基因身份。他将其命名为“核蛋白”(后来，它被命名为“核酸”，即存在于细胞核中的酸性物质)而制造了机会研究核酸化学。然而，他是否意识到这一点令人怀疑核酸是基因的身份。在那之后，花了很久的时间证明了该化学物质的基因同一性。
第二章详细介绍了核酸结构，并分别阐述了不寻常的碱基对、DNA双链中的非规范骨架形状、带有结的分支DNA、多链DNA螺旋、RNA的结构。第三章、第四章分别介绍了非典型核酸的稳定性、非典型核酸的物理化学性质相关内容。第五章-第九章分别介绍了端粒、转录、翻译、复制的基础知识，也包含一些扩展内容的介绍。端粒是存在于真核细胞线状染色体末端的一小段DNA-蛋白质复合体，端粒短重复序列与端粒结合蛋白一起构成了特殊的"帽子"结构，作用是保持染色体的完整性和控制细胞分裂周期。端粒、着丝粒和复制原点是染色体保持完整和稳定的三大要素。端粒的长度反映细胞复制史及复制潜能，被称作细胞寿命的"
有丝分裂钟"。复制（duplication）是在分子进化过程中产生新的遗传物质的主要机制。它可以定义为遗传物质的任何复制行为。复制的常见来源包括异位重组、逆转录、异倍性、多倍性和滑链错配等。转录（Transcription）是遗传信息从DNA流向RNA的过程。即以双链DNA中的确定的一条链（模板链用于转录，编码链不用于转录）为模板，以A、U、C、G四种核糖核苷酸为原料，在RNA聚合酶催化下合成RNA的过程。翻译是蛋白质生物合成（基因表达中的一部分，基因表达还包括转录）过程中的第二步（转录为第一步），翻译是根据遗传密码的中心法则，将成熟的信使RNA分子（由DNA通过转录而生成）中“碱基的排列顺序”（核苷酸序列）解码，并生成对应的特定氨基酸序列的过程。但也有许多转录生成的RNA，如转运RNA（tRNA）、核糖体RNA（rRNA）和小核RNA（snRNA）等并不被翻译为氨基酸序列。
后续章节将基础知识与实际应用相结合，介绍了核酸与疾病、医疗相关联的知识，并在最后一个章节进行概括性总结。
非典型核酸的化学和生物学提供了一个全面的治疗非典型核酸的化学和生物学，包括它们的历史，结构，稳定性属性和函数。你将了解这些重要化合物在转录中的作用翻译，调节，端粒，解旋酶，癌症，神经退行性疾病，治疗应用、纳米技术等等。
本书分为15章，涵盖了非典型核酸的广泛方面书解释了为什么这些化合物存在于新的研究革命的前沿化学和生物学的交叉。非典型核酸的化学与生物学还涵盖了广泛的主题，了解这些通用和无所不在的关键的化学物质,包括:非规范结构的核酸对生物系统的动态调控的讨论核酸结构、在神经退行性疾病和各种疾病中的作用、非典型核酸的化学和生物学前景探讨、核酸的规范和非规范结构的历史以及非典型核酸的理化性质分析。
本书非常适合生物化学家，材料科学家和生物工程师阅读，未来也将在医学和药学图书馆中占有一席之地，能够提高对生命过程和非卡诺尼作用的理解。书中每个章节都不仅有概括性的介绍描述，还有结论总结、参考文献，整本书脉络和结构清晰，推荐阅读。
本书目录：
前言
1.核酸的典型和非典型结构的历史
1.1介绍
1.2双工的历史
1.3非沃森-克里克碱基对
1.4包括非沃森-克里克碱基对的核酸结构
1.5非典型核酸研究展望结构
1.6结论与展望
参考文献
2.现在的核酸结构
2.1介绍
2.2双工中不寻常的碱基对
2.2.1胡斯汀碱基对
2.2.2嘌呤-嘧啶错配
2.2.3嘌呤-嘌呤错配
