DNA
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DNA是什么DNA(脱氧核糖核酸)是一种包含着生物遗传信息的分子,它存在于细胞的核内以及一些细胞器如线粒体和叶绿体内。
这种分子由两条互补的链组成,通过螺旋结构相互缠绕。
DNA的结构DNA的基本结构包括四种碱基,即腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)。
这些碱基以特定的方式配对,形成碱基对,A与T之间有两个氢键,G与C之间有三个氢键。
DNA的链条由磷酸基团与脱氧核糖醇相互连接而成。
磷酸基团与脱氧核糖醇形成脱氧核苷酸,而脱氧核苷酸则以糖基与磷酸基团相连,形成DNA的链。
两条链通过碱基对的配对连接在一起,形成DNA的双螺旋结构。
DNA的功能DNA不仅包含着生物的遗传信息,还承担着重要的生物学功能。
其中最重要的功能是DNA作为遗传物质传递给后代,控制个体的遗传特征。
在细胞分裂过程中,DNA通过复制过程,使得每一个新生细胞都包含与母细胞相同的遗传信息。
这种复制过程是通过酶的作用,将DNA链分离并合成新的互补链的过程完成的。
同时,DNA的遗传信息还可以通过转录作用转化为RNA(核糖核酸),RNA再通过翻译过程转化为蛋白质。
蛋白质是生物体内重要的结构组分和功能分子,控制着细胞的生理活动。
DNA在遗传学研究中的应用DNA不仅仅是生物学中的重要分子,还在遗传学研究中发挥着重要的作用。
通过对DNA的分析,可以揭示物种间的亲缘关系、个体间的遗传差异以及某些疾病的遗传基础。
在现代遗传学研究中,常常使用DNA分析技术进行基因测序和DNA指纹鉴定。
基因测序可以确定一个个体的基因组序列,帮助我们了解其潜在的遗传信息。
而DNA指纹鉴定则是通过比较不同个体之间的特定DNA位点上的差异,来确定个体间的亲缘关系或者识别个体的身份,具有很高的准确性和可靠性。
DNA技术在医学、农业、生物研究等领域的应用也日益广泛。
例如,在医学诊断中,我们可以通过分析患者体内的DNA,来确定某些疾病的遗传因素以及个体对药物的敏感性,从而提供个体化的治疗方案。
DNA的结构与功能DNA,即脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic Acid),是生物体内一种重要的遗传物质,具有复杂而精确的结构与多种功能。
本文将从DNA的结构和功能两个方面进行探讨。
一、DNA的结构DNA的结构由四种不同的碱基(腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和鳃嘧啶)、磷酸基团和脱氧核糖组成。
DNA以双螺旋结构存在,形成一个类似于梯子的结构。
1. 碱基:DNA中的碱基包括腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)和鳃嘧啶(C)。
这些碱基通过氢键相互配对,腺嘌呤与鸟嘌呤之间形成三个氢键,胸腺嘧啶与鳃嘧啶之间形成两个氢键。
碱基的配对决定了DNA的遗传信息。
2. 磷酸基团:磷酸基团连接着碱基和脱氧核糖,形成了DNA的“骨架”。
磷酸基团使DNA具有负电荷,使得DNA能够与正电荷物质相互作用。
3. 脱氧核糖:脱氧核糖是一种含有五个碳原子的糖分子,与碱基、磷酸基团相结合,形成了DNA的核苷酸。
DNA的两条链通过脱氧核糖相连。
二、DNA的功能DNA作为生物体的遗传物质,具有多样的功能。
下面分别介绍其在遗传、蛋白质合成和进化中的作用。
1. 遗传DNA携带着生物体的遗传信息,通过遗传物质的复制和转录作用,在细胞分裂和繁殖过程中传递给下一代。
DNA上的碱基序列决定了生物体的基因组,影响个体的性状、发育和生理功能。
2. 蛋白质合成DNA通过转录和翻译作用参与了蛋白质的合成。
在转录过程中,DNA的信息被转录成为RNA(核糖核酸);而在翻译过程中,RNA被翻译成氨基酸序列,然后通过蛋白质合成机制产生特定的蛋白质。
DNA的碱基序列决定了蛋白质的氨基酸组合,从而确定了蛋白质的结构和功能。
3. 进化DNA的遗传机制是进化的基础。
通过突变和自然选择,DNA的序列可发生变化,进而导致物种的遗传多样性。
适应环境变化的个体将具有更高的生存和繁殖能力,从而在进化过程中起到关键的作用。
