脱氧核糖核酸

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1、脱氧核糖核酸概述脱氧核糖核酸（英语： Deoxyribonucleic acid ，缩写为 DNA ）又称去氧核糖核酸，是一 种分子，可组成遗传指令，以引导生物发育与生命机能运作。主要功能是长期性的资讯储存， 可比喻为 “蓝图”或“食谱”。其中包含的指令，是建构细胞内其他的化合物，如蛋白质与RNA所需。带有遗传讯息的 DNA 片段称为基因，其他的 DNA 序列，有些直接以自身构造发挥作 用，有些则参与调控遗传讯息的表现。DNA 是一种长链聚合物，组成单位称为核苷酸，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

2、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 。在细胞内， DNA 能组织成染色体结构，整组染色体则统称为基因组。染色体在细胞分裂 之前会先行复制，此过程称为 DNA 复制。对真核生物，如动物、植物及真菌而言，染色体是 存放于细胞核内；对于原核生物而言，如细菌，则是存放在细胞质中的类核里。染色体上的 染色质蛋白，如组织蛋白，能够将 DNA 组织并压缩，以帮助 DNA 与其他蛋白质进行交互作 用，进

3、而调节基因的转录。编辑本段历史佛朗西斯克里克所绘 最早的DNA双螺旋草图最早分离出DNA的弗雷德里希米歇尔是一名瑞士医生，他在1869年，从废弃绷带里所残留 的脓液中，发现一些只有显微镜可观察的物质。由于这些物质位于细胞核中，因此米歇尔称之为“核素”（nuclein ）。到了 1919年，菲巴斯利文进一步辨识出组成 DNA的碱基、糖类以及磷酸核苷酸单元 3，他认为 DNA 可能是许多核苷酸经由磷酸基团的联结，而串联在一起。不过他所提出概念中，DNA长链较短，且其中的碱基是以固定顺序重复排列。1937年，威廉阿斯特伯里完成了第一张X光绕射图，阐明了 DNA结构的规律性。1928年，弗雷德里克格里

4、菲斯从格里菲斯实验中发现，平滑型的肺炎球菌，能转变成为粗糙型的同种细菌，方法是将已死的平滑型与粗糙型活体混合在一起。这种现象称为“转 型”。但造成此现象的因子，也就是 DNA，是直到1943年，才由奥斯瓦尔德埃弗里等人所 辨识出来。1953年，阿弗雷德赫希与玛莎蔡斯确认了 DNA的遗传功能，他们在赫希-蔡斯 实验中发现， DNA 是 T2 噬菌体的遗传物质。剑桥大学里一面纪念克里克与 DNA 结构的彩绘窗。到了 1953 年，当时在卡文迪许实验 室的詹姆斯沃森与佛朗西斯克里克，依据伦敦国王学院的罗莎琳富兰克林所拍摄的X光绕 射图及相关资料，提出了最早的 DNA 结构精确模型，并发表于自然期刊。

5、五篇关于此模 型的实验证据论文，也同时以同一主题发表于自然。其中包括富兰克林与雷蒙葛斯林的论文，此文所附带的X光绕射图，是沃森与克里克阐明DNA结构的关键证据。此外莫里斯威 尔金斯团队也是同期论文的发表者之一。富兰克林与葛斯林随后又提出了A型与B型DNA双螺旋结构之间的差异。 1962 年，沃森、克里克以及威尔金斯共同获得了诺贝尔生理学或医 学奖。克里克在1957年的一场演说中，提出了分子生物学的中心法则，预测了 DNA、RNA以 及蛋白质之间的关系，并阐述了 “转接子假说”（即后来的tRNA ）。1958年，马修梅瑟生与 富兰克林史达在梅瑟生-史达实验中，确认了 DNA的复制机制16。后来克

6、里克团队的研究 显示，遗传密码是由三个碱基以不重复的方式所组成，称为密码子。这些密码子所构成的遗 传密码，最后是由哈尔葛宾科拉纳、罗伯特 W霍利以及马歇尔沃伦尼伦伯格解出17。为 了测出所有人类的DNA序列，人类基因组计划于1990年代展开。到了 2001年，多国合作 的国际团队与私人企业塞雷拉基因组公司， 分别将人类基因组序列草图发表于 自然与科 学两份期刊。编辑本段分子结构DNA 的结构目前一般划分为一级结构、二级结构、三级结构、四级结构四个阶段。1. DNA 的一级结构是指构成核酸的四种基本组成单位 脱氧核糖核苷酸（核苷酸）， 通过 3,5磷酸二酯键彼此连接起来的线形多聚体，以及起基本单

