遺傳的分子基礎

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緒論

後代繼承親本特徵的過程稱為遺傳。遺傳的分子基礎涉及遺傳、遺傳變異以及基因的研究。最重要的遺傳決定因素被稱為基因。基因將資訊從一代傳遞到下一代，從細胞傳遞到細胞。

為了指定生物和物理特徵，基因將資訊從父母傳遞給後代。大多數基因包含製造功能分子的資訊，這些分子被稱為蛋白質。但並非所有基因都編碼蛋白質。人體中大約有 20000 個蛋白質編碼基因。脫氧核糖核酸 (DNA) 和核糖核酸 (RNA) 以及遺傳密碼構成了遺傳的分子基礎。

DNA 的重要性

脫氧核糖核酸的重要性如下所列：

• 脫氧核糖核酸編碼蛋白質合成。

• 脫氧核糖核酸攜帶遺傳資訊。

• 脫氧核糖核酸提供關於生命和過程的資訊。

DNA 和 RNA 的結構

許多生物學家證實的最重要的核酸是脫氧核糖核酸 (DNA) 和核糖核酸 (RNA)。DNA 和 RNA 的基本結構單元是核苷酸。長的核苷酸鏈構成 DNA 和 RNA。核苷酸由連線到磷酸基團和含氮鹼基的糖分子組成。核苷是核苷酸的亞基。

從結構上講，脫氧核糖核酸 (DNA) 由兩條纏繞在一起的鏈組成，就像一個扭曲的梯子。這種 DNA 形狀被稱為雙螺旋。

含氮鹼基

• 在核苷酸結構中，含氮鹼基是重要的資訊載體。

  

• 含氮鹼基在其 1 號碳位置與糖連線。

• 含氮鹼基包含嘧啶或嘌呤鹼基。

• 含有一個碳氮環的鹼基稱為嘧啶，而兩個環鹼基稱為嘌呤。

• 胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶是嘧啶。

• 胞嘧啶存在於 DNA 和 RNA 中。

• 胸腺嘧啶僅存在於 DNA 中，而尿嘧啶存在於 RNA 中。

• 嘌呤主要包括鳥嘌呤和腺嘌呤。

• 腺嘌呤和鳥嘌呤都存在於 DNA 和 RNA 中。

• 核苷酸可以彼此配對。

糖

• 核苷酸包含兩個重要的戊糖分子，即核糖和脫氧核糖。

• 糖包含五個碳、十個氫和五個氧，被稱為核糖，或者缺少一個氧原子被稱為脫氧核糖。

• 核糖存在於 RNA 中。

• 脫氧核糖存在於 DNA 中。

磷酸基團

• 每個核苷酸的磷酸基團在其 5 號碳位置與糖連線。

• 磷酸基團呈酸性。

核苷酸的特徵

• N-糖苷鍵將含氮鹼基與戊糖連線。

• 重要的嘧啶鹼基是胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶。胞嘧啶和胸腺嘧啶存在於 DNA 中，而 RNA 包含胞嘧啶和尿嘧啶。

• DNA 和 RNA 的嘌呤鹼基包括鳥嘌呤和腺嘌呤。

• 胸腺嘧啶和腺嘌呤透過兩個氫鍵連線。

• 三個氫鍵連線鳥嘌呤和胞嘧啶。

• 核苷酸鏈相互連線形成 DNA 的骨架。

• DNA 和 RNA 中連續的核苷酸透過磷酸二酯鍵連線在一起。

遺傳密碼

遺傳密碼由一組四個字母的核苷酸組成，稱為密碼子。每個密碼子都與特定的氨基酸或終止訊號相關聯。遺傳密碼的概念首先由弗朗西斯·克里克及其同事於 1961 年提出。同年，馬歇爾·尼倫伯格和海因裡希·馬特海進行了關於遺傳密碼的實驗。從他們的實驗中，他們得出結論，RNA 序列 UUU 特異性地編碼苯丙氨酸氨基酸。在此發現之後，科學家菲利普·萊德、戈文德·科拉納和尼倫伯格識別了其餘的遺傳密碼，並解釋了與氨基酸相關的三個字母的密碼子。大約有 64 個密碼子。其中 61 個密碼子與氨基酸相關聯，而 3 個是終止訊號。遺傳密碼彼此之間永不重疊。這意味著即使單個核苷酸可以是兩個相鄰密碼子的一部分，它也只是一個密碼子的一部分。遺傳密碼是通用的，變異幾乎很少見。例如，線粒體具有不同的遺傳密碼，變化極小。

人類基因組計劃

人類基因組計劃是由國際組織進行的有組織、大型且高度協作的努力，旨在產生人類和其他幾種發育良好的生物的第一個基因組序列。它於 1990 年至 2003 年間進行。

結論

遺傳的分子基礎涉及遺傳、遺傳變異以及基因的研究。最重要的遺傳決定因素被稱為基因。基因將資訊從一代傳遞到下一代，從細胞傳遞到細胞。為了指定生物和物理特徵，基因將資訊從父母傳遞給後代。許多生物學家證實的最重要的核酸是脫氧核糖核酸 (DNA) 和核糖核酸 (RNA)。核苷酸是核酸（即 DNA 和 RNA）的基本結構組成。長的核苷酸鏈構成 DNA 和 RNA。核苷酸由連線到磷酸基團和含氮鹼基的糖分子組成。

常見問題解答

Q1. 說明核苷酸的三種功能。

答：核苷酸的三種功能如下所列：

• 核苷酸是生命的基礎。

• 核苷酸可以構成 ATP 分子，ATP 分子是細胞中主要的能量來源。它可以將能量儲存在體內，並充當能量儲存庫。

• 它對酶的許多活動至關重要。它們存在於 NAD 和 NADP 等輔酶中，並參與代謝。

Q2. 為什麼核苷酸只能與特定型別的核苷酸配對？

答：核苷酸的分子結構使它們能夠與特定型別的核苷酸結合。腺嘌呤只能與胸腺嘧啶配對，並透過兩個氫鍵連線。而胞嘧啶和鳥嘌呤透過三個氫鍵相互連線。

Q3. 你對酸性本質的理解是什麼？

答：酸性本質具有酸的性質（高濃度的 H+ 離子）。它的 pH 值低於 7。pH 值越低，H+ 離子的濃度越高，因此酸性越強。

Q4. 核糖核酸的功能是什麼？

答：核糖核酸的主要功能是透過翻譯過程進行蛋白質合成。除此之外，核糖核酸還傳遞遺傳資訊，這些資訊被核糖體翻譯成不同型別的蛋白質。三種不同的 RNA，即 mRNA、tRNA 和 rRNA，用於蛋白質合成過程。

Q5. 什麼是核苷？

答：核苷是戊糖和含氮鹼基的組合。核苷中不存在磷酸基團。