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1、基本简介单体脱氧核糖核酸聚合而成的聚合体脱氧核糖核酸链，也被称为DNA。在繁殖过程中，父代把它们自己DNA的一部分（通常一半，即DNA双链中的一条）复制传递到子代中，从而完成性状的传播。因此，化学物质DNA会被称为“遗传微粒”。原核细胞的拟核是一个长DNA分子。真核细胞核中有不止一个染色体，每条染色体上含有一个或两个DNA。不过它们一般都比原核细胞中的DNA分子大而且和蛋白质结合在一起。DNA分子的功能是贮存决定物种性状的几乎所有蛋白质和RNA分子的全部遗传信息;编码和设计生物有机体在一定的时空中有序地转录基因和表达蛋白完成定向发育的所有程序；初步确定了生物独有的性状和个性以及和环境相互作用时
2、所有的应激反应。除染色体DNA外，有极少量结构不同的DNA存在于真核细胞的线粒体和叶绿体中。病毒的遗传物质也是DNA，极少数为RNA，极其特别的病毒以蛋白质为遗传物质（朊病毒）。 DNA是一种长链聚合物，组成单位称为脱氧核苷酸，而糖类与磷酸分子借由酯键相连，组成其长链骨架。每个糖分子都与四种碱基里的其中一种相接，这些碱基沿着DNA长链所排列而成的序列，可组成遗传密码，是蛋白质氨基酸序列合成的依据。读取密码的过程称为转录，是根据DNA序列复制出一段称为RNA的核酸分子。多数RNA带有合成蛋白质的讯息，另有一些本身就拥有特殊功能，例如rRNA、snRNA与siRNA。 四链体DNA Sundpui
3、st和Klug在模拟1种原生动物棘毛虫的端粒DNA时,人工合成了1段DNA序列,发现在一定条件下模拟的富G单链DNA可形成四链体DNA结构。由此推测染色体端粒尾的单链之间也形成了四链体。Kang等人分别用实验证实在晶体和溶液中，富G DNA也能够形成四链体DNA结构。 四链体DNA的基本结构单位是G-四联体，即在四联体的中心有1个由4个带负电荷的羧基氧原子围成的“口袋”通过G-四联体的堆积可以形成分子内或分子间的右手螺旋，与DNA双螺旋结构比较，G-四联体螺旋有2个显著的特点：1、它的稳定性决定于口袋内所结合的阳离子种类，已知钾离子的结合使四联体螺旋最稳定；2、它的热力学和动力学性质都很稳定。
4、 就目前对一些生物的DNA序列分析得知，富鸟嘌呤的DNA序列多见于一些在功能上及进化上都相当保守的基因组区域，许多研究表明，富鸟嘌呤DNA链所形成的G-DNA可能是作为分子之间相互识别的元件之一，在生物体细胞中起着一些特殊作用 【DNA的结构】DNA分子是由两条核苷酸链以互补配对原则所构成的双螺旋结构的分子化合物。单个核苷酸由一个5碳糖连接一个或多个磷酸基团和一个含氮碱基组成。单个核苷酸再以 糖-磷酸-糖 的共价键形式连接形成DNA单链。两条DNA单链以互补配对形式，5端对应3端形成DNA双螺旋结构。其中两条DNA链中对应的碱基A-T以双键形式连接，C-G以三键形式连接，糖-磷酸-糖 形成的主
5、链在螺旋外侧，配对碱基在螺旋内侧。螺宽为2nm。 真核生物的DNA以高度有序的形式存在于细胞核内，在细胞周期的大部分时间里以松散的染色质形式出现，在细胞分裂期形成高度致密的染色体。核小体（nucleosome）是染色质的基本组成单位，由DNA和5种组蛋白共同构成。先由各两个分子的组蛋白H2A、H2B、H3和H4形成八聚体的核心组蛋白，之后进一步压缩成染色单体，在核内组装成染色体。 【DNA的复制】DNA是遗传信息的载体，故亲代DNA必须以自身分子为模板准确的复制成两个拷贝，并分配到两个子细胞中去，完成其遗传信息载体的使命。而DNA的双链结构对于维持这类遗传物质的稳定性和复制的准确性都是极为重要
