核酸与遗传信息
我们常常会发现，一株豌豆为什么能长出与亲本十分相似的植株？一只小猫的毛色为什么与它的父母有密切关系？这些现象其实都与生物体内保存并传递“信息”的大分子有关，这种大分子就是——核酸。核酸能够储存关于生命特征的遗传信息，使生物的各种性状一代代地传递下去。
在本章中，我们将首先学习核酸的基本组成和两种主要类型，理解“遗传信息写在碱基排列中”这一核心观点。这只是理解遗传奥秘的第一步。至于这些信息是如何被精确复制、以及怎样指导生命活动的全过程，我们会在后续的学习中继续深入探讨。
学习目标
- 说出核酸的基本组成单位是核苷酸，并能拆分一个核苷酸的三部分。
- 比较 DNA 与 RNA 在五碳糖和碱基种类上的主要区别，概括二者的共同点。
- 说明核酸与遗传信息储存、传递的关系。
- 理解 DNA 分子的多样性主要来自碱基排列顺序的多样性。
从信息说起
把一本食谱抄写在纸上，菜名和步骤的先后顺序不能随意调换：即使纸张和字的种类没有变，顺序变了，信息也就变了。生物体也需要一种能够记录信息的“材料”。核酸就是这样的生物大分子。
核酸并不是一块完整、不可分割的物质。它像由许多小积木连接而成的一条长链，组成它的基本小单位叫作核苷酸。核苷酸的种类及其排列，使核酸能够承载不同的信息。
图中的三部分要一起记：磷酸、五碳糖和含氮碱基。少了其中任何一部分，都不能称为一个完整的核苷酸。
先在图中拖动或点选三个组成部分，再把它们组合成一个核苷酸。
核苷酸与长链
一个核苷酸的三部分
核苷酸由以下三部分连接而成：
- 磷酸：是核苷酸的组成部分之一；
- 五碳糖：属于糖类，根据核酸种类不同可以是脱氧核糖或核糖；
- 含氮碱基：是核苷酸中具有差别、能够形成不同排列的一部分。
许多个核苷酸按照一定顺序聚合，形成核酸这一类生物大分子。因此，核酸属于生物大分子。这里要抓住两个层次：核苷酸是基本单位，核酸是由许多核苷酸聚合形成的大分子。
还要把“核苷酸”这个总称与具体类别对应起来：构成 DNA 的是脱氧核苷酸，构成 RNA 的是核糖核苷酸。两类核苷酸都包含磷酸、五碳糖和含氮碱基，但五碳糖不同，碱基的种类也有一项差别；因此，判断某分子属于哪类核酸时，不能只看到“它由核苷酸构成”。
为什么“顺序”很重要
若只比较组成材料，许多 DNA 分子都使用同样几类脱氧核苷酸；真正使信息不同的，是这些核苷酸中碱基的排列顺序。可以把碱基看成有限的字母，把碱基序列看成由字母排出的信息串。字母种类相同，不同的排列仍能组成大量不同的内容。
例如，A-C-G-T 与 A-G-C-T 使用的碱基种类相同、数量也相同，但排列位置不同，因此代表的遗传信息不同。这里讨论的是信息的编码差异，不需要把碱基数量多误认为信息一定更多。
思考：把“甲乙丙丁”重新排列，可以得到不同的排列方式。DNA 中四种碱基的不同排列，也使遗传信息具有极其丰富的可能性。
DNA 与 RNA
细胞中最常见的两类核酸是脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。它们名称相近、组成方式相似，但并不相同。
表格中的“DNA 有 T、RNA 有 U”是快速区分两类核酸的重要线索；同时也要看到，它们都含有 A、C、G，都由核苷酸连接而成，都是核酸。
下面的对照图解会把五碳糖和碱基标出。请根据线索判断每个模型代表 DNA 还是 RNA。
既有区别，也有联系
DNA 和 RNA 的联系可以概括为三点：
- 二者都由核苷酸聚合形成，基本结构层次相同。
- 二者的核苷酸都包含磷酸、五碳糖和含氮碱基。
- 二者都与遗传信息有关，只是承担的角色并不完全相同。
可以把判别过程固定为两步：先看五碳糖，脱氧核糖指向 DNA、核糖指向 RNA；再看特有碱基，T 是 DNA 的线索，U 是 RNA 的线索。若题干只给出 A、C、G 三种共同碱基，则信息不足以区分 DNA 和 RNA，必须继续寻找糖或 T、U 的信息。
比较时要使用准确的范围。不能简单说“DNA 只在细胞核中、RNA 只在细胞质中”，因为核酸在细胞内的分布并非这样绝对。对于有细胞核的细胞来说，细胞核是遗传信息的重要贮存场所；RNA 在细胞核和细胞质等区域都可以出现。这里的重点是分清分子种类和基本作用，不把分布规律说成绝对化的口号。
