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DNA的详细结构和组成(DNA-结构、性质、类型、形式、功能)

发布时间:2022-01-19 10:23:36 阅读:135382次 来源:百度学术

  DNA代表脱氧核糖核酸,它是一种包含生物体发育、生存和繁殖所需的指令的分子。

  这些指示在每个牢房中都可以找到,并从父母传给他们的孩子。

  它是一种核酸,是已知对所有生命形式都必不可少的四种主要大分子之一。

  DNA存在于细胞核中,少量DNA也存在于真核生物的线粒体中。

  DNA结构

DNA结构

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  1953 年,詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克发现了DNA 的结构

  罗莎琳德富兰克林的作品导致了沃森和克里克的发现。富兰克林首先指出 DNA 是由两个螺旋组成的。

  DNA的结构是双螺旋结构,因为它看起来像一个扭曲的梯子。

  梯子的侧面由交替的糖(脱氧核糖)和磷酸分子组成,而梯子的台阶由一对氮碱基组成。

  有 4 种氮碱基腺嘌呤 (A) 胸腺嘧啶 (T) 鸟嘌呤 (G) 胞嘧啶 (C) DNA 配对。氮碱基具有特定的配对模式。

  这种配对模式的出现是因为腺嘌呤的数量等于胸腺嘧啶的数量;鸟嘌呤的量等于胞嘧啶的量。这些对通过氢键结合在一起。

  DNA的详细结构和组成

DNA的详细结构和组成

  DNA是双链螺旋。也就是说,每个 DNA 分子都由两条相互缠绕的生物聚合物链组成,形成双螺旋结构。这两条 DNA 链被称为多核苷酸,因为它们由称为核苷酸的更简单的单体单元组成。

  每条链都有一个 5' 端(带有一个磷酸基团)和一个 3' 端(带有一个羟基)。

  这些股是反平行的,这意味着一条股在 5' 到 3' 的方向上延伸,而另一股在 3' 到 5' 的方向上延伸。

  两条链通过氢键结合在一起并且相互补充。

  基本上,DNA由脱氧核糖核苷酸组成。

  脱氧核糖核苷酸通过 3' - 5' 磷酸二酯键连接在一起。

  构成脱氧核糖核苷酸的含氮碱基包括腺嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶和鸟嘌呤。

  链的互补是由于含氮碱基的性质。碱基腺嘌呤总是通过两个氢键与相反链上的胸腺嘧啶 (AT) 相互作用,而胞嘧啶总是通过相反链上的三个氢键与鸟嘌呤 (CG) 相互作用。

  螺旋的形状通过碱基之间的氢键和疏水相互作用来稳定。

  双螺旋的直径为2nm,双螺旋结构以3.4nm的间隔重复,对应十个碱基对。

  DNA的主要和次要凹槽

  由于 DNA 的双螺旋性质,该分子具有两个不对称的凹槽。一个凹槽比另一个小。

  这种不对称性是磷酸盐、糖和碱基之间的键的几何构型导致碱基以 120 度角而不是 180 度角连接的结果。

  较大的凹槽称为主凹槽,发生在主干相距较远时;而较小的称为小沟,当它们靠近时发生。

  由于主要和次要凹槽暴露了碱基的边缘,因此可以使用凹槽来判断特定 DNA 分子的碱基序列。

  这种识别的可能性至关重要,因为蛋白质必须能够识别要结合的特定 DNA 序列,才能发挥身体和细胞的正常功能。

  DNA的性质

  DNA螺旋可以是右手或左手。但是具有右手螺旋的DNA的B-构象是最稳定的。

  加热后两条 DNA 链相互分离,冷却后它们再次杂交。

  两条链完全分开的温度称为熔化温度(Tm)。熔化温度对每个特定序列都是特定的。

  具有较高熔点的 DNA B 样品必须具有更多的 CG 含量,因为 CG 对具有 3 个氢键。

  沿着 DNA 分子的碱基序列编码了所有生物体中每种蛋白质的氨基酸序列。

  DNA的类型

  真核生物,如动物、植物和真菌,将大部分 DNA 储存在细胞核内,部分 DNA 储存在线粒体等细胞器中。

  根据位置 DNA 可能是:

  核DNA

  位于真核细胞的细胞核内。

  通常每个单元格有两个副本。

  核 DNA 染色体的结构是线性的,末端开放,包括 46 条染色体,含有 30 亿个核苷酸。

  核 DNA 是二倍体,通常从两个父母那里继承 DNA。核DNA的突变率小于0.3%。

  线粒体DNA

  线粒体DNA位于线粒体中。

  每个单元包含 100-1,000 个拷贝。

  线粒体 DNA 染色体通常具有封闭的环状结构,并且在人类中包含例如 16,569 个核苷酸。

  线粒体 DNA 是单倍体,仅来自母亲。

  线粒体 DNA 的突变率通常高于核 DNA。

  DNA的形式

DNA形式

  大多数 DNA 都在经典的 Watson-Crick 模型中,简称为 B-DNA 或 B-form DNA。

  在某些情况下,会发现不同形式的 DNA,如 A-DNA、Z-DNA、C-DNA、D-DNA、E-DNA。

  这种形式上的偏差是基于它们的结构多样性。

  B-DNA

  最常见的,最初是从 92% 相对湿度下 DNA 纤维钠盐的 X 射线衍射推断出来的。

  脱氧核糖核酸

  最初是通过在 75% 相对湿度下对 DNA 纤维进行 X 射线衍射分析确定的。

  Z-DNA

  左手双螺旋结构以锯齿形图案向左缠绕。

  C-DNA

  在 66% 的相对湿度和存在 Li+ 和 Mg2+ 离子的情况下形成。

  D-DNA

  每个螺旋转角有 8 个碱基对的稀有变体,形成不含鸟嘌呤的结构。

  E-DNA

  延伸的或古怪的 DNA。

  DNA的功能

  DNA在大多数生物体中作为遗传物质具有至关重要的作用。它携带遗传信息从一个细胞到另一个细胞,代代相传。

  因此其主要功能包括:

  存储遗传信息

  指导蛋白质合成

  确定遗传编码

  直接负责代谢活动、进化、遗传和分化。

  它是一种稳定的分子,可以在更长的时间内保存更复杂的信息。

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