6、的。 （一）DNA的半保留复制 Watson和Click在提出DNA双螺旋结构模型时曾就DNA复制过程进行过研究，发现DNA在复制过程中碱基间的氢键首先断裂（通过解旋酶），双螺旋结构解旋分开，每条链分别作模板合成新链。由于每个子代DNA的一条链来自亲代，另一条则是新合成的，故称之为半保留式复制(semiconservative replication)。 （二）DNA复制过程 1DNA双螺旋的解旋 （1）单链DNA结合蛋白（singlestranded DNA binding protein, ssbDNA蛋白） （2）DNA解链酶（DNA helicase） （3）DNA解链 2冈崎片段与半
7、不连续复制 3复制的引发和终止 （三）端粒和端粒酶 1941年美籍印度人麦克林托克（Mc Clintock）就提出了端粒(telomere)的假说，认为染色体末端必然存在一种特殊结构端粒。现在已知染色体端粒的作用至少有二： 保护染色体末端免受损伤，使染色体保持稳定； 与核纤层相连，使染色体得以定位。 【DNA的理化性质】DNA是大分子高分子聚合物，DNA溶液为高分子溶液，具有很高的粘度。DNA对紫外线有吸收作用，当核酸变性时，吸光值升高；当变性核酸可复性时，吸光值又会恢复到原来水平。温度、有机溶剂、酸碱度、尿素、酰胺等试剂都可以引起DNA分子变性，即使得DNA双键间的氢键断裂，双螺旋结构解开。
8、 在分子链螺旋过程中，位形熵起了十分关键的作用。 近年来对单根DNA分子进行拉伸的实验结果表示，在形变初期，由于熵力比键力微弱得多，可以达到甚大的伸长量；到大量形变后，分子拉直，要继续拉伸就得对键力做功，因而形变要困难得多。这也说明了熵力对DNA高弹性的影响。 【DNA的酶催化活性】20世纪90年代，Cuenoud等发现DNA也有酶催化活性，他们根据共有序列设计并合成了由47个核苷酸组成的单链DNAE47，它可以催化两个底物DNA片段之间的连接。DNA的双功能性对“RNA世界”的进化观点提出了挑战。 【分布和功能】原核细胞的染色体是一个长DNA分子。真核细胞核中有不止一个染色体，每个染色体也只
9、含一个DNA分子。不过它们一般都比原核细胞中的DNA分子大而且和蛋白质结合在一起。DNA分子的功能是贮存决定物种的所有蛋白质和RNA结构的全部遗传信息；策划生物有次序地合成细胞和组织组分的时间和空间；确定生物生命周期自始至终的活性和确定生物的个性。除染色体DNA外，有极少量结构不同的DNA存在于真核细胞的线粒体和叶绿体中。DNA病毒的遗传物质也是DNA。 【DNA的代谢】DNA合成DNA的合成是以一条DNA为为模板实施的同DNA的复制见前面叙述。 DNA的氧化分解DNA氧化分解，首先是分解成核苷酸，核苷酸又分解为磷酸和四种碱基（A腺嘌呤、T胸腺嘧啶、G鸟嘌呤、C胞嘧啶），嘌呤的过多主要就是核酸
10、的分解，在人体则是主要的内源性嘌呤和尿酸的来源，也是痛风的主要原因，最终分解为8-OHdG（8-羟化脱氧鸟苷），生物体的DNA是否被损伤了，过去没有人知道，经过近些年的研究，终于明白了DNA损伤后的主要标志物是8-羟化脱氧鸟苷(8-OHdG) 。 8-OHdG是敏感的DNA损害标志物1，因一个氢氧基接在鸟嘌呤的第8个碳上而形成。不过，其氧化“系由氧化应激所产生的羟自由基诱导”这一点，则为1984年葛西首次报道。8-OHdG由高效液相色谱分离后，容易为电化学方法检测出，现在许多研究室包括医院的检验科都能进行测定。另外，已于上世纪90年代研制出8-OHdG的特异性单克隆抗体，此后相关论文显著增加；
11、不但用于理解各种疾病,尚以作为预防医学健康指标的价值更加受到重视。进一步，近年已使用诸多抗氧化物质进行临床干预实验，期待着通过减少8-OHdG，来达到抗衰老和预防疾病 dna 结构目的。 【DNA的发现】自从孟德尔的遗传定律被重新发现以后，人们又提出了一个问题：遗传因子是不是一种物质实体？为了解决基因是什么的问题，人们开始了对核酸和蛋白质的研究。遗传学创始人孟德尔早在1868年，人们就已经发现了核酸。在德国化学家霍佩赛勒的实验室里，有一个瑞士籍的研究生名叫米歇尔（1844-1895），他对实验室附近的一家医院扔出的带脓血的绷带很感兴趣，因为他知道脓血是那些为了保卫人体健康，与病菌“作战”而战死