结论DNA作为生物体的遗传物质,在维持生物体内正常的遗传信息传递和蛋白质合成过程中起着重要角色。
dna的三种构型
DNA具有三种常见的构型:
1. B-DNA(右旋DNA):这是DNA最常见的构型,也是在
细胞中最常见的构象。
B-DNA是右旋的,呈螺旋形,每转10
个碱基对,DNA链的轴线上升高约3.4纳米,并且具有倾斜
角度。
B-DNA构型是由于DNA双链的碱基配对方式和糖基的构型所决定的。
2. A-DNA(右旋DNA):A-DNA是DNA的一种变异构型。
相比B-DNA,A-DNA的链轴线更形矮胖,每转11个碱基对,DNA链的轴线上升高约2.6纳米。
A-DNA的碱基对之间的距
离更近,因此比B-DNA的构型更为紧凑。
A-DNA主要出现
在DNA与某些蛋白质相互作用时,或在特殊的生理情况下。
3. Z-DNA(左旋DNA):Z-DNA是DNA的另一种变异构型。
与B-DNA和A-DNA的右旋构型不同,Z-DNA是DNA的一
种左旋结构,每转12个碱基对,DNA链的轴线上升高约4.6
纳米。
Z-DNA的形态是由特定的DNA序列、碱基对的方式和环境条件所决定的。
Z-DNA常出现在DNA序列中的一些特定位置或存在一定的生理或病理条件下。
什么是DNADNA,全称为脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic Acid),是一种复杂的分子,存在于生物体的细胞核中。
DNA是遗传信息的基础,它决定了生物体的遗传特征和生物性能。
本文将从DNA的结构、功能和应用等方面进行论述。
一、DNA的结构DNA由四种碱基(腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶)以及糖和磷酸组成。
在DNA的双链结构中,两条链通过碱基间的氢键相互连接,形成了螺旋状的双链结构。
DNA的结构使得它具有显著的稳定性和复制能力。
二、DNA的功能1. 遗传信息的储存:DNA是记录生物体遗传信息的分子,它携带了生物体的基因信息。
基因是控制蛋白质合成的指令,决定了生物个体的特征和功能。
2. 遗传信息的复制:DNA通过复制过程,保证了遗传信息的传递。
在细胞分裂过程中,DNA会通过复制,使得细胞与原细胞具有相同的遗传信息。
这也是生物体能够遗传基因给后代的重要机制。
3. 蛋白质的合成:DNA通过转录和翻译过程,进行基因表达,合成蛋白质。
这些蛋白质是构成生物体结构和调节生物体生理功能的重要分子。
三、DNA的应用1. 遗传研究:DNA的分子特性使得它成为遗传研究的重要工具。
通过对DNA的测序分析,可以揭示生物体的遗传信息,帮助人类进一步了解基因的功能和调控机制。
2. 法医学应用:DNA作为个体独特的遗传标记,被广泛应用于鉴定个体身份。
利用DNA指纹技术,可以在犯罪现场提取DNA样本,进行犯罪嫌疑人的溯源和身份确认。
3. 基因工程:DNA重组技术的发展,使得科学家可以通过改变DNA序列来创造新的基因型,从而实现对生物体性状的调节。
这在农业、药物研发等领域具有重要意义。
4. 基因治疗:通过修复或替换受损的DNA,基因治疗可以治疗一些原因是基因突变导致的遗传性疾病。
这为一些目前无法根治的疾病提供了新的治疗方法。
综上所述,DNA作为生物体遗传信息的基础,具有重要的结构和功能。
它不仅储存了生物个体的遗传信息,也通过蛋白质的合成实现了生物体的正常生理活动。
DNA的发现与历史DNA(脱氧核糖核酸)是构成生命的基础单位,它的发现与研究对于生物学和医学领域有着巨大的影响。
本文将讲述DNA的发现历史以及相关的重要里程碑事件。
一、DNA的初步认识19世纪末,科学家开始注意到细胞核内含有一种未知的物质,这种物质在细胞分裂时发生变化。
1882年,德国科学家汉斯·冯·瓦尔登宁首次提出了这种物质的命名“核酸”。
然而,在当时科学技术水平有限,科学家们对核酸的性质几乎一无所知。
二、格里菲斯的转化实验1928年,英国科学家弗雷德里克·格里菲斯进行了一项开创性的实验,这个实验成为后来DNA研究的重要奠基石。
格里菲斯使用两个不同类型的肺炎双球菌,发现当被一种被称为转化的现象影响时,一种菌株的特性可以被另一种菌株所取代。
这表明着遗传物质可以通过转化传递。
三、艾弗里的转化物质——DNA1930年代,奥斯瓦尔德·泰斯滕·艾弗里等科学家通过他们的实验证明,信使质体DNA是格里菲斯实验中所描述的转化物质。
