文档介绍：脱氧核糖核酸
概述
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,进而调节基因的转录。
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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。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。
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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:腺嘌呤(adenine,缩写为A),胸腺嘧啶(thymine,缩写为T),胞嘧啶(cytosine,缩写为C)和鸟嘌呤(guanine,缩写为G)。DNA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