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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474

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。

 DNA 的結構是什麼?概念、存在類型如何被發現

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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DNA結構的發現

 DNA 的結構是什麼?概念、存在類型如何被發現

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。

DNA 的類型

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。

RNA結構

 DNA 的結構是什麼?概念、存在類型如何被發現

RNA 具有單核苷酸鏈。

與 DNA 不同,RNA(核糖核酸)通常不以雙螺旋的形式出現。相較之下,RNA 的結構是簡單的單股核苷酸序列。它的含氮鹼基與 DNA 的含氮鹼基相同,但胸腺嘧啶 (T) 除外,在 RNA 中被尿嘧啶 (U) 取代。

這些核苷酸透過磷酸二酯鍵連接在一起。有時它們可以透過相互吸引在RNA鏈中產生折疊,從而在短區域形成某些類型的環、螺旋或髮夾。

更多內容:RNA


標籤: 生物學

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