DNA
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DNA, 即脫氧核糖核酸（Deoxyribonucleic acid）是一種分子，核酸的一類，因分子中含有脫氧核糖而得名。DNA是染色體的主要化學(xué)成分。DNA可組成遺傳指令，以引導(dǎo)生物發(fā)育與生命機(jī)能運(yùn)作。主要功能是長(zhǎng)期性的資訊儲(chǔ)存，可比喻為生物發(fā)育和運(yùn)作的“藍(lán)圖”。帶有遺傳訊息的DNA片段稱為基因，其他的DNA序列，有些直接以自身構(gòu)造發(fā)揮作用，有些則參與調(diào)控遺傳訊息的表現(xiàn)。
在細(xì)胞內(nèi)，DNA能組織成染色體結(jié)構(gòu)，整組染色體則統(tǒng)稱為基因組。染色體在細(xì)胞分裂之前會(huì)先行復(fù)制，此過程稱為DNA復(fù)制。在分裂過程中，父代把它們自己DNA的一部分（通常一半，即DNA雙鏈中的一條）復(fù)制傳遞到子代中，從而完成性狀的傳播。
DNA存在于細(xì)胞核、線粒體、葉綠體中，也可以以游離狀態(tài)存在于某些細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中。大多數(shù)已知噬菌體、部分動(dòng)物病毒和少數(shù)植物病毒中也含有DNA。
對(duì)真核生物，如動(dòng)物、植物及真菌而言，染色體是存放于細(xì)胞核內(nèi)；對(duì)于原核生物而言，如細(xì)菌，則是存放在細(xì)胞質(zhì)中的類核里。染色體上的染色質(zhì)蛋白，如組織蛋白，能夠?qū)NA組織并壓縮，以幫助DNA與其他蛋白質(zhì)進(jìn)行交互作用，進(jìn)而調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄。
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歷史
最早分離出DNA的弗雷德里希·米歇爾是一名瑞士醫(yī)生，他在1869年，從廢棄繃帶里所殘留的膿液中，發(fā)現(xiàn)一些只有顯微鏡可觀察的物質(zhì)。
1953年，詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克描述了DNA的結(jié)構(gòu)：由一對(duì)多核苷酸鏈相互盤繞組成雙螺旋。他們因此與倫敦國(guó)家工學(xué)院的物理學(xué)家弗雷德里克·威爾金斯共享了1962年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
DNA結(jié)構(gòu)和遺傳信息
DNA是一種長(zhǎng)鏈聚合物，由核苷酸重復(fù)排列組成，分子極為龐大（分子量一般至少在百萬(wàn)以上）。DNA寬度約22到24埃（2.2到2.4奈米），每一個(gè)核苷酸單位則大約長(zhǎng)3.3埃（0.33奈米）。
組成DNA的核苷酸分四種, 分別是腺嘌呤(縮寫A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)。通常在生物體內(nèi)，DNA并非單一分子，而是形成兩條互相配對(duì)并緊密結(jié)合，且如蔓藤般地纏繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)的分子。每個(gè)核苷酸分子的其中一部分會(huì)相互連結(jié)，組成長(zhǎng)鏈骨架；另一部分稱為堿基，可使成對(duì)的兩條DNA相互結(jié)合。在整個(gè)DNA聚合物中，可能含有數(shù)百萬(wàn)個(gè)相連的核苷酸。例如人類細(xì)胞中最大的1號(hào)染色體中，就有2億2千萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)。
