DNA的结构(DNA-Structure)

2020-06-06|浏览量:301|点赞:112


DNA是一个複杂的双螺旋结构分子,携带了遗传密码。下图是一小片段的DNA结构,后文将依序介绍结构中各部份的构造和其键结构成的方法。

DNA的结构(DNA-Structure)

DNA链
主链上的醣类

DNA的主链是由醣类和磷酸根的模型重複堆叠而成。由DNA的全名去氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid)可得知DNA中的醣类是去氧核糖。去氧核糖是由核糖脱去一个氧原子后所得到的醣类,而核糖则是构成RNA(ribonucleic acid,核醣核酸)主链的醣类。下图分别是去氧核糖和核糖的结构式。

DNA的结构(DNA-Structure)

在去氧核糖和核糖的结构中,我们将碳原子编号,在碳环上位于氧原子右边的碳原子我们将其编号为1,接下来依序编号至接有CH2OH的碳原子为5。如下图。

DNA的结构(DNA-Structure)

由上图我们可以发现每个数字上都多了一小撇,若只是去氧核糖和核糖的单独存在则没有影响,但当去氧核糖和核糖各自连结其他环状化合物成为DNA或RNA时,碳原子数字上的小标记将使它和其余的碳环有所区别。我们将3′ 或 5′ 读作 “3-prime” 或 “5-prime”。

连结一个磷酸根
另一在DNA主链上不断重複的部分是磷酸根,磷酸根连接于糖分子第五个碳原子的-OH基上,如下图。

DNA的结构(DNA-Structure)

连接硷基与核酸的组成
在形成DNA之前,我们需要四种硷基,分别为胞嘧啶(cytosine,C)、胸腺嘧啶(thymine,T)、腺嘌呤(adenine,A)以及鸟嘌呤(guanine,G)。这些硷基连接在环状糖分子第一个碳原子的-OH基上。如下图。

DNA的结构(DNA-Structure)

以下是四种硷基的构造介绍。

DNA的结构(DNA-Structure)

上图每一个分子中蓝色字所代表的氮原子和氢原子显示出其连接去氧核糖的部份,在每一个分子连接至去氧核糖1′碳原子的过程中,将会脱去氢原子,而接上-OH基。这个过程是缩合反应(condensation reaction,两个分子结合而脱去一个小分子,但小分子不一定是水分子)。如下图是一个含胞嘧啶的核酸分子。

DNA的结构(DNA-Structure)

将核酸组合连接成DNA链
DNA是将核酸连接而成的长链。磷酸根连接上另一个糖分子上的3′碳原子,在过程中将会脱去一分子的水,此为另一个缩合反应。持续以相同的方式连接更多的核酸我们将可获得DNA。如下图所示。

DNA的结构(DNA-Structure)

我们可以将DNA链中的一小部分表示为较简化的构造图(如下图),由图中我们可以知道磷酸根与醣类上的两个碳原子以脱去CH2而形成一个角的方式键结。重複多次我们将可得到一部分的DNA链,如下图所示。

DNA的结构(DNA-Structure)

图中,可发现有两种不同大小的硷基,腺嘌呤(adenine,A)和鸟嘌呤(guanine,G)因含有两个环而较大,而胞嘧啶(cytosine,C)和胸腺嘧啶(thymine,T)则因只含有一个环而相对较小。在两头最末端的DNA链上,-OH基将会取代另一个去氧核醣分子与磷酸根连接。

DNA的双股螺旋结构
再次观察DNA的构造图,如下。

DNA的结构(DNA-Structure)

我们可发现腺嘌呤(adenine,A)一定和胸腺嘧啶(thymine,T)以两个氢键的方式配对,而胞嘧啶(cytosine,C)则一定和鸟嘌呤(guanine,G)以三个氢键的方式配对配对。我们若将硷基以其余的方式配对则硷基将不能吻合,如下图所示。

DNA的结构(DNA-Structure)

DNA的最终结构

DNA的结构(DNA-Structure)

两条核酸链以相反的两个方向键结,核酸链的两末端分别以3′ 和 5′作为标记,在上图的左链,若我们沿着链至其最顶端我们将会看到磷酸根连接在去氧核糖的5′碳原子上,若我们沿着链至其最末端我们则会看到-OH基连接在去氧核糖的3′碳原子上。反之,右链则和左链完全相反。

当我们谈到基因和遗传密码(genetic code)时,3′ 和 5′的标记法将变得十分重要,基因的遗传密码则规定由5’端沿着链写至3′端,除此之外,3′ 和 5′的标记法也在DNA複製的过程中扮演了极为重要的角色。

参考资料
1. http://www.chemguide.co.uk/organicprops … 1.html#top)\
2. http://ghr.nlm.nih.gov/handbook/basics/dna
3. http://terms.nict.gov.tw/search1.php

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