非典型核酸的化学与生物学
Chemistry and Biology of Non‐Canonical Nucleic Acids
作者：Naoki Sugimoto
出版社：WILEY‐VCH
索书号：Q52/S947/2021/Y
ISBN：9783527345212
藏书地点：武大外教中心
核酸是由核苷酸聚合而成的一类生物大分子，是生命体遗传信息的携带者，并承担着其它一些重要的生物学功能(参与基因的表达调控，遗传信息的传递，参与氨基酸的转运及蛋白质的体内合成)；是组成生命的最基本的分子之一；是分子生物学的主要研究对象。
生命体内的核酸分子，分为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)。20世纪中期，生物化学家们才弄清了DNA和RNA的化学结构，从而开启了分子层面研究生命现象的分子生物学时代。由含氮碱基和戊糖连接组成的结构单元称为核苷(Nucleoside)，核苷的名字与其包含的碱基相对应。核苷进一步与一个磷酸基团通过磷酸酯键相连接形成的结构单元，称为核苷酸(Nucleotide)。
DNA和RNA就是由这些核苷酸为组成单元，由磷酸二酯键相互连接形成的生物大分子。DNA和RNA中除了戊糖不一样外，所包括的碱基也存在着差别。它们分别包含四种碱基，DNA中为：腺嘌呤(A)、胞嘧啶(C)、鸟嘌呤(G)和胸腺嘧啶(T)，RNA中为：腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤和尿嘧啶(U)。
真核生物的DNA主要存在于细胞核中，主要作用是遗传信息的载体，携带着指导生命体生长发育及其它生命机能运作的遗传指令，DNA的一级结构即其序列记录了所有的遗传信息，并保证这种遗传信息传给下一代。
另外，有假说认为，地球上的生命起源早期，初始生命体是以RNA作为遗传信息的携带者及特定的功能分子。现在也还存在着较多种类的RNA病毒，是以RNA来编码遗传信息，比如已经过去了但给这个世界尤其是中国造成了巨大影响的COVID-2019的病原体，就是一种以RNA作为遗传信息载体的RNA病毒。
真核生物中，RNA主要存在于细胞质中，它们是以DNA为模板而形成的，直接参加蛋白质的生物合成过程，比如作为遗传信息传递者的mRNA，细胞内蛋白质合成细胞器核糖体RNA，蛋白质分子体内合成过程中转运氨基酸的tRNA，参与基因表达调控的miRNA等。
核酸的一级结构是指核酸分子中核苷酸的线性排列顺序。由于核苷酸之间的差异主要由包含的碱基不同造成，因而在表达时也可将其简化成碱基的符号进行表述。核酸的一级结构，即序列信息，是高级结构的基础，也是其功能的基础。解析核酸的一级结构的工作，称之为测序（sequencing）。
二级结构在生物化学及结构生物学中，是指一个生物大分子局部区段的三维通式。核酸二级结构形成，多数与碱基之间在生理条件下形成的氢键有关。在DNA中嘧啶碱基与嘌呤碱基之间通过氢键作用相互配对，表现为A与T通过两个氢键相连，而C与G通过三个氢键相连，因而，G-C配对的稳定性高于A-T配对的稳定性。DNA最著名的二级结构是双螺旋结构，由James Watson和Francis Crick在1953年提出。
在双螺旋结构中两条由脱氧核糖和磷酸交替连接形成的主链围绕一个共同轴心盘旋而上，形成外侧的骨架。互补配对的碱基则处于内侧，它们以垂直于螺旋轴的取向通过糖苷键与主链糖基相连。双螺旋的两条链是反平行的，由于连接于两条主链糖基上的配对碱基并非直接相对，使得在主链间沿螺旋形成空隙大小不一的的沟槽，它们分别被称为大沟(Major groove)和小沟(Minor groove)。小沟位于双螺旋的互补链之间，而大沟位于相毗邻的双股之间。大沟和小沟可以使部分碱基暴露出来，为双链DNA分子(dsDNA)与蛋白质和其他小分子的相互识别和相互作用提供了空间，具有重要的生物学意义。
自然界中可见的dsDNA结构主要包括A-DNA、B-DNA和Z-DNA三种。其中，B型为最常见的结构，最接近于大量存在于细胞中的DNA构象。B-DNA为右螺旋结构，与B-DNA相同，A-DNA也为右螺旋结构，但螺旋较短并且紧密，螺旋周期包括11个碱基。研究表明，A-DNA在基因表达中发挥着重要作用，并且可用作蛋白质-DNA复合物中的识别体。1979年，美国麻省理工学院和荷兰拉依登大学小组的研究成果证明了Z-DNA结构的存在。Z-DNA为左螺旋结构，并呈现锯齿形状。在Z-DNA中鸟嘌呤的一部分碳和氮原子在螺旋结构的表面暴露出来，其在研究致癌机制方面具有重要意义。
除了上述双链结构外，某些单链DNA中显示重复的DNA序列。在人类基因组中有超过50%的序列为重复的DNA序列，而简单重复序列占DNA总数的3%。在一定条件下这些重复序列可以形成独特的结构，例如：DNA三链、发卡结构、G-四链体结构和i-motif结构等，这些非典型的二级结构可能参与基因新陈代谢过程并参与重要的生物过程。
《非典型核酸的化学与生物学》一书于2021年由WILEY‐VCH出版。本书提供了非典型核酸的化学和生物学的全面信息，包括它们的研究历史，结构，稳定性，性质和功能。通过该阅读本书，读者将了解这些重要化合物在转录、翻译、调节、端粒、解旋酶、癌症、神经退行性疾病、治疗应用、纳米技术等方面的作用。本书为研究生，研究人员在物理，有机，分析和无机化学领域对非典型核酸的研究提供理论学习资源。本书分为15章，涵盖了非典型核酸的各个方面，解释了为什么这些化合物存在于化学和生物学交叉的新研究革命的前沿。
此外，本书作为研究非典型核酸的专业书记，内容专业详实，语言浅显易懂，除此之外还有以下特点：
1、本书不仅讨论了非典型结构的核酸对生物系统的动态调节，还详细介绍了核酸结构在神经退行性疾病和各种癌症中的作用，使读者能够更加全面地了解非典型核酸的化学和生物学。
2、索引文献丰富，证明了这本书的知识性，真实性。而且，这些索引文献绝大部分都是最新研究，让读者全面了解该领域的前沿进展。
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4、本书最鲜明的特点就是语言浅显易懂，对于初学者有很大的帮助。
本书目录
1. 核酸典型和非典型结构的历史
2. 核酸的结构
3. 非典型核酸的稳定性
4. 非典型核酸的物理化学性质
5. 端粒
6. 转录
7. 翻译
8. 复制
9. 解旋酶
10. 非正则结构核酸对生物系统的动态调控
11. 癌症与核酸结构
12. 神经退行性疾病与核酸结构
13. 治疗应用
14. 核酸材料科学与纳米技术
15. 非典型核酸化学与生物学的未来展望
兰天 武汉大学生命科学学院 博士研究生