7、位脱氧核糖核苷酸的排 列顺序。每一种脱氧核糖核苷酸由三个部分所组成：一分子含氮碱基 +一分子五碳糖 （脱氧核糖 ）+ 一分子磷酸根。核酸的含氮碱基又可分为四类：腺嘌吟（ade nine,缩写为A）,胸腺嘧啶（t hymine ,缩写为T），胞嘧啶（cytosine，缩写为C）和鸟嘌吟（guanine ,缩写为G）。D NA 的四种含氮碱基组成具有物种特异性。 即四种含氮盐基的比例在同物种不同个体间是一致 的，但再不同物种间则有差异。 DNA 的四种含氮碱基比例具有奇特的规律性，每一种生物 体DNA中A = T C = G查哥夫（Chargaff ）法则。2. DNA 的二级结构是指两条脱氧多核

8、苷酸链反向平行盘绕所形成的双螺旋结构。 DNA 的二级结构分为两大类：一类是右手螺旋，如 A-DNA、 B-DNA、 C-DNA、 D-DNA 等；另一 类是左手双螺旋，如Z-DNA。詹姆斯沃森与佛朗西斯克里克所发现的双螺旋，是称为 B型 的水结合型DNA，在细胞中最为常见（如图）。也有的DNA为单链，一般见于原核生物，如大 肠杆菌噬菌体QX174、G4、M13等。有的DNA为环形，有的DNA为线形。3. DNA 的三级结构是指 DNA 中单链与双链、双链之间的相互作用形成的三链或四链结 构。如H-DNA或R-环等三级结构。4. 核酸以反式作用存在（如核糖体、剪接体），这客看作是核算的四级水平

9、的结构。5.此外，DNA的拓扑结构也是DNA存在的一种形式。DNA的拓扑结构是指在DNA双螺旋的基础上，进一步扭曲所形成的特定空间结构。超螺旋结构是拓扑结构的主要形式，塔 可以分为正超螺旋和负超螺旋两类，在相应条件下，它们可以相互转变。在双螺旋的 DNA 中，分子链是由互补的核苷酸配对组成的， 两条链依靠氢键结合在一起。由于氢键键数的限制，DNA的碱基排列配对方式只能是 A对T或C对G。因此，一条链的 碱基序列就可以决定了另一条的碱基序列，因为每一条链的碱基对和另一条链的碱基对都必 须是互补的。在DNA复制时也是采用这种互补配对的原则进行的： 当DNA双螺旋被展开时， 每一条链都用作一个模板，

10、通过互补的原则补齐另外的一条链，即半保留复制分子链的开头部分称为3端而结尾部分称为5端，这些数字表示脱氧核糖中的碳原子编 号。编辑本段理化性质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 DN A 双键间的氢键断裂，双螺旋结构解开。编辑本段DNA及其结构的发现早在19世纪，人们就发现了核苷酸的化学成分。1944年，奥斯瓦德西奥多艾弗里通 过肺炎链球菌转化实验证明了 DNA 携带有遗传信

11、息，并认为 DNA 可能就是遗传物质。詹姆斯沃森和佛朗西斯克里克脱氧核糖核酸的结构的论文。1957年进一步的研究 揭示了 DNA 制造蛋白质的原理。分子生物学诞生。1962 年，沃森、威尔金斯、克里克赢得诺贝尔生物学或医学奖。 1988 年，沃森被任命 为人类基因组计划 (HGP )的负责人。【DNA 特点】a. DNA 是由核酸的单体聚合而成的聚合体。b. 每一种核酸由三个部分所组成：一分子含氮碱基 +一分子五碳糖 (脱氧核糖 )+一分子磷 酸根,DNA都是由C、H、0、N、P五种元素组成的。c. 核酸的含氮碱基又可分为四类：鸟嘌吟(Guanine)、胸腺嘧啶(Thymine)、腺嘌吟(Ad