這些堿基沿著DNA長(zhǎng)鏈所排列而成的序列，可組成遺傳密碼，而一個(gè)DNA上的堿基多達(dá)幾百萬(wàn)，所以每個(gè)DNA就是一個(gè)大大的遺傳密碼本，里面所藏的遺傳信息多得數(shù)不清，這種DNA分子就存在于細(xì)胞核中的染色體上。它們會(huì)隨著細(xì)胞分裂傳遞遺傳密碼。人的遺傳性狀由密碼來傳遞。人大概有2.5萬(wàn)個(gè)基因，而每個(gè)基因是由密碼來決定的。人的基因中既有相同的部分，又有不同的部分。不同的部分決定人與人的區(qū)別，即人的多樣性。人的DNA共有30億個(gè)遺傳密碼，排列組成約2.5萬(wàn)個(gè)基因。讀取密碼的過程稱為轉(zhuǎn)錄，是根據(jù)DNA序列復(fù)制出一段稱為RNA的核酸分子。
除了RNA（核糖核酸）和噬菌體外，DNA是所有生物的遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)。生物體親子之間的相似性和繼承性即所謂遺傳信息，都貯存在DNA分子中。
DNA溶液為高分子溶液，具有很高的粘度。DNA對(duì)紫外線有吸收作用，當(dāng)核酸變性時(shí)，吸光值升高；當(dāng)變性核酸可復(fù)性時(shí)，吸光值又會(huì)恢復(fù)到原來水平。溫度、有機(jī)溶劑、酸堿度、尿素、酰胺等試劑都可以引起DNA分子變性，即使得DNA雙鍵間的氫鍵斷裂，雙螺旋結(jié)構(gòu)解開。
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(zhǎng)度后，DNA聚合酶水解RNA引物，補(bǔ)填缺口。
- DNA連接酶將DNA片段的磷酸二酯鍵連接起來，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。
生物機(jī)能
DNA是遺傳信息的載體，故親代DNA必須以自身分子為模板準(zhǔn)確的復(fù)制成兩個(gè)拷貝，并分配到兩個(gè)子細(xì)胞中去，完成其遺傳信息載體的使命。而DNA的雙鏈結(jié)構(gòu)對(duì)于維持這類遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性和復(fù)制的準(zhǔn)確性都是極為重要的。
在繁殖過程中，父代把它們自己DNA的一部分（通常一半，即DNA雙鏈中的一條）復(fù)制傳遞到子代中，從而完成性狀的傳播。
DNA于真核生物細(xì)胞內(nèi)，通常是以長(zhǎng)條狀染色體形式存在；在原核生物細(xì)胞內(nèi)則是環(huán)狀染色體。細(xì)胞內(nèi)的所有染色體合稱基因組。人類基因組中大約有30億個(gè)堿基對(duì)，共組成了46個(gè)染色體。DNA所攜帶的訊息，是以序列形式，保存于一些稱為基因的片段中。基因中的遺傳訊息是經(jīng)由互補(bǔ)的堿基配對(duì)來傳遞，例如在轉(zhuǎn)錄作用中，細(xì)胞里的RNA核苷酸會(huì)與互補(bǔ)的DNA結(jié)合，復(fù)制出一段與DNA序列互補(bǔ)的RNA序列。一般來說，這段RNA序列將會(huì)在轉(zhuǎn)譯作用中，經(jīng)由RNA之間的互補(bǔ)配對(duì)，合成出相對(duì)應(yīng)的蛋白質(zhì)序列。另一方面，細(xì)胞也可以在稱為DNA復(fù)制的過程中，單純地復(fù)制其自身的遺傳訊息。
DNA損害
