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DNA 的結構是什麼？概念、存在類型如何被發現

2024-09-14自然科學172

我們解釋 DNA 的結構是什麼、存在哪些類型以及它是如何被發現的。還有RNA的結構。

真核生物中DNA的分子結構是雙螺旋。

DNA的結構是什麼樣的？

DNA的分子結構（或簡稱DNA的結構）是其生化組成的方式，即構成DNA分子的蛋白質和生物分子的特定組織形式。

首先，讓我們記住 DNA 是脫氧核糖核酸的縮寫。DNA是核苷酸的生物聚合物，即由糖（核糖）和含氮鹼基依序組成的片段（核苷酸）組成的長分子結構。

DNA 的含氮鹼基可以有四種：腺嘌呤 (A)、胞嘧啶 (C)、胸腺嘧啶 (T) 或鳥嘌呤 (G)，以及磷酸基。在這種化合物的序列中，儲存了生物體的所有遺傳訊息，這些訊息對於蛋白質合成和生殖遺傳至關重要，也就是說，沒有DNA，就沒有遺傳特徵的傳遞。

在原核生物中，DNA通常是線性和環狀的。但在真核生物中，DNA 結構的形狀像雙螺旋。在這兩種情況下，它都是雙鏈生物分子，即由兩條以反平行方式排列（指向相反方向）的長鏈組成：它們的含氮鹼基彼此面對。

在這兩條鏈之間存在氫鍵，將它們保持在一起並形成雙螺旋的形式。傳統上，該結構分為三個層次：

初級結構。它是由鏈狀核苷酸序列組成，其特定的、特定的序列編碼了每個存在個體的遺傳訊息。
二級結構。上述互補鏈的雙螺旋，其中含氮鹼基以嚴格的順序連接：腺嘌呤與胸腺嘧啶，胞嘧啶與鳥嘌呤。這種結構會根據 DNA 的類型而改變。
三級結構。它指的是 DNA 在細胞內稱為染色體的結構中儲存的方式。這些分子必須在有限的空間內折疊和排列，因此對於原核生物來說，它們通常以超螺旋的形式進行折疊，而對於真核生物來說，考慮到分子尺寸較大，會進行更複雜的壓縮。
四級結構。它是指存在於真核細胞核中的染色質，在細胞分裂過程中形成染色體。

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詹姆斯·沃森（左）和弗朗西斯·克里克（右）

DNA 的特定分子形式於 1950 年被發現，儘管事實上這種生物化合物的存在早在1869 年就已為人所知。 ·克里克(Francis Crick)。

然而，他們並不是唯一研究這個主題的人。事實上，他們的工作是基於英國羅莎琳德·富蘭克林（Rosalind Franklin）先前獲得的信息，她是一位確定分子結構的 X 射線晶體學專家。

由於富蘭克林使用該技術獲得的特別清晰的圖像（著名的「照片 51」），沃森和克里克能夠推導出並製定 DNA 的三維模型。

透過研究其結構，即其特定的三維構象，可以識別在生物體中觀察到的三種類型的DNA，它們是：

B-DNA。這是生物體內最豐富的 DNA 類型，也是唯一遵循華生和克里克提出的雙螺旋模型的 DNA 類型。其結構是規則的，因為每對鹼基具有相同的尺寸，但留下相對於前一對鹼基有35°變化的凹槽（依次變大和變小），以允許從外部進入含氮鹼基。
DNA-A。這種類型的 DNA 出現在低濕度和較低溫度的條件下，例如在許多實驗室中發現的條件。與 B 一樣，它呈現出不同比例的重複凹槽（小凹槽更寬更淺），此外還有更開放的結構，含氮鹼基距離雙螺旋的軸更遠，相對於水平面更傾斜並且中心更加對稱。
Z-DNA。它與前面的區別在於，它是鋸齒形骨架中帶有左轉（left-handed）的雙螺旋，並且在DNA序列中常見嘌呤和嘧啶交替（GCGCGC），這就是為什麼它需要比B-DNA 更高的陽離子濃度。它是一個雙螺旋，比以前的螺旋更窄更長。