这一发现引起了巨大的关注和兴趣,开启了对DNA的进一步研究。
四、查尔斯·沃森和詹姆斯·克里克的双螺旋结构模型1953年,查尔斯·沃森和詹姆斯·克里克基于一些早期的研究成果,提出了DNA的双螺旋结构模型。
他们通过运用X射线衍射技术和已有的实验数据,推测出了DNA的结构和组成方式。
这个双螺旋结构模型为解析DNA的功能和遗传机制奠定了基础。
五、克隆和基因组计划20世纪末,克隆技术的发展推动了DNA研究的进一步深入。
1972年,斯坦福大学的保罗·博尔和赫尔曼·穆伯格成功将DNA片段克隆到细菌中,确立了基因工程的基础。
此后,越来越多的科学家加入了基因克隆和基因组计划,致力于解读生命的遗传密码。
六、人类基因组计划1990年,国际人类基因组计划启动,其目标是测定并绘制出人类基因组的全部DNA序列。
DNA一.脱氧核糖核酸定义脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,缩写为DNA)又称去氧核糖核酸,是一种分子,双链结构,由脱氧核糖核苷酸(成分为:脱氧核糖、磷酸及四种含氮碱基)组成。
可组成遗传指令,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。
组成简单生命最少要265到350个基因。
1.中文名:脱氧核糖核酸2.外文名:deoxyribonucleic acid3.简称:DNA4.分子结构:双螺旋结构5.与基因的关系:基因是有效遗传的DNA片段6.复制方式:随机半保留复制7.作用:引导生物发育与生命机能运作二.理化性质DNA是一种长链聚合物,组成单位为四种脱氧核苷酸,即:腺嘌呤脱氧核苷酸(dAMP )、胸腺嘧啶脱氧核苷酸(dTMP )、胞嘧啶脱氧核苷酸(dCMP )、鸟嘌呤脱氧核苷酸(dGMP )。
而脱氧核糖(五碳糖)与磷酸分子借由酯键相连,组成其长链骨架,排列在外侧,四种碱基排列在内侧。
每个糖分子都与四种碱基里的其中一种相连,这些碱基沿着DNA长链所排列而成的序列,可组成遗传密码,指导蛋白质的合成。
读取密码的过程称为转录,是以DNA双链中的一条单链为模板转录出一段称为mRNA(信使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能与蛋白质结合形成染色体,整组染色体则统称为染色体组。
对于人类而言,正常的人体细胞中含有46条染色体。
染色体在细胞分裂之前会先在分裂间期完成复制,细胞分裂间期又可划分为:G1期-DNA合成前期、S期-DNA合成期、G2-DNA合成后期。
对于真核生物,如动物、植物及真菌而言,染色体主要存在于细胞核内;而对于原核生物,如细菌而言,则主要存在于细胞质中的拟核内。
论什么是DNA和RNADNA和RNA是生物体内两种核酸,它们在生命的遗传信息储存和转录翻译过程中起着重要的作用。
DNA是脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic Acid)的缩写,而RNA则是核糖核酸(Ribonucleic Acid)的缩写。
一、DNA的组成和结构DNA由四种碱基(腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和鳞状嘧啶)组成,通过磷酸酯键连接成长链状结构。
DNA的两条链呈反向互补的双螺旋结构,形成了一个又长又细的螺旋梯形。
每个碱基对都由一对互补的碱基连接,腺嘌呤与胸腺嘧啶形成两个氢键连接,鸟嘌呤与鳞状嘧啶形成三个氢键连接。
二、DNA的作用和功能1. 遗传信息的储存:DNA是生物体内遗传信息的载体,通过基因的组合和排列,确定了生物体的遗传特征。
每个生物体的细胞都包含了同样的DNA分子,而通过基因的表达与调控,使得个体在形态、功能和生理上有所差异。
2. 染色体的组织和稳定:DNA通过与蛋白质相互作用,形成了染色体结构。
DNA缠绕在组蛋白上,进一步形成了核小体,再经过不同级别的结构组织,最终形成染色体。
染色体的稳定性对维持基因组正常功能起到了重要作用。
三、RNA的组成和结构与DNA相比,RNA在化学组成上有一些差异:RNA中的胸腺嘧啶被尿嘧啶取代,以及缺少了脱氧核糖核酸中的氧原子。
RNA分为多种类型,包括信使RNA(mRNA)、转运RNA(tRNA)和核糖体RNA (rRNA)等。