有許多不同種類的突變?cè)蓪?duì)DNA造成損害，其中包括氧化劑、烷化劑，以及高能電磁輻射，如紫外線與X射線。不同的突變?cè)瓕?duì)DNA造成不同類型的損害，舉例而言，紫外線會(huì)造成胸腺嘧啶二聚體的形成，并與相鄰的堿基產(chǎn)生交叉，進(jìn)而使DNA發(fā)生損害。另一方面，氧化劑如自由基或過氧化氫，可造成多種不同形態(tài)的損害，尤其可對(duì)鳥苷進(jìn)行堿基修飾，并且使雙股分解。根據(jù)估計(jì)，在一個(gè)人類細(xì)胞中，每天大約有500個(gè)堿基遭受氧化損害。在各種氧化損害當(dāng)中，以雙股分解最為危險(xiǎn)，此種損害難以修復(fù)，且可造成DNA序列的點(diǎn)突變、插入與刪除，以及染色體易位。
許多突變?cè)汕度胂噜彽膬蓚€(gè)堿基對(duì)之間，這些嵌入劑大多是芳香性分子及平面分子，包括乙錠、道諾霉素、阿霉素與沙利竇邁。必須先使堿基之間的空隙變大，才能使嵌入劑置入堿基對(duì)之間，整體而言，DNA會(huì)因?yàn)殡p螺旋解開而扭曲變形。結(jié)構(gòu)改變會(huì)使轉(zhuǎn)錄作用與DNA復(fù)制過程受到抑制，進(jìn)而導(dǎo)致毒害與突變。因此DNA嵌入劑通常也是致癌物，常見的例子有二醇環(huán)氧苯并芘、吖啶、黃曲毒素與溴化乙錠等。但是這些物質(zhì)也因?yàn)槟軌蛞种艱NA的轉(zhuǎn)錄與復(fù)制，而可應(yīng)用于化學(xué)治療中，用以抑制癌癥細(xì)胞的快速生長(zhǎng)。
DNA修復(fù)
DNA修復(fù)（DNA repairing）是細(xì)胞對(duì)DNA受損傷后的一種反應(yīng)，這種反應(yīng)可能使DNA結(jié)構(gòu)恢復(fù)原樣，重新能執(zhí)行它原來的功能；但有時(shí)并非能完全消除DNA的損傷，只是使細(xì)胞能夠耐受這DNA的損傷而能繼續(xù)生存。也許這未能完全修復(fù)而存留下來的損傷會(huì)在適合的條件下顯示出來（如細(xì)胞的癌變等），但如果細(xì)胞不具備這修復(fù)功能，就無法對(duì)付經(jīng)常在發(fā)生的DNA損傷事件，就不能生存。所以研究DNA修復(fù)也是探索生命的一個(gè)重要方面，而且與軍事醫(yī)學(xué)、腫瘤學(xué)等密切相關(guān)。對(duì)不同的DNA損傷，細(xì)胞可以有不同的修復(fù)反應(yīng)。
DNA技術(shù)發(fā)展
20世紀(jì)50年代，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)被闡明，揭開了生命科學(xué)的新篇章，開創(chuàng)了科學(xué)技術(shù)的新時(shí)代。隨后，遺傳的分子機(jī)理――DNA復(fù)制、遺傳密碼、遺傳信息傳遞的中心法則、作為遺傳的基本單位和細(xì)胞工程藍(lán)圖的基因以及基因表達(dá)的調(diào)控相繼被認(rèn)識(shí)。至此，人們已完全認(rèn)識(shí)到掌握所有生物命運(yùn)的東西就是DNA和它所包含的基因，生物的進(jìn)化過程和生命過程的不同，就是因?yàn)镈NA和基因運(yùn)作軌跡不同所致。知道DNA的重大作用和價(jià)值后，生命科學(xué)家首先想到能否在某些與人類利益密切相關(guān)的方面打破自然遺傳的鐵律，讓患病者的基因改邪歸正以達(dá)治病目的，把不同來源的基因片段進(jìn)行“嫁接”以產(chǎn)生新品種和新品質(zhì)。
不過，雖然基因技術(shù)向人類展示了它奇妙的“魔術(shù)師”般的魅力，但也有大量的科學(xué)家對(duì)這種技術(shù)的發(fā)展予以人類倫理和生態(tài)演化的自然法則的沖擊表示出極大的擔(dān)憂。從理論上來講，這種技術(shù)發(fā)展的一個(gè)極致就是使人類擁有了創(chuàng)造任何生命形態(tài)或從未有過的生物的能力。
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