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脱氧核糖核酸

DNA;編碼用於所有已知生物和許多病毒的發育和功能的遺傳指令的分子 / From Wikipedia, the free encyclopedia

氧核醣核酸英語:縮寫)又稱氧核醣核酸,是一種生物大分子,可組成遺傳指令,引導生物發育生命機能運作。主要功能是資訊儲存,可比喻為「藍圖」或「配方」[1]。其中包含的指令,是建構細胞內其他的化合物,如蛋白質核醣核酸所需。帶有蛋白質編碼的DNA片段稱為基因。其他的DNA序列,有些直接以本身構造發揮作用,有些則參與調控遺傳訊息的表現

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脱氧核醣核酸(DNA)的雙股螺旋结構。在該结構中的原子是按元素進行顏色编碼,還有兩個鹼基對的詳细结構示於右下角
脫氧核醣核酸雙股螺旋

DNA是一種長鏈聚合物,組成單位稱為核苷酸,而糖類磷酸藉由鍵相連,組成其長鏈骨架。每個糖單位都與四種鹼基裡的其中一種相接,這些鹼基沿著DNA長鏈所排列而成的序列,可組成遺傳密碼,是蛋白質氨基酸序列合成的依據。讀取密碼的過程稱為轉錄,是根據DNA序列複製出一段稱為RNA的核酸分子。多數RNA帶有合成蛋白質的訊息,另有一些本身就擁有特殊功能,例如核糖體RNA小核RNA小干擾RNA

在細胞內,DNA能組織成染色體結構,整組染色體則統稱為基因組。染色體在細胞分裂之前會先行複製,此過程稱為DNA複製。對真核生物,如動物植物真菌而言,染色體是存放於細胞核內;對於原核生物而言,如細菌,則是存放在細胞質中的拟核裡。染色體上的染色質蛋白,如組織蛋白,能夠將DNA組織並壓縮,以幫助DNA與其他蛋白質進行交互作用,進而調節基因的轉錄。

一股脱氧核醣核酸上所具有的各類型含氮碱基,都只會與另一股上的一個特定類型鹼基產生鍵結。此種情形稱為互補性鹼基配對。嘌呤與嘧啶之間會形成氫鍵,在一般情况下,A只與T相連,而C只與G相連。因此排列於雙螺旋上的核苷酸,便以這種稱為鹼基對的方式相互联结。除此之外,與脱氧核醣核酸序列無關的疏水性效應,以及π重疊效應所產生的,也是兩股脱氧核醣核酸能維持結合狀態的原因[2]。由於氫鍵比共價鍵更容易斷裂,這使雙股脱氧核醣核酸可能會因為機械力或高作用,而有如拉鍊一般地解開[3],这种现象被称为DNA变性。由於互補的特性,使位於雙股序列上的訊息,皆以雙倍的形式存在,這種特性對於脱氧核醣核酸複製過程來說相當重要。互補鹼基之間可逆且具專一性的交互作用,是生物脱氧核醣核酸所共同擁有的關鍵功能[4]

兩種不同的鹼基對分別是以不同數目的氫鍵結合:A-T之間有兩條;G-C之間則有三條(如本段上方左圖所示)。多一條氫鍵使GC配對的穩定性高於AT配對,也因此兩股脱氧核醣核酸的結合強度,是由GC配對所佔比例,以及雙螺旋的總長度來決定。當脱氧核醣核酸雙螺旋較長且GC含量較高時,其雙股之間的結合能力較強;長度較短且AT含量較高時,結合能力則較弱[5]。雙螺旋上有某些部位必須能夠輕易解開,這些部位通常含有有較多的AT配對,例如細菌啟動子上一段含有TATAAT序列的普里布諾盒[6]。在實驗室中,若找出解開氫鍵所需的溫度,也就是所謂熔點Tm),便能計算出兩股之間的結合強度。當脱氧核醣核酸雙螺旋上所有的鹼基配對都解開之後,溶液中的兩股脱氧核醣核酸將分裂成獨立的分子。單股脱氧核醣核酸分子並無固定的形體,但仍有某些形狀較為穩定且常見[7]