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DNA和RNA简述
视频： DNA和RNA简述

脱氧核糖核酸（英文DeoxyriboNucleic Acid，缩写为DNA）是生物细胞内含有的四种生物大分子之一核酸的一种。
DNA携带有合成RNA和蛋白质所必需的遗传信息，是生物体发育和正常运作必不可少的生物大分子。
2023年4月，科学家发现首个有两套DNA的动物——黄疯蚁。

DNA由脱氧核苷酸组成的大分子聚合物。脱氧核苷酸由碱基、脱氧核糖和磷酸构成。其中碱基有4种：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）。
DNA分子结构中，两条多脱氧核苷酸链围绕一个共同的中心轴盘绕，构成双螺旋结构。脱氧核糖-磷酸链在螺旋结构的外面，碱基朝向里面。两条多脱氧核苷酸链反向互补，通过碱基间的氢键形成的碱基配对相连，形成相当稳定的组合。

DNA中的核苷酸中碱基的排列顺序构成了遗传信息。该遗传信息可以通过转录过程形成RNA，然后其中的mRNA通过翻译产生多肽，形成蛋白质。
在细胞分裂之前，DNA复制过程复制了遗传信息，这避免了在不同细胞世代之间的转变中遗传信息的丢失。在真核生物中，DNA存在于细胞核内称为染色体的结构中。在没有细胞核的其它生物中，DNA要么存在于染色体中要么存在于其它组织（细菌有单环双链DNA分子，而病毒有DNA或RNA基因组）。在染色体中，染色质蛋白如组蛋白、共存蛋白和凝聚蛋白将DNA在一个有序的结构中。这些结构指导遗传密码和负责转录的蛋白质之间的相互作用，有助于控制基因的转录。

历史

DNA最初是由瑞士生物化学家弗里德里希·米歇尔（Friedrich Miescher）1869年从手术绷带的脓液中分离出来的，由于这种微观物质位于细胞核中，当时被称为核蛋白(nuclein)。
1919年，Phoebus Levene确定了DNA由含氮碱基，糖和磷酸盐组成的核苷酸结成。Levene提出DNA由一条通过磷酸盐结合在一起的核苷酸组成。他确信DNA长链较短，且其中的碱基是以固定顺序重复排列。
1937年，William Astbury展示了第一个X射线衍射研究的结果，表明DNA具有极其规则的结构。
1928年，英国科学家弗雷德里克·格里菲斯（1877-1941）在实验中发现，平滑型的肺炎球菌，能转变成为粗糙型的同种细菌。该系统在没有提供任何物质引起变化的证据的同时，表明某些物质可以将遗传信息从死亡细菌的遗体传递给生物。1943年奥斯瓦尔德·埃弗里等人的试验证明DNA是这一转变现象背后的原因。
1944年，Erwin Schrödinger鉴于量子物理学少数原子的系统具有无序行为理论，断言遗传物质必须由大的非重复分子构成，方足以维持遗传信息的稳定。
1953年由Alfred Hershey和Martha Chase通过另一个经典实验证实了DNA在遗传中的作用，该实验表明噬菌体T2的遗传物质实际上是DNA，而蛋白质则是由 DNA的指令合成的。
1953年，美国的沃森和英国的克里克提出了DNA双螺旋结构的分子模型 [9]。
1958年，马修·梅瑟生与富兰克林·史达在梅瑟生-史达实验中，确认了DNA的复制机制 [10]。后来克里克团队的研究显示，遗传密码是由三个碱基以不重复的方式所组成，称为密码子。
1961年，哈尔·葛宾·科拉纳、罗伯特·W·霍利及马歇尔·沃伦·尼伦伯格解出这些密码子所构成的遗传密码。

