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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 / 维基百科,自由的 encyclopedia
脱氧核糖核酸(英语:deoxyribonucleic acid,缩写:DNA)又称去氧核糖核酸,是一种生物大分子,可组成遗传指令,引导生物发育与生命机能运作。主要功能是信息储存,可比喻为“蓝图”或“配方”[1]。其中包含的指令,是建构细胞内其他的化合物,如蛋白质与核糖核酸所需。带有蛋白质编码的DNA片段称为基因。其他的DNA序列,有些直接以本身构造发挥作用,有些则参与调控遗传信息的表现。
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DNA是一种长链聚合物,组成单位称为核苷酸,而糖类与磷酸借由酯键相连,组成其长链骨架。每个糖单位都与四种碱基里的其中一种相接,这些碱基沿着DNA长链所排列而成的序列,可组成遗传密码,是蛋白质氨基酸序列合成的依据。读取密码的过程称为转录,是根据DNA序列复制出一段称为RNA的核酸分子。多数RNA带有合成蛋白质的信息,另有一些本身就拥有特殊功能,例如核糖体RNA、小核RNA与小干扰RNA。
在细胞内,DNA能组织成染色体结构,整组染色体则统称为基因组。染色体在细胞分裂之前会先行复制,此过程称为DNA复制。对真核生物,如动物、植物及真菌而言,染色体是存放于细胞核内;对于原核生物而言,如细菌,则是存放在细胞质中的拟核里。染色体上的染色质蛋白,如组蛋白,能够将DNA组织并压缩,以帮助DNA与其他蛋白质进行交互作用,进而调节基因的转录。
一股脱氧核糖核酸上所具有的各类型含氮碱基,都只会与另一股上的一个特定类型碱基产生键结。此种情形称为互补性碱基配对。嘌呤与嘧啶之间会形成氢键,在一般情况下,A只与T相连,而C只与G相连。因此排列于双螺旋上的核苷酸,便以这种称为碱基对的方式相互联结。除此之外,与脱氧核糖核酸序列无关的疏水性效应,以及π重叠效应所产生的力,也是两股脱氧核糖核酸能维持结合状态的原因[2]。由于氢键比共价键更容易断裂,这使双股脱氧核糖核酸可能会因为机械力或高温作用,而有如拉链一般地解开[3],这种现象被称为DNA变性。由于互补的特性,使位于双股序列上的信息,皆以双倍的形式存在,这种特性对于脱氧核糖核酸复制过程来说相当重要。互补碱基之间可逆且具专一性的交互作用,是生物脱氧核糖核酸所共同拥有的关键功能[4]。
两种不同的碱基对分别是以不同数目的氢键结合:A-T之间有两条;G-C之间则有三条(如本段上方左图所示)。多一条氢键使GC配对的稳定性高于AT配对,也因此两股脱氧核糖核酸的结合强度,是由GC配对所占比例,以及双螺旋的总长度来决定。当脱氧核糖核酸双螺旋较长且GC含量较高时,其双股之间的结合能力较强;长度较短且AT含量较高时,结合能力则较弱[5]。双螺旋上有某些部位必须能够轻易解开,这些部位通常含有有较多的AT配对,例如细菌启动子上一段含有TATAAT序列的普里布诺盒[6]。在实验室中,若找出解开氢键所需的温度,也就是所谓熔点(Tm),便能计算出两股之间的结合强度。当脱氧核糖核酸双螺旋上所有的碱基配对都解开之后,溶液中的两股脱氧核糖核酸将分裂成独立的分子。单股脱氧核糖核酸分子并无固定的形体,但仍有某些形状较为稳定且常见[7]。