四、RNA的作用和功能1. 转录:转录是DNA合成RNA的过程,通过酶的作用,使得DNA上的遗传信息转化为RNA序列。
在此过程中,RNA的碱基配对规则与DNA相同,但鸟嘌呤与尿嘧啶配对,胸腺嘧啶与腺嘌呤配对。
2. 翻译:翻译是把mRNA信息翻译成蛋白质的过程。
mRNA上的信息被转移RNA识别并携带到核糖体上,根据遗传密码,合成出具有特定氨基酸序列的多肽链。
3. 调控基因表达:在基因的调控过程中,许多RNA分子起到了重要的作用。
dna复制的基本步骤
DNA复制的基本步骤包括三个主要过程:解旋、复制和连接。
解旋:DNA复制的第一步是解旋,即DNA双链的分离。
DNA的两条链被酶称为DNA解旋酶和螺旋酶解开一小段,形成一个复制起点。
解旋过程会在DNA链的前进方向上不断进行,逐渐揭示更多的单链DNA。
模板链合成:在解旋后,DNA复制的下一步是模板链合成。
在合成过程中,DNA 聚合酶沿着模板链进行反应,根据碱基配对规则在合成链上添加互补碱基。
这个过程是半保持复制,即新合成的链以模板链为模板,将模板链的信息拷贝到新链中。
连接:最后一步是连接,即将新合成的两条单链重新结合成双螺旋结构。
这个过程需要DNA连接酶的作用。
在完成以上步骤后,DNA复制就完成了。
这个过程是在细胞内进行的,并且需要能量和酶的作用。
DNA复制是生物体生长、发育和繁殖的基础,对于遗传信息的传递和保持物种的稳定性具有重要意义。
DNA结构及功能DNA(脱氧核糖核酸)是构成生命基因的重要分子。
它在细胞中起着存储遗传信息和携带遗传信息的功能。
本文将探讨DNA的结构和功能,以及其在生物学和医学中的重要性。
一、DNA的结构DNA由四种核苷酸单元组成,分别是腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)。
这些核苷酸单元通过磷酸二酯键连接成链状结构。
DNA的两条链通过氢键相互结合,形成双螺旋结构。
这个结构类似于一条梯子,两条链缠绕在一起,中间由碱基对连接。
二、DNA的功能1. 遗传信息的存储与传递DNA是生物体内遗传信息的存储库。
每个细胞内都包含有遗传信息,这些信息决定了生物体的特征和功能。
DNA通过遗传信息的复制和传递,使子代继承了父辈的遗传特征,并保证了种族的传承。
2. 蛋白质合成DNA中的遗传信息通过转录和翻译的过程转化为蛋白质。
转录是指DNA的信息被转化成RNA,在这个过程中,DNA的双螺旋结构被解开,形成RNA的复制本。
然后,RNA通过翻译的过程将信息转化成蛋白质,最终决定了生物体的结构和功能。
三、DNA在生物学中的重要性1. 进化研究DNA序列的比较可以揭示物种之间的亲缘关系和进化过程。
通过研究DNA的变异和突变情况,科学家可以推测不同物种之间的共同祖先以及进化的轨迹,从而深入了解生命的起源和进化的规律。
2. 基因治疗DNA在基因治疗中发挥着重要作用。
基因治疗是利用DNA和RNA来修复或替代缺陷基因的方法。
通过将正确的基因导入到患者的细胞中,可以治疗一些先天性疾病和遗传性疾病。
这一领域的发展为许多患者带来了新的希望。
四、DNA在医学中的重要性1. 诊断疾病DNA分析技术在医学诊断中起着关键作用。
通过对DNA的测序和分析,医生可以确定某些疾病的遗传基础,诊断患者的疾病类型,制定个体化的治疗方案。
2. 犯罪侦查DNA在犯罪侦查中被广泛应用。
通过提取犯罪现场或嫌疑犯的DNA样本,与数据库中的DNA信息比对,可以确定嫌疑人是否与案件有关。
DNA,全称为脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic Acid),是生物体内携带遗传信息的分子。
它是一种长长的生物大分子,由四种碱基(腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶)按照特定的顺序排列而成,这些碱基通过磷酸二酯键连接在一起,形成了双螺旋结构。
DNA不仅是遗传信息的载体,还是生物繁殖和遗传的基本物质。
一、DNA作为遗传信息的载体DNA是生命体系中最重要的信息分子之一。
它携带着从一代传递到下一代的遗传指令,这些指令指导着生物体的发育、生长和繁衍。
通过对DNA序列的解码,我们可以了解到一个生物体的所有遗传特征,包括其形态、生理功能和行为等。
