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脫氧核糖核酸（英文DeoxyriboNucleic Acid，縮寫為DNA）是生物細(xì)胞內(nèi)含有的四種生物大分子之一核酸的一種。
DNA攜帶有合成RNA和蛋白質(zhì)所必需的遺傳信息，是生物體發(fā)育和正常運(yùn)作必不.可少的生物大分子。
組成
DNA是由重復(fù)的核苷酸單元組成的長聚合物，鏈寬2.2到2.6納米，每個(gè)核苷酸單體長度為0.33納米。盡管每個(gè)單體占據(jù)相當(dāng)小的空間，但DNA聚合物的長度可以非常長，因?yàn)槊總€(gè)鏈可以有數(shù)百萬個(gè)核苷酸。例如，最大的人類染色體（1號(hào)染色體）含有近2.5億個(gè)堿基對(duì)。
生物體中的DNA幾乎從不作為單鏈存在，而是作為一對(duì)彼此緊密相關(guān)的雙鏈，彼此交織在一起形成一個(gè)叫做雙螺旋的結(jié)構(gòu)。每個(gè)核苷酸由可與相鄰核苷酸共價(jià)鍵結(jié)合的側(cè)鏈骨架和含氮堿基組成，兩條鏈上的含氮堿基通過堿基互補(bǔ)以氫鍵相連。糖與含氮堿基形成核苷，核苷與一個(gè)或多個(gè)磷酸基團(tuán)結(jié)合成為核苷酸。
DNA骨架結(jié)構(gòu)是由磷酸與糖類基團(tuán)交互排列而成。組成脫氧核糖核酸的糖類分子為環(huán)狀的2-脫氧核糖，屬于五碳糖的一種。磷酸基團(tuán)上的兩個(gè)氧原子分別接在五碳糖的3號(hào)及5號(hào)碳原子上，形成磷酸雙酯鍵。這種兩側(cè)不對(duì)稱的共價(jià)鍵位置，使每一條脫氧核糖核酸長鏈皆具方向性。雙螺旋中的兩股核苷酸互以相反方向排列，這種排列方式稱為反平行。脫氧核糖核酸鏈上互不對(duì)稱的兩末端一邊叫做5'端，另一邊則稱3'端。脫氧核糖核酸與RNA最主要的差異之一，在于組成糖分子的不同，DNA為2-脫氧核糖，RNA則為核糖。
DNA的雙螺旋通過在兩條鏈上存在的含氮堿基之間建立的氫鍵來穩(wěn)定。組成DNA的四種堿基是腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、鳥嘌呤（G）和胸腺嘧啶（T）。所有四種堿基都具有雜環(huán)結(jié)構(gòu)，但結(jié)構(gòu)上腺嘌呤和鳥嘌呤是嘌呤的衍生物，稱為嘌呤堿基，而胞嘧啶和胸腺嘧啶與嘧啶有關(guān)，稱為嘧啶堿基。
兩條核苷酸鏈沿著中心軸以相反方向相互纏繞在一起，很像一座螺旋形的樓梯，兩側(cè)扶手是兩條多核苷酸鏈的糖一磷基因交替結(jié)合的骨架，而踏板就是堿基。DNA雙螺旋是右旋螺旋。不同磷酸鹽基團(tuán)之間的凹槽仍然暴露在外。主溝寬2.2納米，而小溝寬1.2納米。兩個(gè)凹槽的不同寬度決定了蛋白質(zhì)對(duì)不同堿基的可接觸性，這取決于堿基是在主溝還是小溝中。與DNA的蛋白質(zhì)，如轉(zhuǎn)錄因子，通常與處在大溝中的堿基接觸。
生物功能
在基因組中，遺傳信息存儲(chǔ)在稱為基因的DNA序列中，這個(gè)遺傳信息的傳遞由互補(bǔ)的含氮堿基序列的存在得到保證。事實(shí)上，在轉(zhuǎn)錄過程中，遺傳信息可以很容易地被轉(zhuǎn)錄到互補(bǔ)的RNA鏈中（mRNA）。mRNA通過翻譯合成蛋白質(zhì)。或者，細(xì)胞可以通過稱為DNA復(fù)制的過程簡單地復(fù)制遺傳信息。
基因組結(jié)構(gòu)