排列就是信息
DNA 怎样储存信息
DNA 分子中含有 A、T、C、G 四种碱基。四种碱基本身的种类有限，但一条 DNA 分子可以含有很多个脱氧核苷酸；碱基可以呈现极其多样的排列顺序。正是这种排列顺序，构成了 DNA 所储存的遗传信息。
阅读信息带时，可按从左到右的顺序逐位比较。只要某一位置的碱基不同，或者相同碱基的位置发生改变，两个序列就不是完全相同的序列。不要只数“共有几种碱基”，还要看“每一种碱基排在什么位置”。
多样性从哪里来
DNA 的多样性首先来自碱基排列顺序的多样性。打个比方，四种颜色的珠子可以按不同次序串成许多花样；同样，四种碱基在较长的 DNA 分子中可以形成数量极多的序列。这种多样性使不同生物、不同个体以及同一生物不同遗传信息片段具有区分度。
遗传信息能够被储存在 DNA 中，并在生命延续过程中由遗传物质承载和传递。现在只需把握“信息储存在哪里、以什么形式区分”的核心：主要储存在 DNA 中，区别体现在碱基的排列顺序中。遗传信息具体怎样复制和怎样影响性状，留待后续学习。
细胞中的角色
从细胞的视角看，核酸不是孤立存在的化学名称。DNA 主要负责保存遗传信息这一份“长期档案”；RNA 与遗传信息相关的生命活动相联系。二者共同使细胞拥有信息基础，但本章不展开它们之间的具体过程。
可以用一句话整理本节：核苷酸组成核酸，DNA 和 RNA 是两类主要核酸；DNA 的碱基排列顺序承载遗传信息。
这种表述并不意味着所有核酸的作用完全一样。做题时应根据题干给出的五碳糖、碱基种类或“遗传物质”等线索判断，不要把“核酸”“DNA”“RNA”当成可以随意互换的词。
例题解析
例题：某实验材料中检出两种核酸分子。甲分子的核苷酸中含脱氧核糖和碱基 T，乙分子的核苷酸中含核糖和碱基 U。下列判断正确的是（ ）。
A. 甲和乙的基本单位都是氨基酸
B. 甲是 RNA，乙是 DNA
C. 甲是 DNA，乙是 RNA，二者都属于核酸
D. 甲、乙中的碱基种类完全相同
解这类题时，先圈出“糖”和“特有碱基”两个关键词，再做判断，通常比背整段定义更稳妥。
现在尝试把两段序列按位置逐一比较，体会“只改变一个位置也会改变序列”的含义。
练习巩固
练习一
一个完整的核苷酸通常包含哪三部分？
提示：从“核苷酸是基本单位”回忆其组成，不要遗漏五碳糖。
练习二
某核酸含有碱基 U。它属于 DNA 还是 RNA？请写出判断依据。
提示：比较 DNA 和 RNA 的特有碱基。
练习三
两段 DNA 的碱基种类和各类碱基数量都相同，但排列顺序不同。它们所承载的遗传信息是否一定相同？为什么？
提示：信息由什么特征区分？
练习四
某核酸的碱基中检测到 A、C、G，但题干没有说明是否含 T 或 U，也没有给出五碳糖。能据此判断它一定是 DNA 或一定是 RNA 吗？请说明理由。
提示：先找出 DNA 与 RNA 共有的碱基，再判断现有线索是否足够。
易错提醒
- 把核苷酸和核酸混为一谈。核苷酸是组成单位，核酸是许多核苷酸聚合形成的大分子。
- 把 T 和 U 同时写进一种核酸。DNA 的碱基为 A、T、C、G；RNA 的碱基为 A、U、C、G。
- 只看碱基的种类，不看排列顺序。DNA 信息的差异关键在碱基排列顺序。
- 过早补写过程细节。本章只建立核酸与遗传信息的基础联系，不用复制或信息发挥作用的细节来替代本章结论。
- 把“主要”说成“全部”。绝大多数细胞生物以 DNA 作为遗传信息的主要储存者，但不能据此忽略 RNA 与遗传信息的关系。
小结
核酸是由许多核苷酸聚合形成的生物大分子，每个核苷酸都由磷酸、五碳糖和含氮碱基三部分组成。DNA 和 RNA 都属于核酸，且都由核苷酸构成；它们的主要区别在于所含的五碳糖和特有的碱基：DNA 含脱氧核糖和 T，不含 U，而 RNA 含核糖和 U，不含 T。
DNA 中有四种碱基（A、T、C、G），这些碱基的排列顺序高度多样，赋予 DNA 巨大的信息容量，可以储存多种多样的遗传信息。同时，DNA 作为主要的遗传物质，为遗传信息的稳定传递和生物性状的延续提供了物质基础；而 RNA 则在遗传信息的表达和调控过程中发挥着重要作用。