重要知識點回顧：

  1. DNA和RNA是核苷酸（nucleotide）的多聚體
  2. DNA和RNA之間有3個主要區別
  3. DNA是兩條核苷酸鏈通過氫鍵結合在一起形成的雙螺旋

核酸是生物界細胞中的信息分子，它含有所有的生物通用的遺傳密碼（genetic code）。核酸（nucleic acid）分成兩種，脫氧核糖核苷酸（deoxyribonucleic acid，DNA）和核糖核苷酸（ribonucleic acid，RNA）。DNA主要存在於細胞核中的染色體上，RNA主要存在於細胞質中，有少部分在覈內。

Nucleotides

2.6.U1 The nucleic acids DNA and RNA are polymers of nucleotides.

2.6.S1 Drawing simple diagrams of the structure of single nucleotides of DNA and RNA, using circles, pentagons, and rectangles to represent phosphates, pentoses and bases.

核苷酸由三種物質組合而成：

  • 含氮鹼基（nitrogenous base）：與1號碳原子連接，DNA的4個鹼基是cytosine (C), guanine (G), adenine (A) 和 thymine (T)，RNA中有U (Uracil)，沒有T。G、A屬於嘌呤（purine），雙環結構；C、T、U屬於嘧啶（pyrimidine），單環結構。
  • 五碳糖（pentose sugar）：DNA中是脫氧核糖（deoxyribose），RNA中是核糖（ribose）
  • 磷酸（phosphoric acid）：與5號碳原子連接

這三種組分通過共價鍵結合在一起（脫去兩個水）。因為有4中鹼基，所以構成DNA的核苷酸由四種。

一個核苷酸的五碳糖3號碳原子和與另一個核苷酸的磷酸之間通過磷酸二酯鍵（phosphodiester bond）縮合，形成核酸的骨架（alternating sugar and phosphate molecules forming the 『backbone』），骨架部分都是一樣的，不同的是鹼基的變化，最後形成的長鏈結構是就叫核酸（nucleic acids）或多核苷酸（polynucleotide）。

The DNA double helix

2.6.U3 DNA is double helix made of two antiparallel strands of nucleotides linked by hydrogen bonding between complimentary base pairs.

2.6.A1Crick and Watson』s elucidation of the structure of DNA using model making.

DNA分子有兩條方向平行（antiparallel）的多核苷酸鏈組成，中間的鹼基依靠氫鍵聯繫在一起，形成特殊的雙螺旋結構。A與T以兩個氫鍵結合（RNA中是A和U），G與C以三個氫鍵結合，這種結合方式叫鹼基互補配對（complementary base pairing）（Chargaff』s Rules），有利於保證DNA複製的準確性。Francis Crick和James Watson兩位因為DNA的結構解析獲得了1953年的諾貝爾獎（Rosalind Franklin這位女科學家也需要被紀念一下），揭示了DNA怎樣攜帶遺傳信息。DNA結構的發現請閱讀這個網頁。

RNA structure

2.6.U2 DNA differs from RNA in the number of strands present, the base composition and the type of pentose.

跟DNA比起來，RNA分子是比較短的片段，一般從幾倍到上千個核苷酸長。它是單鏈結構，骨架中的五碳糖是核糖，鹼基則是GACU，U替代了DNA中的T。RNA的種類有三種，mRNA（messenger RNA）存在於細胞核和細胞質中，tRNA（transfer RNA）和rRNA（ribosomal RNA）存在於細胞質中。RNA可以通過核孔，DNA則不行。

練習題

Quiz on 2.6 Structure of DNA and RNA?

docs.google.com

    • 鏈接為Google Forms形式的14道練習題，做完提交後會顯示分數和正確答案。
    • 習題副本如有需要請在末尾選擇「Send me a copy of my responses.」，系統會發送到你填寫的郵箱。

Short answer question

1. Draw a labelled diagram of the structure of DNA, showing the arrangement of subunits. [3 marks]

2. The diagram below represents a DNA nucleotide.

      • Identify the phosphate group and deoxyribose. [1 mark]

3. Draw a labelled diagram to show how four nucleotides are joined together to form a double-stranded DNA molecule with two base pairs. [3 marks]

4. State two differences between RNA and DNA nucleotides. [2 marks]

Reference:

Clegg, C. Biology for the IB Diploma (2nd ed.). Hodder Education.

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