真核生物基因組DNA位于細(xì)胞核內(nèi)，線粒體和葉綠體內(nèi)也有DNA。原核生物DNA被包裹在細(xì)胞質(zhì)中不含細(xì)胞膜的不規(guī)則細(xì)胞器類核中。 遺傳信息包含在基因中，基因是能夠影響生物體表型的遺傳單位。每個(gè)基因含有開放閱讀框（能夠轉(zhuǎn)錄成RNA的區(qū)域）和由啟動(dòng)子和增強(qiáng)子組成的調(diào)節(jié)區(qū)。 在許多物種中，只有一小部分基因組序列可以被轉(zhuǎn)錄和翻譯。例如，人類基因組中只有1.5%序列含有編碼蛋白質(zhì)的外顯子，超過50%的人類基因組由重復(fù)的非編碼DNA序列組成。在任何情況下，不編碼蛋白質(zhì)的DNA序列也可以轉(zhuǎn)錄成非編碼RNA，參與基因表達(dá)的調(diào)控。一些非編碼序列是對(duì)染色體的結(jié)構(gòu)組成部分。端粒和著絲粒區(qū)域通常含有非常少的基因，但對(duì)于染色體的功能和穩(wěn)定性是必需的。
轉(zhuǎn)錄和翻譯
基因是含有能夠影響生物體表型特征的遺傳信息的DNA序列。基因內(nèi)的DNA堿基序列作為模板可以合成RNA分子，在大多數(shù)情況下，RNA分子被翻譯成多肽，最終稱為蛋白質(zhì)。 將基因的核苷酸序列復(fù)制到RNA鏈中的過程稱為轉(zhuǎn)錄，由RNA聚合酶催化發(fā)生。 RNA鏈有不同的命運(yùn)：一些RNA分子實(shí)際上具有結(jié)構(gòu)（例如在核糖體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的那些rRNA）或催化（如核酶）功能；絕大多數(shù)RNA經(jīng)歷成熟過程產(chǎn)生mRNA，被翻譯成蛋白質(zhì)。 翻譯過程發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)中，其中mRNA與核糖體結(jié)合，并由遺傳密碼介導(dǎo)。核糖體允許順序讀取mRNA密碼子，有利于它們識(shí)別和與特定tRNA相互作用，這些tRNA攜帶對(duì)應(yīng)于每個(gè)單個(gè)密碼子的氨基酸分子。
遺傳密碼
遺傳密碼是一組規(guī)則，將DNA或RNA序列以三個(gè)核苷酸為一組的密碼子轉(zhuǎn)譯為蛋白質(zhì)的氨基酸序列，以用于蛋白質(zhì)合成。密碼子由mRNA上的三個(gè)核苷酸（例如ACU，CAG，UUU）的序列組成，每三個(gè)核苷酸與特定氨基酸相關(guān)。例如，三個(gè)重復(fù)的胸腺嘧啶（UUU）編碼苯丙氨酸。使用三個(gè)字母，可以擁有多達(dá)64種不同的組合。由于有64種可能的三聯(lián)體和僅20種氨基酸，因此認(rèn)為遺傳密碼是多余的（或簡并的）：一些氨基酸確實(shí)可以由幾種不同的三聯(lián)體編碼。但每個(gè)三聯(lián)體將對(duì)應(yīng)于單個(gè)氨基酸。最后，有三個(gè)三聯(lián)體不編碼任何氨基酸，它們代表停止（或無意義）密碼子，分別是UAA，UGA和UAG 。
DNA復(fù)制
DNA復(fù)制是指DNA雙鏈在細(xì)胞分裂以前進(jìn)行的復(fù)制過程，復(fù)制的結(jié)果是一條雙鏈變成兩條一樣的雙鏈（如果復(fù)制過程正常的話），每條雙鏈都與原來的雙鏈一樣。這個(gè)過程是通過名為半保留復(fù)制的機(jī)制來得以順利完成的。復(fù)制可以分為以下幾個(gè)階段：
起始階段：解旋酶在局部展開雙螺旋結(jié)構(gòu)的DNA分子為單鏈，引物酶辨認(rèn)起始位點(diǎn)，以解開的一段DNA為模板，按照5'到3'方向合成RNA短鏈。形成RNA引物。
DNA片段的生成：在引物提供了3'-OH末端的基礎(chǔ)上，DNA聚合酶催化DNA的兩條鏈同時(shí)進(jìn)行復(fù)制過程，由于復(fù)制過程只能由5'→3'方向合成，因此一條鏈能夠連續(xù)合成，另一條鏈分段合成，其中每一段短鏈成為岡崎片段（Okazaki fragments）。
RNA引物的水解：當(dāng)DNA合成一定長度后，DNA聚合酶水解RNA引物，補(bǔ)填缺口。
DNA連接酶將DNA片段連接起來，形成完整的DNA分子。
最后DNA新合成的片段在旋轉(zhuǎn)酶的幫助下重新形成螺旋狀。
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