组成

DNA是由重复的核苷酸单元组成的长聚合物，链宽2.2到2.6纳米，每个核苷酸单体长度为0.33纳米。尽管每个单体占据相当小的空间，但DNA聚合物的长度可以非常长，因为每个链可以有数百万个核苷酸。例如，最大的人类染色体（1号染色体）含有近2.5亿个碱基对 [12]。
生物体中的DNA几乎从不作为单链存在，而是作为一对彼此紧密相关的双链，彼此交织在一起形成一个叫做双螺旋的结构。每个核苷酸由可与相邻核苷酸共价键结合的侧链骨架和含氮碱基组成，两条链上的含氮碱基通过碱基互补以氢键相连。糖与含氮碱基形成核苷，核苷与一个或多个磷酸基团结合成为核苷酸。
DNA骨架结构是由磷酸与糖类基团交互排列而成。组成脱氧核糖核酸的糖类分子为环状的2-脱氧核糖，属于五碳糖的一种。磷酸基团上的两个氧原子分别接在五碳糖的3号及5号碳原子上，形成磷酸双酯键。这种两侧不对称的共价键位置，使每一条脱氧核糖核酸长链皆具方向性。双螺旋中的两股核苷酸互以相反方向排列，这种排列方式称为反平行。脱氧核糖核酸链上互不对称的两末端一边叫做5’端，另一边则称3’端。脱氧核糖核酸与RNA最主要的差异之一，在于组成糖分子的不同，DNA为2-脱氧核糖，RNA则为核糖。
DNA的双螺旋通过在两条链上存在的含氮碱基之间建立的氢键来稳定。组成DNA的四种碱基是腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G）和胸腺嘧啶（T）。所有四种碱基都具有杂环结构，但结构上腺嘌呤和鸟嘌呤是嘌呤的衍生物，称为嘌呤碱基，而胞嘧啶和胸腺嘧啶与嘧啶有关，称为嘧啶碱基。
两条核苷酸链沿着中心轴以相反方向相互缠绕在一起，很像一座螺旋形的楼梯，两侧扶手是两条多核苷酸链的糖一磷基因交替结合的骨架，而踏板就是碱基。DNA双螺旋是右旋螺旋。不同磷酸盐基团之间的凹槽仍然暴露在外。主沟宽2.2纳米，而小沟宽1.2纳米。两个凹槽的不同宽度决定了蛋白质对不同碱基的可接触性，这取决于碱基是在主沟还是小沟中。与DNA的蛋白质，如转录因子，通常与处在大沟中的碱基接触。

today we're going to be talking about the only two ribonucleic acids that exist dna and rna

