碱基的排列顺序是遗传信息

科学研究表明，除RNA病毒外，所有的真核细胞、原核细胞和DNA病毒都含有遗传物质DNA，作为遗传信息的储存库，以特有的分子结构实现其重要功能。

（一）DNA的分子结构

DNA分子是由几千到几千万个脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子。1953年，美国生物学家沃森和英国物理学家克里克根据DNA的X线衍射图谱及其他研究提出了DNA分子的双螺旋结构模型（图3－2），其主要内容如下。

图3－2　DNA分子结构

1．DNA由2条反向平行的多脱氧核苷酸链构成。一条链中的方向为3′→5′，另一条链的方向为5′→3′。2链以脱氧核糖和磷酸形成的长链为基本骨架，围绕同一中心轴构成右手螺旋结构。

2．碱基在双螺旋内侧，双链上对应的碱基以氢键相连，其中G与C通过3个氢键配对（G≡C），A与T通过2个氢键配对（A＝T）。DNA分子中的这种碱基互补配对关系称为碱基互补规律。

3．双螺旋的直径为2nm，每螺旋1周包含10个碱基对，螺距为3．4nm，即相邻碱基对的平面间距为0．34nm。

重要提示

根据碱基互补规律，只要知道DNA分子中一条链的碱基排列顺序，就可推知另一条链的碱基排列顺序。

（二）DNA的功能

1．储存遗传信息　遗传信息就蕴藏在DNA分子的脱氧核苷酸序列中。虽然DNA只有4种脱氧核苷酸（即4种碱基），但由于DNA分子很大（人类基因组中含有约30亿个碱基对；最小的第22号染色体上有3．35×107个碱基对），所以，各种核苷酸的排列组合类型将是巨大的天文数字。假如某一段DNA分子的核苷酸有1　000对，则有41000种不同排列组合类型，提示DNA分子可储存极其丰富的遗传信息。

2．复制遗传信息　DNA复制是指以亲代DNA分子为模板，在酶的作用下互补合成子代DNA分子的过程。DNA复制主要步骤为：DNA分子在解旋酶的作用下，把螺旋的双链解开成为2条平行的单链；在DNA聚合酶的作用下，分别以解开的单链（此时称为亲链）为模板，以周围环境中游离的4种脱氧核苷酸为原料，各自合成与亲链互补的子链；2条子链分别与2条亲链螺旋形成2个子代DNA分子。新合成的2个子代DNA分子与亲代DNA分子完全一样，其中都含有1条亲链和1条新合成的子链，这种复制方式也称DNA半保留复制（图3－3）。由此，DNA分子的自我复制可将亲代细胞的遗传信息全盘复制给子代细胞，保证了遗传物质在世代相传中的稳定性。

3．转录合成RNA　转录是以DNA分子中的一条链的某一区段为模板，互补合成RNA的过程。DNA转录不同于DNA复制，它是以DNA分子中的一条链的某一区段为模板，通过碱基互补配对规律（RNA中以U代替T，与DNA中的A配对），在RNA聚合酶的作用下合成一条RNA单链，在RNA合成后，DNA重新形成双螺旋结构（图3－4）。合成的RNA将根据DNA分子传递的遗传信息指导蛋白质的合成以表达相应的遗传性状。

图3－3　DNA半保留复制

图3－4　DNA转录

重要提示

DNA是生物的遗传物质，其主要功能是储存、复制和转录遗传信息。遗传病的产生最终也是由于DNA序列改变引起的。