遗传的分子基础

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绪论

后代继承亲本特征的过程称为遗传。遗传的分子基础涉及遗传、遗传变异以及基因的研究。最重要的遗传决定因素被称为基因。基因将信息从一代传递到下一代，从细胞传递到细胞。

为了指定生物和物理特征，基因将信息从父母传递给后代。大多数基因包含制造功能分子的信息，这些分子被称为蛋白质。但并非所有基因都编码蛋白质。人体中大约有 20000 个蛋白质编码基因。脱氧核糖核酸 (DNA) 和核糖核酸 (RNA) 以及遗传密码构成了遗传的分子基础。

DNA 的重要性

脱氧核糖核酸的重要性如下所列：

• 脱氧核糖核酸编码蛋白质合成。

• 脱氧核糖核酸携带遗传信息。

• 脱氧核糖核酸提供关于生命和过程的信息。

DNA 和 RNA 的结构

许多生物学家证实的最重要的核酸是脱氧核糖核酸 (DNA) 和核糖核酸 (RNA)。DNA 和 RNA 的基本结构单元是核苷酸。长的核苷酸链构成 DNA 和 RNA。核苷酸由连接到磷酸基团和含氮碱基的糖分子组成。核苷是核苷酸的亚基。

从结构上讲，脱氧核糖核酸 (DNA) 由两条缠绕在一起的链组成，就像一个扭曲的梯子。这种 DNA 形状被称为双螺旋。

含氮碱基

• 在核苷酸结构中，含氮碱基是重要的信息载体。

  

• 含氮碱基在其 1 号碳位置与糖连接。

• 含氮碱基包含嘧啶或嘌呤碱基。

• 含有一个碳氮环的碱基称为嘧啶，而两个环碱基称为嘌呤。

• 胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶是嘧啶。

• 胞嘧啶存在于 DNA 和 RNA 中。

• 胸腺嘧啶仅存在于 DNA 中，而尿嘧啶存在于 RNA 中。

• 嘌呤主要包括鸟嘌呤和腺嘌呤。

• 腺嘌呤和鸟嘌呤都存在于 DNA 和 RNA 中。

• 核苷酸可以彼此配对。

糖

• 核苷酸包含两个重要的戊糖分子，即核糖和脱氧核糖。

• 糖包含五个碳、十个氢和五个氧，被称为核糖，或者缺少一个氧原子被称为脱氧核糖。

• 核糖存在于 RNA 中。

• 脱氧核糖存在于 DNA 中。

磷酸基团

• 每个核苷酸的磷酸基团在其 5 号碳位置与糖连接。

• 磷酸基团呈酸性。

核苷酸的特征

• N-糖苷键将含氮碱基与戊糖连接。

• 重要的嘧啶碱基是胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶。胞嘧啶和胸腺嘧啶存在于 DNA 中，而 RNA 包含胞嘧啶和尿嘧啶。

• DNA 和 RNA 的嘌呤碱基包括鸟嘌呤和腺嘌呤。

• 胸腺嘧啶和腺嘌呤通过两个氢键连接。

• 三个氢键连接鸟嘌呤和胞嘧啶。

• 核苷酸链相互连接形成 DNA 的骨架。

• DNA 和 RNA 中连续的核苷酸通过磷酸二酯键连接在一起。

遗传密码

遗传密码由一组四个字母的核苷酸组成，称为密码子。每个密码子都与特定的氨基酸或终止信号相关联。遗传密码的概念首先由弗朗西斯·克里克及其同事于 1961 年提出。同年，马歇尔·尼伦伯格和海因里希·马特海进行了关于遗传密码的实验。从他们的实验中，他们得出结论，RNA 序列 UUU 特异性地编码苯丙氨酸氨基酸。在此发现之后，科学家菲利普·莱德、戈文德·科拉纳和尼伦伯格识别了其余的遗传密码，并解释了与氨基酸相关的三个字母的密码子。大约有 64 个密码子。其中 61 个密码子与氨基酸相关联，而 3 个是终止信号。遗传密码彼此之间永不重叠。这意味着即使单个核苷酸可以是两个相邻密码子的一部分，它也只是一个密码子的一部分。遗传密码是通用的，变异几乎很少见。例如，线粒体具有不同的遗传密码，变化极小。

人类基因组计划

人类基因组计划是由国际组织进行的有组织、大型且高度协作的努力，旨在产生人类和其他几种发育良好的生物的第一个基因组序列。它于 1990 年至 2003 年间进行。

结论

遗传的分子基础涉及遗传、遗传变异以及基因的研究。最重要的遗传决定因素被称为基因。基因将信息从一代传递到下一代，从细胞传递到细胞。为了指定生物和物理特征，基因将信息从父母传递给后代。许多生物学家证实的最重要的核酸是脱氧核糖核酸 (DNA) 和核糖核酸 (RNA)。核苷酸是核酸（即 DNA 和 RNA）的基本结构组成。长的核苷酸链构成 DNA 和 RNA。核苷酸由连接到磷酸基团和含氮碱基的糖分子组成。

常见问题解答

Q1. 说明核苷酸的三种功能。

答：核苷酸的三种功能如下所列：

• 核苷酸是生命的基础。

• 核苷酸可以构成 ATP 分子，ATP 分子是细胞中主要的能量来源。它可以将能量储存在体内，并充当能量储存库。

• 它对酶的许多活动至关重要。它们存在于 NAD 和 NADP 等辅酶中，并参与代谢。

Q2. 为什么核苷酸只能与特定类型的核苷酸配对？

答：核苷酸的分子结构使它们能够与特定类型的核苷酸结合。腺嘌呤只能与胸腺嘧啶配对，并通过两个氢键连接。而胞嘧啶和鸟嘌呤通过三个氢键相互连接。

Q3. 你对酸性本质的理解是什么？

答：酸性本质具有酸的性质（高浓度的 H+ 离子）。它的 pH 值低于 7。pH 值越低，H+ 离子的浓度越高，因此酸性越强。

Q4. 核糖核酸的功能是什么？

答：核糖核酸的主要功能是通过翻译过程进行蛋白质合成。除此之外，核糖核酸还传递遗传信息，这些信息被核糖体翻译成不同类型的蛋白质。三种不同的 RNA，即 mRNA、tRNA 和 rRNA，用于蛋白质合成过程。

Q5. 什么是核苷？

答：核苷是戊糖和含氮碱基的组合。核苷中不存在磷酸基团。