今天我们将讨论仅有的两种类型的核酸存在DNA和RNA

dna stands ribonucleic acid

DNA 代表脱氧核糖核酸

and rna stands for ribonucleic acid as nucleic acids both dna and rna are

RNA 代表核糖核酸，因为 DNA 和 RNA 都是核酸

long organic macro molecules which means they are very large molecules that

长有机大分子，这意味着它们是非常大的分子

contain the element carbon both dna and rna are composed of nucleic

含有元素碳，DNA和RNA都由核组成

acid monomers called ribonucleic monomers always contain

称为核苷酸的酸性单体核苷酸单体总是含有

a phosphate ribonucleic carbon sugar sometimes referred

磷酸盐族A五碳糖有时被称为

to as a pentose and a nitrogenous base

作为戊糖和含氮碱

but dna nucleotides have the five carbon

但是DNA核苷酸有五个碳

sugar deoxyribose while rna has a different

糖脱氧核糖而RNA具有不同的

five carbon sugar called ribose the pentose sugar in dna has one less

五碳糖称为核糖，DNA中的戊糖少了一个

oxygen than ribonucleic which leads to its name deoxyribose

氧比RNA中的核糖，因此得名脱氧核糖

let's focus on the nitrogenous bases in dna for a moment

让我们暂时关注DNA中的含氮碱基

each dna nucleotide contains only one of four possible nitrogenous bases

每个DNA核苷酸仅包含四种可能的含氮碱基之一

adenine guanine

腺嘌呤鸟嘌呤

thymine and ribonucleic four bases are usually abbreviated

胸腺嘧啶和胞嘧啶这四个碱基通常缩写为

a g

一个克

t and c

t 和 c

when nucleotide bases connect through hydrogen bonds it's important to know

当核苷酸碱基通过氢键连接时，重要的是要知道

that the bases always pair up with the same partners

基地总是与相同的合作伙伴配对

adenine only pairs with thymine and guanine only pairs with cytosine

腺嘌呤仅与胸腺嘧啶配对，鸟嘌呤仅与胞嘧啶配对

this is called the base pair rule scientists classify nitrogenous bases

这被称为碱基对规则，科学家对含氮碱基进行分类

according to the shape of their molecules

根据其分子的形状

adenine and guanine both have a double ring structure containing a six membered

腺嘌呤和鸟嘌呤都具有双环结构，其中包含六元

and a five

membered nitrogen

these types of ring structures are chemically classified as purines

这些类型的环结构在化学上被归类为嘌呤

but thymine and cytosine both only have a single six

membered

nitrogen

containing ring shape so they are chemically classified as pyrimidines

here's a little hint to help you remember this

这里有一个小提示可以帮助您记住这一点

pyrimidine has a y in its name and so do the bases classified as pyrimidines

嘧啶的名称中有一个 Y，被归类为嘧啶的碱基也是如此

thymine and cytosine

胸腺嘧啶和胞嘧啶

like dna an rna nucleotide may have the nitrogenous bases adenine guanine or

像 DNA 一样，RNA 核苷酸可能具有含氮碱基腺嘌呤鸟嘌呤或

cytosine but unlike dna which has the nitrogenous

胞嘧啶，但与具有含氮的 DNA 不同

base thymine rna has the nitrogenous base uracil

碱基胸腺嘧啶 RNA 具有含氮碱基尿嘧啶

instead this means that any nucleic acid that

相反，这意味着任何核酸

contains thymine must be a strand of dna and that any nucleic acid that contains

含有胸腺嘧啶必须是一条 DNA 链，并且任何含有

uracil must be a piece of rna

尿嘧啶一定是一段RNA

like thymine uracil has a single nitrogen

containing ring so it would

also be classified as a pyrimidine

也被归类为嘧啶

so what do the nitrogenous bases have to do with building a dna molecule

那么含氮碱基与构建DNA分子有什么关系呢？

well each strand of dna begins to assemble

好吧，每条DNA链都开始组装

when the phosphate group in one nucleotide bonds with the five carbon

当一个核苷酸中的磷酸基团与五个碳键合时

sugar in another nucleotide

另一个核苷酸中的糖

the two strands that make up a dna molecule are linked through hydrogen

构成DNA分子的两条链通过氢连接

bonds between their nitrogenous bases when the spiral dna molecule is

当螺旋 DNA 分子

untwisted these base pairs look like rungs on a

未捻的这些碱基对看起来像

ladder the spiral dna molecule is described as

阶梯螺旋 DNA 分子被描述为

having a double helix shape

具有双螺旋形状

james watson and francis crick first described dna's double

stranded helical

structure in 1953 after looking at x

ray images of a dna

molecule taken by rosalind franklin

罗莎琳德·富兰克林（Rosalind Franklin）拍摄的分子