2.2.4嘧啶-嘧啶错配
2.3DNA双链中的非规范骨架形状
2.4带有结的分支DNA
2.5多链DNA螺旋
2.6RNA的结构
2.6.1RNA的基本结构特征
2.6.2RNA二级结构中的元素
2.6.3RNA三级相互作用中的元素
27结论
参考文献
3.非典型核酸的稳定性
3.1介绍
3.2影响典型双链稳定性的因素
3.2.1氢键形成
3.2.2堆叠相互作用
3.2.3构象熵
3.3双相形成的热力学分析
3.4影响非典型核酸稳定性的因素
3.4.1影响三联体稳定性的因素
3.4.2影响四联体稳定性的因素
3.5非典型核酸的热力学分析
3.5.1分子内三元体系的热力学分析
3.5.2分子间三元体系的热力学分析
3.5.3四相体的热力学分析
3.6结论
参考文献
4.非典型核酸的物理化学性质
4.1介绍
4.2非典型核酸的光谱特性
4.3非典型核酸上的化学相互作用
4.4非正则结构的化学平台
4.5细胞内非典型核酸的理化性质
4.6结论
参考文献
5.端粒
5.1介绍
5.2端粒的结构性质
5.3端粒G4的生物学意义
5.4与端粒区有关的其他非规范结构
5.5结论
参考文献
6.转录
6.1介绍
6.2转录过程
6.2.1转录起始
6.2.2转录延伸
6.2.3转录终止
6.3某些DNA和RNA序列干扰转录过程
6.4DNA和RNA非规范结构对转录过程的干扰
6.5结论
参考文献
7.翻译
7.1介绍
7.2参与翻译机制的RNA
7.3翻译的一般过程
7.4影响翻译反应的RNA结构
7.5结论
参考文献
8.复制
8.1介绍
8.2复制机械
8.3复制初始化
8.4DNA链延伸
8.5终止复制
8.6复制的化学性质及其调控
8.7结论
参考文献
9.解旋酶
9.1介绍
9.2解旋酶的功能和结构
9.3解旋酶解旋非规范DNA结构
9.4基因表达中的G4解旋酶
9.5G4复制中的解旋酶
9.6G4解旋酶在端粒维持中的作用
9.7G4解旋酶缺失与疾病的关系
9.8G4解旋酶活性特性的研究细胞状况
9.9结论
参考文献
10.非正则结构核酸对生物系统的动态调控
10. 1介绍
10.2生物反应的时间标度
10.3受核酸动力学结构影响的中心教条过程
10.4结论
参考文献
11.癌症与核酸结构
11.1介绍
11.2癌症的详细机制
11.3癌细胞中核酸的非规范结构
11.4非规范核酸结构在癌细胞中的作用
11.5结论
参考文献
12.神经退行性疾病与核酸结构
12.1介绍
12.2蛋白质聚集诱导的神经退行性疾病
12.3DNA在神经退行性疾病中发挥关键作用
12.4RNA毒性在神经系统疾病中起关键作用
12.5结论
参考文献
13.治疗应用
13.1介绍
13.2寡核苷酸治疗
13.3非典型核酸结构作为治疗靶点
13.4诱导非典型核酸的非典型核酸材料的结构
13.5结论
参考文献
14.核酸材料科学与纳米技术
14.1介绍
14.2类似蛋白质功能的非规范结构纳米材料
14.3利用G4结合蛋白进行蛋白质工程
14.4G4诱导材料对基因表达的调控
14.5环境遥感
14.6结论
参考文献
15非规范核酸的化学与生物学的未来展望
15.1介绍
15.2探索潜力:非常规结构的性质
15.3核酸结构的系统化性质:非规范形成的预测
15.4先进技术:考虑并发反应的非规范结构的应用
15.5结论
参考文献
兰天 武汉大学生命科学学院 博士研究生