12、e nine) 、胞嘧啶 (Cytosine)d. DNA 的四种含氮碱基组成具有物种特异性。即四种含氮碱基的比例在同物种不同个 体间是一致的，但再不同物种间则有差异。e. DNA的四种含氮碱基比例具有奇特的规律性，每一种生物体DNA中A=T C=G加卡夫法则。【解开 DNA 的秘密】当发现基因就是DNA后，人们还是想知道，这个 DNA是怎么样的一种东西，它又是通 过什么具体的办法把生命的那么多信息传递给新的接班人的呢？首先人们想知道 DNA 是由什么组成的， 人类总是爱这样刨问底。 结果有一个叫莱文的科 学家通过研究，发现 DNA 是由四种更小的东西组成，这四种东西的总名字叫核苷酸，就像四

13、个兄弟一样，它们都姓核苷酸，但名字却有所不同，分别是腺嘌吟（A）、鸟嘌吟（G）、胞嘧啶（C） 和胸腺嘧啶（T）,这四种名字很难记，不过只要记住 DNA是由四种核苷酸只是随便聚在一起 的、而且它们相互的连接没有什么规律，但后来核苷酸其实不一样，而且它们相互组合的方 式也千变万化，大有奥秘。现在，人们已基本上了解了遗传是如何发生的。 20 世纪的生物学研究发现：人体是由细 胞构成的，细胞由细胞膜、细胞质和细胞核等组成。已知在细胞核中有一种物质叫染色体， 它主要由一些叫做脱氧核糖核酸（DNA）的物质组成。生物的遗传物质存在于所有的细胞中，这种物质叫核酸。核酸由核苷酸聚合而成。每个核苷酸又由磷酸、核糖

14、和碱基构成。碱基有五种，分别为腺嘌吟（A）、鸟嘌吟（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）和尿嘧啶（U）。每个核苷酸只含有这五种碱基中的一种。单个的核苷酸连成一条链，两条核苷酸链按一定的顺序排列，然后再扭成“麻花”样，就构成脱氧核糖核酸（DNA）的分子结构。在这个结构中，每三个碱基可以组成一个遗传的密码”，而一个 DNA 上的碱基多达几百万，所以每个 DNA 就是一个大大的遗传密码本，里面所 藏的遗传信息多得数不清， 这种 DNA 分子就存在于细胞核中的染色体上。 它们会随着细胞分 裂传递遗传密码。人的遗传性状由密码来传递。人大概有 2.5 万个基因，而每个基因是由密码来决定的。 人的基因中既有相

15、同的部分，又有不同的部分。不同的部分决定人与人的区别，即人的多样 性。人的 DNA 共有 30 亿个遗传密码，排列组成约 2.5 万个基因。【结构】DNA 是由许多脱氧核苷酸残基按一定顺序彼此用 3， 5-磷酸二酯键相连构成的长链。 大 多数DNA含有两条这样的长链，也有的 DNA为单链，如大肠杆菌噬菌体 X174、G4、M13 等。有的 DNA 为环形，有的 DNA 为线形。主要含有腺嘌吟、鸟嘌吟、胸腺嘧啶和胞嘧啶4 种碱基。在某些类型的 DNA 中， 5-甲基胞嘧啶可在一定限度内取代胞嘧啶，其中小麦胚DNA 的 5-甲基胞嘧啶特别丰富，可达 6 摩尔。在某些噬菌体中， 5-羟甲基胞嘧啶取代了胞 嘧啶。 40 年代后期，查加夫（ E.Chargaff ）发现不同物种 DNA 的碱基组成不同，但其中的 腺嘌吟数等于其胸腺嘧啶数（A=T），鸟嘌吟数等于胞嘧啶数（G=C），因而嘌吟数之和等 于嘧啶数之和。一般用几个层次描绘 DNA 的结构。一级结构 DNA 的一级结构即是其碱基序列。基因就是 DNA 的一个片段，基因的遗传信 息贮存在其碱基序列中。 1975 年美国的吉尔伯特（ W.Gilbert ）和英国的桑格（ F.Sanger ） 分别创立了 DNA 一级结构的快速测定方法，他们为此共获 1980 年度诺贝尔化学奖。自那时 以后，测定方法又不断得到改进，已有不少 DNA