脫氧核糖核酸(DNA,為英文Deoxyribonucleic acid的縮寫),又稱去氧核糖核酸,是染色體的主要化學成分,同時也是組成基因的材料。有時被稱為「遺傳微粒」,因為在繁殖過程中,父代把它們自己DNA的一部分複製傳遞到子代中,從而完成性狀的傳播。
事實上,原核細胞(無細胞核)的DNA存在於細胞質中,而真核生物的DNA存在於細胞核中,DNA片斷並不像人們通常想像的那樣,是單鏈的分子。嚴格的說,DNA是由兩條單鏈像葡萄藤那樣相互盤繞成雙螺旋形,根據螺旋的不同分為A型DNA,B型DNA和Z型DNA,詹姆斯·沃森與佛朗西斯·克里克所發現的雙螺旋,是稱為B型的水結合型DNA,在細胞中最為常見。
這種核酸高聚物是由核苷酸連結成的序列,每一個核苷酸都由一分子脫氧核糖,一分子磷酸以及一分子鹼基組成。DNA有四種不同的核苷酸結構,它們是腺嘌呤(adenine,縮寫為A),胸腺嘧啶(thymine,縮寫為T),胞嘧啶(cytosine,縮寫為C)和鳥嘌呤(guanine,縮寫為G)。在雙螺旋的DNA中,分子鏈是由互補的核苷酸配對組成的,兩條鏈依靠氫鍵結合在一起。由於氫鍵鍵數的限制,DNA的鹼基排列配對方式只能是A對T或C對G。因此,一條鏈的鹼基序列就可以決定了另一條的鹼基序列,因為每一條鏈的鹼基對和另一條鏈的鹼基對都必須是互補的。在DNA複製時也是採用這種互補配對的原則進行的:當DNA雙螺旋被展開時,每一條鏈都用作一個模板,通過互補的原則補齊另外的一條鏈。
分子鏈的開頭部分稱為3'端而結尾部分稱為5'端,這些數字表示脫氧核糖中的碳原子編號。
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核糖核酸(縮寫為RNA,即Ribonucleic Acid),是存在於生物細胞以及部分病毒、類病毒中的遺傳訊息載體。
RNA由核糖核苷酸經磷酯鍵縮合而成長鏈狀分子。一個核糖核苷酸分子由磷酸,核糖(五碳醣)和鹼基構成。RNA的鹼基主要有四種,即A腺嘌呤、G鳥糞嘌呤、C胞嘧啶和U尿嘧啶。其中,U(尿嘧啶)相當於/取代了DNA中的T胸腺嘧啶而成為RNA的特徵鹼基。
與DNA不同的是,RNA一般為單鏈長分子,但在一般水溶液中會形成分子內雙螺旋結構。此外,RNA本手也需要通過鹼基配對原則形成一定的二級結構乃至三級結構來行使生物學功能。RNA的鹼基配對規則基本上和DNA相同,不過除了A-U、G-C配對外,G-U也可以配對。
在細胞中,根據結構功能的不同,RNA主要分三類,即tRNA(轉運RNA), rRNA(核糖體RNA), mRNA(信使RNA)。mRNA是合成蛋白質的模板,內容按照細胞核中的DNA所轉錄;tRNA是mRNA上鹼基序列(即遺傳密碼子)的識別者和胺基酸的轉運者;rRNA是組成核糖體的部分,而核糖體是蛋白質合成的機械。而在細胞中,還有許多種類和功能不一的小型RNA (small RNA),像是組成 spliceosome 的snRNAs (small nuclear RNAs),負責rRNA成型的snoRNAs (small nucleolar RNAs)以及最近很熱門/紅火的、會讓細胞特定基因表現減緩 (knockdown, KD)的miRNAs (microRNAs)等等。
在病毒方面,很多病毒只以RNA作為其唯一的遺傳訊息載體(有別於細胞生物普遍用雙鏈DNA做為載體)。
1982年以來,研究表明,不少RNA,如I、II型內含子 (type-I、type-II intron),RNase P,HDV,核糖體RNA等等都有催化生化反應過程的活性,即具有酶的活性,這類RNA被稱為核酶(ribozyme)。
20世紀90年代以來,又發現了RNAi(RNA interference,RNA干擾)等等現象,証明RNA在基因表達調控中具有重要作用。
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