二、双螺旋结构的特点DNA的双螺旋结构是其稳定性的基础,也是其遗传信息传递的关键。
在这个结构中,两条链相互缠绕,形成了一个右手螺旋的梯子形状。
碱基对之间通过氢键相互连接,保持了DNA双链的稳定性和互补性。
这种双螺旋结构使得DNA能够在生物体内进行有效的复制和转录,保证了遗传信息的准确传递。
三、DNA的复制和转录过程在生物体内,DNA的复制和转录是两个基本过程。
DNA复制是指DNA分子在细胞分裂过程中,以原有的DNA分子为模板,合成两个完全相同的子代DNA分子的过程。
这个过程需要DNA聚合酶的催化,以及四种游离的脱氧核糖核苷酸作为原料。
通过精确的碱基配对和磷酸二酯键的形成,DNA分子实现了精确的复制和遗传信息的传递。
DNA转录则是以DNA的一条链为模板,合成RNA分子的过程。
这个过程需要RNA聚合酶的催化,以及四种游离的核糖核苷酸作为原料。
通过碱基配对和磷酸二酯键的形成,RNA分子在DNA模板的指导下合成出来,进而参与到蛋白质的合成过程中。
四、DNA的损伤与修复DNA在生物体内时刻面临着各种损伤和突变的威胁,如化学物质的攻击、紫外线的照射、自由基的作用等。
这些损伤和突变可能导致遗传信息的丢失或改变,进而影响到生物体的正常功能和发育。
为了维护DNA的稳定性和完整性,生物体发展出了一套精密的DNA损伤修复机制。
DNA(Deoxyribonucleic acid),中文译名为脱氧核糖核酸,是染色体的主要化学成分,同时也是基因组成的,有时被称为“遗传微粒”。
DNA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。
◎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DNASundpuist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GDNA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。
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1.DNA双螺旋的解旋(1)单链DNA结合蛋白(single—stranded DNA binding protein, ssbDNA蛋白)(2)DNA解链酶(DNA helicase)(3)DNA解链2.冈崎片段与半不连续复制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二:①保护染色体末端免受损伤,使染色体保持稳定;②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。
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DNA——E47,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;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。
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(1869--1940)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。
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。
◎ DNA重组技术的发展20世纪50年代,DNA双螺旋结构被阐明,揭开了生命科学的新篇章,开创了科学技术的新时代。
随后,遗传的分子机理――DNA复制、遗传密码、遗传信息传递的中心法则、作为遗传的基本单位和细胞工程蓝图的基因以及基因表达的调控相继被认识。
至此,人们已完全认识到掌握所有生物命运的东西就是DNA和它所包含的基因,生物的进化过程和生命过程的不同,就是因为DNA和基因运作轨迹不同所致。
知道DNA的重大作用和价值后,生命科学家首先想到能否在某些与人类利益密切相关的方面打破自然遗传的铁律,让患病者的基因改邪归正以达治病目的,把不同来源的基因片段进行“嫁接”以产生新品种和新品质……于是,一个充满了诱惑力的科学幻想奇迹般地成为现实。