去氧核糖核酸

DNA

去氧核糖核酸(DNA,為英文Deoxyribonucleic acid的縮寫),又稱脫氧核糖核酸,是染色體的主要化學

成分,同時也是組成基因的材料。有時被稱為“遺傳微粒”,因為在繁殖過程中,父代把它們自己DNA的一部分複製傳遞到子代中,從而完成性狀的傳播。

DNA的結構

DNA的結構目前一般劃分為一級結構、二級結構、三級結構、四級結構四個階段。

1.DNA的一級結構是指構成核酸的四種基本組成單位——脫氧核糖核苷酸(核苷酸),通過3',5'-磷酸二酯鍵彼此連線起來的線形多聚體,以及起基本單位-脫氧核糖核苷酸的排列順序。
每一種脫氧核糖核苷酸由三個部分所組成:一分子含氮鹼基+一分子五碳糖(脫氧核糖)+一分子磷酸根。核酸的含氮鹼基又可分為四類:腺嘌呤(adenine,縮寫為A),胸腺嘧啶(thymine,縮寫為T),胞嘧啶(cytosine,縮寫為C)和鳥嘌呤(guanine,縮寫為G)。DNA的四種含氮鹼基組成具有物種特異性。即四種含氮鹽基的比例在同物種不同個體間是一致的,但再不同物種間則有差異。 DNA的四種含氮鹼基比例具有奇特的規律性,每一種生物體DNA中 A=T C=G 加卡夫(Chargaff)法則
2.DNA的二級結構是指兩條脫氧多核苷酸鏈反向平行盤繞所形成的雙螺鏇結構。DNA的二級結構分為兩大類:一類是右手螺鏇,如A-DNA、B-DNA、C-DNA、D-DNA等;另一類是左手雙螺鏇,如Z-DNA。詹姆斯·沃森與佛朗西斯·克里克所發現的雙螺鏇,是稱為B型的水結合型DNA,在細胞中最為常見(如圖)。也有的DNA為單鏈,一般見於原核生物,如大腸桿菌噬菌體φX174、G4、M13等。有的DNA為環形,有的DNA為線形
3.DNA的三級結構是指DNA中單鏈雙鏈、雙鏈之間的相互作用形成的三鏈或四鏈結構。如H-DNA或R-環等三級結構。
4.核酸以反式作用存在(如核糖體、剪接體),這客看作是核算的四級水平的結構。
5.此外,DNA的拓撲結構也是DNA存在的一種形式。DNA的拓撲結構是指在DNA雙螺鏇的基礎上,進一步扭曲所形成的特定空間結構。超螺鏇結構是拓撲結構的主要形式,塔可以分為正超螺鏇和負超螺鏇兩類,在相應條件下,它們可以相互轉變。
在雙螺鏇的DNA中,分子鏈是由互補的核苷酸配對組成的,兩條鏈依靠氫鍵結合在一起。由於氫鍵鍵數的限制,DNA的鹼基排列配對方式只能是A對T或C對G。因此,一條鏈的鹼基序列就可以決定了另一條的鹼基序列,因為每一條鏈的鹼基對和另一條鏈的鹼基對都必須是互補的。在DNA複製時也是採用這種互補配對的原則進行的:當DNA雙螺鏇被展開時,每一條鏈都用作一個模板,通過互補的原則補齊另外的一條鏈,即半保留複製。
分子鏈的開頭部分稱為3'端而結尾部分稱為5'端,這些數字表示脫氧核糖中的碳原子編號。
DNA是大分子高分子聚合物,DNA溶液為高分子溶液,具有很高的粘度。DNA對紫外線有吸收作用,當核酸變性時,吸光值升高;當變性核酸可復性時,吸光值又會恢復到原來水平。溫度、有機溶劑、酸鹼度尿素、醯胺等試劑都可以引起DNA分子變性,即使得DNA雙鍵間的氫鍵斷裂,雙螺鏇結構解開。

DNA及其結構的發現

早在19世紀,人們就發現了核苷酸的化學成分。1944年,奧斯瓦德·西奧多·艾弗里通過肺炎鏈球菌

轉化實驗證明了DNA攜帶有遺傳信息,並認為DNA可能就是遺傳物質。
詹姆斯·沃森和佛朗西斯·克里克《脫氧核糖核酸的結構》的論文。1957年進一步的研究揭示了DNA製造蛋白質的原理。分子生物學誕生。
1962年,沃森、威爾金斯、克里克贏得諾貝爾醫學獎。1988年,沃森被任命為人類基因組計畫(HGP)的負責人。

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