DNA结构

---

简介

DNA是一种极其微小的结构，紧密地包裹在每个细胞内，不断地发出指令，指导人体运作。

脱氧核糖核酸（DNA）是负责将父母的特征传递给孩子的遗传分子。DNA存在于细胞核内，决定着生物体的结构、功能和发育。

大多数DNA都包裹在细胞核内，称为**核DNA**，而相对较少量的DNA存在于细胞的线粒体中，称为**线粒体DNA**。

遗传信息以四种含氮碱基的形式存储——**腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)**，形成密码。参见图1.1。这四种碱基被称为碱基对，其中腺嘌呤(A)总是与胸腺嘧啶(T)配对，胞嘧啶(C)总是与鸟嘌呤(G)配对。这些A-T和C-G对沿DNA排列的顺序决定了几乎所有个体的特征——头发颜色、眼睛颜色、身高等等。

这些碱基对(A-T和C-G)一侧连接到糖分子，另一侧连接到磷酸分子。碱基、糖分子和磷酸分子一起构成**核苷酸**，即单链DNA。碱基对像梯子的踏板一样组合在一起，并扭曲形成双螺旋结构，磷酸分子连接到侧面，在每一侧形成细长的垂直侧臂。核苷酸结合在一起形成核酸或DNA。

位置

DNA分子紧密地盘绕在染色体内部，染色体存在于细胞核中。这些螺旋状结构绕组蛋白（一种蛋白质分子，充当DNA盘绕的支持系统）盘绕。99.9%的DNA在所有人类中都是相同的，而微小的百分比则解释了多样性。

大小和结构

DNA链的大小在2.2-2.6纳米之间，单个核苷酸的长度约为0.33纳米。(1纳米=1*10^-9米)。如果仔细观察，四个碱基(A、T、C和G)是通过氢键连接在一起的含氮化合物。

腺嘌呤和胸腺嘧啶通过两个氢键结合在一起，而胞嘧啶和鸟嘌呤通过三个氢键结合在一起。

腺嘌呤和鸟嘌呤被称为嘌呤——它们的两个环中各有两个碳氮键。胸腺嘧啶和胞嘧啶被称为嘧啶——它只有一个环，并连接一个碳氮键。嘌呤总是与嘧啶结合(A-T和C-G)。

每条DNA链与另一条链结合形成双螺旋结构，因为嘌呤和嘧啶通过氢键连接在一起。

DNA类型

根据螺旋模式、结构、序列和链数，DNA主要分为三种类型，以及其他类型——A-DNA、B-DNA和Z-DNA。

特性	A-DNA	B-DNA	Z-DNA
螺旋卷曲	右手螺旋	右手螺旋	左手螺旋
沟槽描述	骨架相距较远形成大沟；骨架较近形成小沟	大沟深而宽；小沟窄而深	大沟窄而深；小沟宽而浅
形成条件	低湿度和高盐浓度	高湿度，低盐和离子浓度	高盐和阳离子的存在
每圈碱基对	每圈11个碱基对	每圈10个碱基对	每圈12个碱基对
每个重复单元的扭转角	20度	36度	60度
出现频率	常见，与B-DNA相似	常见	相对不常见
每圈长度	3.4纳米	3.4纳米；宽度——2纳米	4.56纳米

DNA复制

我们的DNA不断自我复制，我们身体的每个细胞都包含构建一个完整的人体所需的所有信息。在复制过程中，这种双螺旋结构会分离形成单链DNA。

因此，它允许一种叫做DNA聚合酶的酶单独访问这些链。

当DNA聚合酶沿着单链DNA移动时，它识别碱基连接的顺序，并将其用作进一步复制碱基的模板。当DNA聚合酶识别单链上的T碱基时，它会连接一个A；当它识别C碱基时，它会连接一个G碱基。因此，同时产生两种不同的DNA双螺旋结构——一条旧链和一条新链。旧链保留了亲代特征的信息，而新链则导致多样性或包含生物体的个体特征。

只有借助电子显微镜才能看到这些结构，即使如此，它们看起来也是半透明的。目前仍在进行许多关于DNA的实验，这些实验为更好的医疗保健和治愈复杂疾病铺平了道路。

常见问题

问1：什么是含氮碱基？

遗传信息以四种含氮碱基的形式存储——腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)和鸟嘌呤(G)，形成密码。

问2：什么是嘌呤和嘧啶？

腺嘌呤和鸟嘌呤被称为嘌呤——它们的两个环中各有两个碳氮键。胸腺嘧啶和胞嘧啶被称为**嘧啶**——它只有一个环，并连接一个碳氮键。嘌呤总是与嘧啶结合(A-T和C-G)。

问3：两条单链DNA是如何连接在一起的？

每条单链都以相反的方向连接到另一条链。每条单链DNA都有一个5’端和一个3’端。当一条链的一端以5’（5素）开头，以3’结尾时，它将连接到另一条链，另一条链以3’开头，以5’结尾。每条DNA双链都是这样形成的，这种相互连接的方式因此是反平行的。

问4：主要的DNA类型有哪些？

根据螺旋模式、结构、序列和链数，DNA主要分为三种类型，以及其他类型——A-DNA、Z-DNA和B-DNA。

问5：什么是DNA复制？

当DNA聚合酶沿着单链DNA移动时，它识别碱基连接的顺序，并将其用作进一步复制碱基的模板。当DNA聚合酶识别单链上的T碱基时，它会连接一个A；当它识别C碱基时，它会连接一个G碱基。因此，同时产生两种不同的DNA双螺旋结构——一条旧链和一条新链。