DNA的结构和功能的分析介绍

第三节　DNA的结构和功能

20世纪50年代，沃森和克里克提出了关于DNA（脱氧核糖核酸）的双螺旋模型，它宣告了一个富有生命力的新学科——分子生物学的诞生。生物学家沃森和克里克并不完全依靠电子显微镜，更重要的是根据他们自己的专家型知识结构，这一双螺旋模型结构的提出，可以说是观察和想象的合成结果。特别是DNA这个大分子的结构及其每个组成部分的生理功能，单纯利用电子显微镜是难于直接观察清楚的，它不仅受到空间上的限制，也受到生物化学反应在时间的限制。这就需要专家的知识结构首先构造出种种可能的形态方案，然后在实验中逐一地去证实或证伪，因此，不能否认这是一种创造性思维的产物。他们反复多次的观察了和研究了DNA的自复制和自组织过程，因为生命现象最本质的内容就是自复制和自组织。

DNA是一种高分子化合物，它是最重要的生物大分子，它携带着决定蛋白质结构的遗传信息。所谓遗传信息就是生命发育过程中的指令、指示、命令。决定一个人（生命）将来会成长为什么样子的生命蓝图就存储在受精卵的DNA中。

DNA的组成，其基本单位是脱氧核苷酸。每个脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基组成。组成脱氧核苷酸的含氮碱基有4种：A，G，C，T。因此，由不同碱基组成的脱氧核苷酸也就分别称为：腺嘌呤脱氧核苷酸（A），鸟嘌呤脱氧核苷酸（G），胞嘧啶脱氧核苷酸（C），胸腺嘧啶脱氧核苷酸（T）。多个脱氧核苷酸一个连一个，就成为脱氧核苷酸链。(www.xing528.com)

DNA是双螺旋结构。有如下特点：第一，DNA分子由两条头尾方向相反的脱氧核苷酸长链盘旋而成的，有点像旋转扶梯；第二，DNA分子中的脱氧核糖（S）和磷酸（P）交替连接，排列在双螺旋结构的外侧，构成旋转扶梯的基本骨架，碱基（A，T，C，G）排列在内侧；第三，两条链上的碱基通过氢键连接起来，形成碱基对，每10对碱基形成一个完整的螺旋周期。碱基对的组成有一定的规律，即腺嘌呤（A）一定与腺嘧啶（T）配对，鸟嘌呤（G）一定与胞嘧啶（C）配对；第四，两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序是稳定不变的，而长链中碱基对的排列组合却在千变万化，这就造成各个生物体的千姿百态。这是由于遗传信息中的大框架——主体结构不变，而层次结构多变的原因所致。

DNA的主要功能是自我复制机制。这是生物科学上的一大发现。DNA分子的自我复制是以亲代DNA分子为样板（生物学上称为“模板”）来合成子代DNA的过程。这个过程是DNA分子边解旋边复制，它是在解旋酶的作用下发生的复制，并且DNA分子利用细胞提供的能量进行复制。首先，按照碱基互补配对原则，合成出与母链互补的子链。新合成的子链不断地延伸，同时每条子链与对应的母链互相盘绕成螺旋结构，形成一个新的DNA分子。从上述的DNA复制过程可以看出，复制需要模板、原料、能量和酶等四个条件。DNA分子独特的双螺旋结构为复制DNA提供了精确的模板，而碱基互补配对能力保证了复制能够准确无误地完成。

每个DNA分子内（自身）含有很多基因，这些基因按一定顺序排列，就成为制造蛋白质的图纸，或者叫指挥复制的命令。现代遗传学认为，基因是控制生物性质和形状的遗传物质的结构单位，因而也是功能单位，它是有遗传效应的DNA片段，每个基因中可以含有成百上千个脱氧核苷酸。人类大约有5万至10万个基因，迄今为止，只部分的破译了其中5000个基因的排列顺序图。预计再过10年到2005年，科学家就能把人类全部基因的排列顺序搞清楚了。一旦破译工作全部完成，就能完全掌握人类的遗传信息，建立起完整的信息库。届时，危害人类健康的5000多种遗传病，以及与遗传密切相关的癌症、心血管疾病和精神病等，就可以得到预测、预防、早期诊断和治疗了。