DNA - 脱氧核糖核酸

什么是DNA

DNA（脱氧核糖核酸）是一种含有动植物遗传信息的分子。它是任何生物体构建和维持的基础。任何生物体的所有细胞都含有 DNA。DNA 负责存储和传递遗传信息以及特征，从一代到下一代。它包含构建所有类型蛋白质所需的信息。

DNA 的发现

DNA 结构的发现是由弗朗西斯·克里克和詹姆斯·沃森领导的。它于 1953 年被发现。罗莎琳德·富兰克林的工作启发了他们。他是第一个发现 DNA 结构由两个螺旋组成的人。在他的发现之前，格雷戈尔·孟德尔已经发现遗传实体存在。这些实体现在被称为基因。

DNA 是维持所有生物特征的单位。此外，DNA 在繁殖过程中从一个生物体传递给后代；这只是父代生物体 DNA 的一部分。因此，后代获得了其父代生物体的性状；这包括结构和功能特征。因此，后代与其父母相似，并且也存在变化的范围，这确保了生命的生物多样性。

DNA 的形成

DNA 是一种扭曲的双螺旋状分子，本质上很复杂，呈梯子状。DNA 链由 A、T、G 和 C 组成。A、G、C 和 T 分别代表腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶。存在长序列的 A、T、G 和 C，它们被称为 DNA 的四种碱基。这些是具有固定配对模式的氮碱基。这些碱基配对在一起形成 DNA 的梯子状结构。

碱基之间遵循标准的配对方式。碱基总是 A 与 T 配对；C 与 G 配对。所有碱基对都通过氢键连接。DNA 链的开头称为 5'（五端），结尾称为 3'（三端）。

通过碱基排列的顺序预测以代码形式存储的信息。在人类中，近 99% 的 DNA 是相同的，不同的碱基序列决定了维持和构建生物体所需的信息。

DNA 的结构

由单核苷酸组成的长的聚合物链构成了 DNA 分子的复杂链。DNA 中的脱氧核糖糖分子连接到磷酸基团和一种氮碱基。这些氮碱基是两种嘌呤，即腺嘌呤和鸟嘌呤，而两种嘧啶是胞嘧啶和胸腺嘧啶。一个核苷酸的磷酸连接到另一个核苷酸的糖。因此，将两个核苷酸连接在一起，这个过程形成糖-磷酸骨架。从糖-磷酸骨架上，氮碱基突出。氢键将两条链固定在一起。A、T、G 和 C 之间存在固定的键合顺序。键合方式是腺嘌呤总是与胸腺嘧啶结合，鸟嘌呤与胞嘧啶结合。

DNA 的主要功能

DNA 负责将信息从一代传递到下一代。DNA 的主要功能，它是生物体中最关键的分子，包括：

1. 遗传信息以编码形式存储在 DNA 中。
2. DNA 具有指导蛋白质合成的功能。
3. DNA 负责确定生物体的遗传密码。
4. DNA 控制遗传、进化、代谢活动和分化。

DNA的功能

这种复杂的 分子 DNA，负责存储遗传信息、监测蛋白质合成和控制遗传以保持多样性等功能。由于它是一个重要的分子，了解 DNA 的功能至关重要。DNA 的构型通常非常稳定。DNA 就像新形成的 DNA 分子的模板。此外，它还作为生产 RNA 分子的标准。基因是根据代码以特定方式负责蛋白质合成的 DNA 片段。

DNA 的复制

DNA 复制通过 DNA 链的分离进行。每条分离的 DNA 链现在都是新 DNA 链的模板。新链是通过遵循形成双螺旋的氢键的相同模式形成的。利用原始 DNA 形成两个 DNA 分子。这些新的 DNA 分子包含一条新链和一条旧链。这种 DNA 复制被称为 DNA 的半保留复制。由于这种复制方式，遗传性状得以稳定继承。

细胞内 DNA 的排列

在细胞内，DNA 存在于 染色体中，染色体是致密的蛋白质。DNA 在细胞中的位置取决于生物体是 真核生物还是原核生物。通常，在真核生物的细胞核中存在 DNA，但它也存在于 线粒体和叶绿体中。然而，由于原核生物缺乏明确的细胞核，DNA 以单个染色体的形式存在。这种染色体是环状的，直接存在于细胞质中。

不同生物体中的 DNA

在一些原核生物中，存在质粒。这些是自主的染色体外 DNA，充当自我复制的遗传物质。DNA 或 RNA 存在于病毒中，遗传物质可以是单链或双链。控制遗传的物质以单链 RNA 的形式存在于逆转录病毒中。这些产生逆转录酶，能够从 RNA 生成 DNA 链。人类基因组中有富含鸟嘌呤的区域，在这些区域发现了四链 DNA。这种 DNA 被称为 G-四链体。

DNA 在人类中的功能

人体中的所有功能都是基于基因编码的蛋白质来执行的。例如，α-珠蛋白是一种蛋白质，其构建基于 HBA1 人类基因中编码的指令。α-珠蛋白是血红蛋白的组成部分，血红蛋白是一种负责在红细胞中携带氧气的蛋白质。另一个具有重要合成蛋白质功能的基因的例子是识别鼻腔气味的基因。这种蛋白质被称为嗅觉受体。

