关于無深奧術語而通俗易懂的簡單介紹,请见「
遗传学入门 」。
去氧核醣核酸(DNA)的雙股螺旋结構。在該结構中的原子 是按元素 進行顏色编碼,還有兩個鹼基對的詳细结構示於右下角
脫氧核醣核酸雙股螺旋
脱氧核醣核酸 (英語:d eoxyribon ucleic a cid ,縮寫 :DNA )又稱去氧核醣核酸 ,是一種生物大分子 ,可組成遺傳 指令,引導生物 發育 與生命 機能運作。主要功能是資訊儲存,可比喻為「藍圖」或「配方」[1] 。其中包含的指令,是建構細胞 內其他的化合物,如蛋白質 與核醣核酸 所需。帶有蛋白質編碼的DNA片段稱為基因 。其他的DNA序列,有些直接以本身構造發揮作用,有些則參與調控遺傳訊息的表現 。
DNA是一種長鏈聚合物 ,組成單位稱為核苷酸 ,而糖類 與磷酸 藉由酯 鍵相連,組成其長鏈骨架。每個糖單位都與四種鹼基 裡的其中一種相接,這些鹼基沿著DNA長鏈所排列而成的序列,可組成遺傳密碼 ,是蛋白質氨基酸 序列合成的依據。讀取密碼的過程稱為轉錄 ,是根據DNA序列複製出一段稱為RNA 的核酸分子。多數RNA帶有合成蛋白質的訊息,另有一些本身就擁有特殊功能,例如核糖體RNA 、小核RNA 與小干擾RNA 。
在細胞內,DNA能組織成染色體 結構,整組染色體則統稱為基因組 。染色體在細胞分裂 之前會先行複製,此過程稱為DNA複製 。對真核生物 ,如動物 、植物 及真菌 而言,染色體是存放於細胞核 內;對於原核生物 而言,如細菌 ,則是存放在細胞質 中的拟核 裡。染色體上的染色質 蛋白,如組織蛋白 ,能夠將DNA組織並壓縮,以幫助DNA與其他蛋白質進行交互作用,進而調節基因的轉錄。
一股脱氧核醣核酸上所具有的各類型含氮碱基 ,都只會與另一股上的一個特定類型鹼基產生鍵結。此種情形稱為互補性鹼基配對 。嘌呤與嘧啶之間會形成氫鍵 ,在一般情况下,A只與T相連,而C只與G相連。因此排列於雙螺旋上的核苷酸,便以這種稱為鹼基對的方式相互联结。除此之外,與脱氧核醣核酸序列無關的疏水性效應 ,以及π重疊 效應所產生的力 ,也是兩股脱氧核醣核酸能維持結合狀態的原因[2] 。由於氫鍵比共價鍵 更容易斷裂,這使雙股脱氧核醣核酸可能會因為機械力或高溫 作用,而有如拉鍊一般地解開[3] ,这种现象被称为DNA变性 。由於互補的特性,使位於雙股序列上的訊息,皆以雙倍的形式存在,這種特性對於脱氧核醣核酸複製過程來說相當重要。互補鹼基之間可逆且具專一性的交互作用,是生物脱氧核醣核酸所共同擁有的關鍵功能[4] 。
兩種不同的鹼基對分別是以不同數目的氫鍵結合:A-T之間有兩條;G-C之間則有三條(如本段上方左圖所示)。多一條氫鍵使GC配對的穩定性高於AT配對,也因此兩股脱氧核醣核酸的結合強度,是由GC配對所佔比例,以及雙螺旋的總長度來決定。當脱氧核醣核酸雙螺旋較長且GC含量較高時,其雙股之間的結合能力較強;長度較短且AT含量較高時,結合能力則較弱[5] 。雙螺旋上有某些部位必須能夠輕易解開,這些部位通常含有有較多的AT配對,例如細菌啟動子 上一段含有TATAAT序列的普里布諾盒 [6] 。在實驗室中,若找出解開氫鍵所需的溫度,也就是所謂熔點 (Tm ),便能計算出兩股之間的結合強度。當脱氧核醣核酸雙螺旋上所有的鹼基配對都解開之後,溶液中的兩股脱氧核醣核酸將分裂成獨立的分子。單股脱氧核醣核酸分子並無固定的形體,但仍有某些形狀較為穩定且常見[7] 。
^ Matt Ridley。蔡承志、許優優譯。《23對染色體》(Genome )。商周出版。2000年。ISBN 978-957-667-678-9
^ Ponnuswamy P, Gromiha M. On the conformational stability of oligonucleotide duplexes and tRNA molecules. J Theor Biol. 1994, 169 (4): 419 – 32. PMID 7526075 .
^ Clausen-Schaumann H, Rief M, Tolksdorf C, Gaub H. Mechanical stability of single DNA molecules . Biophys J. 2000, 78 (4): 1997 – 2007 [2007-06-20 ] . PMID 10733978 . (原始内容存档 (PDF) 于2019-09-24).
^ 引证错误:没有为名为Alberts
的参考文献提供内容
^ Chalikian T, Völker J, Plum G, Breslauer K. A more unified picture for the thermodynamics of nucleic acid duplex melting: a characterization by calorimetric and volumetric techniques . Proc Natl Acad Sci U S A. 1999, 96 (14): 7853 – 8 [2007-06-20 ] . PMID 10393911 . (原始内容存档 (PDF) 于2019-09-24).
^ deHaseth P, Helmann J. Open complex formation by Escherichia coli RNA polymerase: the mechanism of polymerase-induced strand separation of double helical DNA . Mol Microbiol. 1995, 16 (5): 817 – 24. PMID 7476180 .
^ Isaksson J, Acharya S, Barman J, Cheruku P, Chattopadhyaya J. Single-stranded adenine-rich DNA and RNA retain structural characteristics of their respective double-stranded conformations and show directional differences in stacking pattern. Biochemistry. 2004, 43 (51): 15996 – 6010. PMID 15609994 .