DNA：生命的遗传密码

DNA：生命的遗传密码

DNA（脱氧核糖核酸）是生物体内存储遗传信息的重要分子，它不仅决定了生物体的遗传特征，还在生物的生长、发育和繁殖过程中发挥着关键作用。本文将从DNA的化学组成、结构特点、功能以及其在生物技术中的应用等方面，全面介绍这一重要的生物分子。

DNA是什么？

脱氧核糖核酸（DNA）是一种有机化合物，它包含了生物体的遗传信息，并指导蛋白质的合成。DNA存在于大多数生物细胞中，是生物繁殖过程中的关键组成部分，通过将遗传信息从父母传递给后代来实现遗传。

DNA的化学组成

DNA由核苷酸组成。每个核苷酸包含两个部分：一个由脱氧核糖和磷酸基团组成的骨架，以及四种氮碱基，即胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）、腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G）。遗传密码就是通过这些碱基的不同排列组合形成的。

DNA结构的发现

DNA双螺旋结构的发现通常归功于詹姆斯·沃森（James Watson）和弗朗西斯·克里克（Francis Crick），他们因此获得了1962年的诺贝尔奖。然而，许多人认为罗莎琳德·富兰克林（Rosalind Franklin）也应该获得认可，因为她拍摄的DNA双螺旋结构照片在这一发现中起到了关键作用，但她的贡献当时并未得到应有的承认。

DNA的编辑

如今，基因编辑主要通过CRISPR技术实现，这是一种从细菌机制中借鉴而来的技术，能够精确地切割DNA中的特定片段。CRISPR技术的一个重要应用是创建转基因生物（GMO）作物。

DNA与RNA的区别

DNA是生命的主蓝图，存在于所有自由生活的生物体中，而RNA则使用DNA作为模板来编码蛋白质的结构。DNA和RNA在生物体内扮演着不同的角色，但它们都对生命的维持至关重要。

DNA的历史与最新研究

DNA最早于1869年被发现，但直到1943年才被证实是遗传信息的载体。1953年，沃森和克里克在富兰克林和威尔金斯（Maurice Wilkins）的研究基础上，确定了DNA的双螺旋结构，这一突破极大地推动了科学家对DNA复制和遗传控制的理解。

每个DNA分子由两条相互缠绕的单链组成，每条单链由核苷酸单元组成。核苷酸包括一个脱氧核糖糖分子、一个磷酸基团和一个氮碱基（腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶或胸腺嘧啶）。核苷酸通过磷酸和糖之间的共价键连接成链，形成磷酸-糖骨架，而碱基则从骨架上突出。两条链通过氢键配对结合在一起，遵循特定的配对规则：腺嘌呤只与胸腺嘧啶配对，胞嘧啶只与鸟嘌呤配对。

DNA的双螺旋结构非常稳定，这使其能够作为模板复制新的DNA分子，以及转录产生相关的RNA分子。DNA中编码特定蛋白质合成的片段被称为基因。DNA通过半保留复制机制进行复制，即每条旧链作为新链合成的模板，从而确保遗传信息的准确传递。

在细胞中，DNA以染色体的形式存在。在真核生物中，染色体位于细胞核内，而在原核生物中，DNA则以单个环状染色体的形式存在于细胞质中。一些原核生物和少数真核生物还含有额外的染色体外DNA，称为质粒，它们是自主复制的遗传物质，在重组DNA技术中被广泛用于研究基因表达。

病毒的遗传物质可以是单链或双链DNA或RNA。逆转录病毒携带单链RNA作为遗传物质，并产生逆转录酶，能够从RNA合成DNA。在人类基因组的鸟嘌呤丰富区域，还观察到了四链DNA复合物，称为G-四链体。

本文内容由《大英百科全书》编辑团队撰写，最近一次修订更新于2025年3月。