DNA 测序

DNA 碱基的序列通过一种称为 DNA 测序的技术来确定。研究人员利用这项技术来获得 DNA 序列中基因、染色体或基因组的顺序。

DNA 位于何处

每个生物体身体的每个细胞都包含 DNA。DNA 存在于两个位置：细胞核和线粒体。核 DNA 位于细胞核中，线粒体 DNA 位于线粒体中。线粒体负责将食物中的能量转化为身体可以利用的形式，以执行其功能。

DNA 的性质

• DNA 由两种螺旋组成：右手螺旋和左手螺旋。右手和左手螺旋在 DNA 的稳定性方面有所不同。最稳定的 DNA 是 B-构象，具有右手螺旋。
• DNA 链在加热时分离，在冷却时杂交。
• 熔解温度是指 DNA 链相互分离的温度，该温度对于每个序列都不同。
• DNA 序列的排列方式与蛋白质中氨基酸的排列顺序一致，这对于所有生物体都是正确的。
• DNA 作为一种稳定的分子，可以长期保存复杂的遗传信息。

DNA 的类型

根据位置，DNA 分为两种类型。这些类型是核 DNA 和线粒体 DNA。

核 DNA

• 此 DNA 的位置在细胞核中。
• 每个细胞中有两份副本。
• 核 DNA 由具有开放末端的线性染色体组成。
• 核 DNA 包含 46 条染色体，包括 30 亿个核苷酸。
• 它们是二倍体，从父母双方继承。
• 核 DNA 的突变率为 0.3%。

线粒体 DNA

• 此 DNA 的位置在细胞的线粒体中。
• 每个细胞中有 100 到 1000 份副本。
• 线粒体 DNA 的结构是闭合的环状。
• 人类线粒体 DNA 中有 16,569 个核苷酸。
• 它们是单倍体，仅从母亲继承。
• 与核 DNA 相比，线粒体 DNA 的突变率更高。

DNA 存在的形式

DNA 主要存在以下形式：

B-DNA：这是最常见的 DNA 形式之一，最初是通过 X 射线衍射对 DNA 纤维的钠盐进行实验发现的。该实验在 92% 的相对湿度下进行。

A-DNA：在进行 X 射线衍射分析时发现的。该实验在 75% 的相对湿度下进行。

Z-DNA：呈锯齿状图案，结构是左手双螺旋。

C-DNA：在使用 Li+ 和 Mg2+ 离子时发现的。该实验在 66% 的相对湿度下进行。

D-DNA：这是一种非常罕见的 DNA 变体，每个螺旋周包含八个碱基对。

E-DNA：这是偏心和延长的 DNA 形式。

DNA 检测方法

人类的 DNA 描绘了他们的遗传信息，因此能够预测疾病及其风险。DNA 检测有多种应用，包括诊断遗传性疾病和预测一个人是否携带可能遗传给子女的基因突变。DNA 检测的另一个重要功能是预测遗传性疾病，并检查该人患遗传病的风险。例如，如果一个人进行 DNA 检测，就可以诊断出 BRCA1 和 BRCA2 等基因突变，这些基因突变与乳腺癌和卵巢癌有关。

基因检测或 DNA 检测是有后果的；因此，人们通常会接受基因咨询，这使人们受益，因为他们能更好地理解结果。

许多人进行 DNA 检测以寻找他们的家谱，并了解他们的祖先是谁。

DNA 结构中的沟

1. DNA 分子包含两个不对称的沟。这些沟的存在是由于 DNA 的双螺旋结构。这两个沟一个比另一个小。
2. DNA 由磷酸、糖和碱基基团组成。这些基团键合的力导致碱基基团形成 120 度角而不是 180 度角。这种几何构型是其不对称结构的原因。
3. 当骨架分开较远时，会形成较大的沟，称为大沟；当骨架靠得足够近时，会形成较小的沟，称为小沟。
4. 沟的主要应用之一是确定 DNA 序列，因为大沟和小沟会显示出它们的边缘。
5. 为了细胞和身体的正常功能，蛋白质必须能够识别 DNA 序列。因此，识别至关重要。

DNA 的重要性

• DNA 是生物体中微小但重要的组成部分。没有 DNA，生命就不会存在，一切都将是无生命的。
• DNA 负责使生命多样化，使每个生物都不同且特别。
• DNA 使生物体能够正常运作和生存。
• DNA 控制着主要的细胞功能，甚至是细胞分裂。
• DNA 的研究使人们在农业、病毒学、家谱和法医学等领域取得了卓越成就。

结论

DNA 的发展和发现为农业、医学和研究等各个领域带来了新的可能性。DNA 对我们的生存以及所有生物元素的生存都至关重要。因此，研究和理解其结构和功能对于开发有助于我们在各个领域取得卓越成就的技术至关重要。