12、的白细胞和被杀死的人体细胞的“遗体”。于是他细心地把绷带上的脓血收集起来，并用胃蛋白酶进行分解，结果发现细胞遗体的大部分被分解了，但对细胞核不起作用。他进一步对细胞核内物质进行分析，发现细胞核中含有一种富含磷和氮的物质。霍佩赛勒用酵母做实验，证明米歇尔对细胞核内物质的发现是正确的。于是他便给这种从细胞核中分离出来的物质取名为 “核素”，后来人们发现它呈酸性，因此改叫“核酸”。从此人们对核酸进行了一系列卓有成效的研究。 20世纪初，德国科赛尔（1853-1927）和他的两个学生琼斯（1865-1935）和列文（18691940）的研究，弄清了核酸的基本化学结构，认为它是由许多核苷酸组成的大分子。
13、核苷酸是由碱基、核糖和磷酸构成的。其中碱基有4种（腺瞟呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶），核糖有两种（核糖、脱氧核糖），因此把核酸分为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）。 列文急于发表他的研究成果，错误地认为4种碱基在核酸中的量是相等的，从而推导出核酸的基本结构是由4个含不同碱基的核苷酸连接成的四核苷酸，以此为基础聚合成核酸，提出了四核苷酸假说。这个错误的假说，对认识复杂的核酸结构起了相当大的阻碍作用，也在一定程度上影响了人们对核酸功能的认识。人们认为，虽然核酸存在于重要的结构-细胞核中，但它的结构太简单，很难设想它能在遗传过程中起什么作用。 美国遗传学家摩尔根蛋白质的发现比核酸早30年，
14、发展迅速。进入20世纪时，组成蛋白质的20种氨基酸中已有12种被发现，到1940年则全部被发现。 1902年，德国化学家费歇尔提出氨基酸之间以肽链相连接而形成蛋白质的理论，1917年他合成了由15个甘氨酸和3个亮氨酸组成的18个肽的长链。于是，有的科学家设想，很可能是蛋白质在遗传中起主要作用。如果核酸参与遗传作用，也必然是与蛋白质连在一起的核蛋白在起作用。因此，那时生物界普遍倾向于认为蛋白质是遗传信息的载体。 1928年，美国科学家格里菲斯（1877-1941）用一种有荚膜、毒性强的和一种无荚膜、毒性弱的肺炎双球菌对老鼠做实验。他把有荚病菌用高温杀死后与无荚的活病菌一起注人老鼠体内，结果他发现
15、老鼠很快发病死亡，同时他从老鼠的血液中分离出了活的有荚病菌。这说明无荚菌竟从死的有荚菌中获得了什么物质，使无荚菌转化为有荚菌。这种假设是否正确呢？格里菲斯又在试管中做实验，发现把死了的有荚膜菌与活的无荚膜菌同时放在试管中培养，无荚膜菌全部变成了有荚膜菌，并发现使无荚膜菌长出蛋白质荚膜的就是已死的有荚膜菌壳中遗留的核酸（因为在加热中，荚膜中的核酸并没有被破坏）。格里菲斯称该核酸为转化因子。 1944年，美国细菌学家艾弗里（1877-1955）从有荚膜菌中分离得到活性的“转化因子”，并对这种物质做了检验蛋白质是否存在的试验，结果为阴性，并证明“转化因子”是DNA。但这个发现没有得到广泛的承认，人们怀疑当时的技术不能除净蛋白质，残留的蛋白质起到转化的作用。 美籍德国科学家德尔布吕克（1906-1981）的噬菌体小组对艾弗里的发现坚信不移。因为他们在电子显微镜下观察到了噬菌体的形态和进入大肠杆菌的生长过程。噬菌体是以细菌细胞为寄主的一种病毒，个体微小，只有用电子显微镜才能看到它。它像一个小蝌蚪，外部是由蛋白质组成的头膜和尾鞘，头的内部含有DNA，尾鞘上有尾丝、基片和小钩。当噬菌体侵染大肠杆菌时，先把尾部末端扎在细菌的细胞膜上，然后将它体内的DNA全部注人到细菌细胞中去，蛋白质空壳仍留在细菌细胞外面，再没有起什么作用了。进入细菌细胞后的噬菌体DNA，就利用细菌内的物质迅速合成噬菌体的DNA