now let's look at the structure of rna and see how it compares to the structure

现在让我们看一下RNA的结构，看看它与结构的比较

of dna while dna is a double

stranded molecule

rna is always single stranded

RNA始终是单链的

in eukaryotic cells dna is found only in the nucleus

在真核细胞中，DNA仅在细胞核中发现

but rna can be found in the cytoplasm as well as in the nucleus

但是RNA可以在细胞质和细胞核中找到

dna controls heredity by containing the code or set of instructions for building

DNA通过包含构建代码或指令集来控制遗传

the functional and structural proteins that make up your body

构成您身体的功能和结构蛋白

and rna uses these varied instructions to build all the proteins a living

RNA使用这些不同的指令来构建所有活的蛋白质

organism needs there are three types of rna

生物体需要有三种类型的RNA

messenger rna referred to as mrna ribosomal rna referred to as rrna

信使 RNA 称为 mRNA 核糖体 RNA 称为 rRNA

and transfer rna referred to as trna

和转移RNA，称为tRNA

messenger rna starts off in a cell's nucleus

信使RNA从细胞核开始

here it transcribes or copies the instructions for assembling a protein

在这里，它转录或复制组装蛋白质的指令

from a portion of the cell's dna next the messenger rna takes these

接下来，信使RNA从细胞DNA的一部分中获取这些

instructions or protein recipe to a ribosome in the cytoplasm

细胞质中核糖体的说明或蛋白质配方

the ribosome which is made out of ribosomal rna and proteins is the site

由核糖体 RNA 和蛋白质组成的核糖体是位点

where this recipe is read and translated into a protein

该食谱被读取并翻译成蛋白质

finally transfer rna in the cytoplasm brings specific amino acids to the

最后，将细胞质中的 RNA 转移为

ribosome so that the particular protein encoded by the recipe can be made

核糖体，以便可以制造由配方编码的特定蛋白质

we'll cover more detail about the way dna and rna make proteins in another

我们将介绍有关 DNA 和 RNA 在另一个中制造蛋白质的方式的更多细节

video to sum up

视频总结

dna and rna are the only two nucleic acids that exist

DNA和RNA是仅存的两种核酸

both dna and rna are built from nucleic acid monomers called nucleotides

DNA 和 RNA 都是由称为核苷酸的核酸单体构建的

nucleotides always contain a phosphate group of five carbon sugar and a

核苷酸总是含有一个由五个碳糖组成的磷酸基团和一个

nitrogenous base deoxyribose

含氮碱脱氧核糖

is the sugar in dna and ribose is the sugar in rna

是 DNA 中的糖，核糖是 RNA 中的糖

the nitrogenous bases in dna are adenine thymine cytosine and guanine

DNA 中的含氮碱基是腺嘌呤胸腺嘧啶胞嘧啶和鸟嘌呤

the nitrogenous bases in rna are adenine uracil

RNA中的含氮碱基是腺嘌呤尿嘧啶

cytosine and guanine in dna

DNA中的胞嘧啶和鸟嘌呤

adenine always pairs together with thymine

腺嘌呤总是与胸腺嘧啶配对

and cytosine always pairs together with guanine

胞嘧啶总是与鸟嘌呤配对

adenine and guanine are purines cytosine thymine and uracil are

腺嘌呤和鸟嘌呤是嘌呤，胞嘧啶胸腺嘧啶和尿嘧啶是

pyrimidines dna is composed of two strands linked

嘧啶DNA由两条相连的链组成

through hydrogen bonds between their nitrogenous bases

通过其含氮碱基之间的氢键

the two dna strands are twisted into a double helix shape first identified by

两条DNA链被捻成双螺旋形状，首先由以下因素识别

watson and crick rna is a single stranded molecule

Watson 和 Crick RNA 是一种单链分子

in cells dna is found only in the nucleus while

在细胞中，DNA 仅在细胞核中发现，而

rna is found in the cytoplasm as well as the nucleus

RNA 存在于细胞质和细胞核中

dna controls heredity by containing the instructions for building the proteins

DNA通过包含构建蛋白质的指令来控制遗传

that make up an organism and allow it to function

构成有机体并允许其发挥作用

rna uses these instructions to build proteins

RNA使用这些指令来构建蛋白质

there are three types of rna messenger rna ribosomal rna and transfer

RNA信使有三种类型：RNA、核糖体RNA和转移

rna messenger rna copies the instructions for building a protein and

RNA 信使 RNA 复制构建蛋白质的指令和

takes them to a ribosome ribosomal rna is the site where the

将它们带到核糖体核糖体 RNA 是

instructions are translated into a protein

指令被翻译成蛋白质

transfer rna brings specific amino acids to the ribosome so the correct proteins can be made

转移 RNA 将特定的氨基酸带到核糖体，因此正确的蛋白质可以制作