在2019年底 爆發新冠肺炎 新冠肺炎是由冠狀病毒所引起的 此病毒具有外套膜 膜上具有棘蛋白、套膜蛋白與醣膜蛋白 在電子顯微鏡下的形狀看似皇冠 因此被稱為冠狀病毒 病毒內部有核鞘蛋白包覆著攜帶所有遺傳資訊的RNA 用來合成病毒蛋白質 從化學角度來看 究竟RNA是什麼呢？ 讓我們繼續看下去吧！ RNA 又稱核糖核酸 是在生物體中 主要攜帶遺傳信息的分子 除了核糖核酸外 還有去氧核糖核酸 簡稱DNA 這兩種物質都是從細胞核中分離出來的酸性物質 因此統稱為核酸 核酸是一種聚合物 由核苷酸為單體縮合聚合而成 也可以看成核酸水解後的產物為核苷酸 核苷酸顧名思義 是由核苷與酸結合而成 其中的酸為磷酸 而核苷則由五碳醣與含氮鹼基組成 圖中分別為RNA和DNA的單體核苷酸 同學們可以看出兩者有什麼不同嗎？ 發現了嗎？ 它們的共同點在於結構中都包含磷酸基團 含氮鹼基和五碳醣這三個單元 但五碳醣的結構並不相同 五碳醣的碳原子從與含氮鹼基鍵結的位置開始編號 分別為 1、2、3、4 和 5 RNA的五碳醣為核糖 分子式為C₅H₁₀O₅ 結構式中五員環2號碳上接OH原子團 也就是羥基 所形成的核苷酸稱為核糖核苷酸 DNA的五碳醣為去氧核糖 分子式為C₅H₁₀O₄ 結構式中五員環2號碳上接H原子 所形成的核苷酸稱為去氧核糖核苷酸 除了五碳醣之外 兩者的含氮鹼基種類也有所不同 核糖核苷酸的鹼基有四種 去氧核糖核苷酸的鹼基也有四種 有看出兩者之間的相同處和相異處嗎？ 沒錯 核糖核苷酸的含氮鹼基為AGCU 去氧核糖核苷酸的含氮鹼基為AGCT 相同點為都含有AGC三種鹼基 相異點則是RNA第四個鹼基是尿嘧啶 DNA則換成胸腺嘧啶 根據化學結構 含氮鹼基可分為兩大類 其中一類由一個五員環和一個六員環組成的稱為嘌呤 包括縮寫為A的腺嘌呤 與縮寫為G的鳥糞嘌呤 另一類只含一個六員環的鹼基稱為嘧啶 其中一個為縮寫為C的胞嘧啶 RNA中縮寫為U的是尿嘧啶 DNA中縮寫為T的是胸腺嘧啶 瞭解了核苷酸的五碳醣、鹼基和磷酸根三個部分後 接下來要探討的是各個部分如何鍵結成單體核苷酸？ 核糖或去氧核糖中1號碳上的羥基 皆可與鹼基中氮上的氫進行脫水反應 形成核糖核苷或去氧核糖核苷 接著 核糖和去氧核糖5號碳上的羥基與磷酸基團結合 分別生成單體去氧核糖核苷酸和核糖核苷酸 在核苷酸聚合成核酸的過程中 核苷酸中五碳醣3號碳上的羥基 與另一個核苷酸5號碳上的磷酸基團進行脫水縮合反應 形成磷酯鍵 從而促成核酸鏈的聚合 也就是說核苷酸會經由磷酸二酯鍵聚合形成核酸 關於核糖核酸與去氧核糖核酸的敘述 哪些正確？ 20世紀50年代初 科學家經由實驗已經知道DNA是細胞的遺傳物質 但並不清楚DNA是如何攜帶遺傳密碼的 大約在這個時候 奧地利生物化學家查加夫檢查了 檢查了不同物種的 DNA 含量 發現不同物種間含氮鹼基A、C、G和T的數量存在差異 但是A和T的數量非常相近 C和G的含量也非常相近 這個關係也被稱為查加夫規則 不久後 美國科學家華森和英國科學家克里克 利用查加夫規則以及富蘭克林和威爾金斯的DNA X射線繞射圖譜 於1953年4月 在《自然》雜誌上提出了DNA雙股螺旋模型 1962年 華森、克里克和·威爾金斯三位科學家 被授予諾貝爾醫學獎的殊榮 不幸的是 富蘭克林因為已經去世而無法獲得這份榮耀 根據此模型 去氧核糖核酸DNA 是由兩條反向的DNA鏈組成的雙股螺旋 就像是一條很長的梯子經過扭轉 梯子的兩邊是由磷酸與五碳醣經由磷酸二酯鍵聚合而成的DNA骨架 一條是3’到5’端 另一條是5’到3’端 梯子的橫桿則是兩個鹼基 以固定的配對方式結合 A配T G配C 鹼基間的配對具有專一性 腺嘌呤（A）會與胸腺嘧啶（T）配對 並形成兩個氫鍵 而鳥嘌呤（G）則與胞嘧啶（C）配對 並形成三個氫鍵 透過鹼基間的專一性互補配對 能精確地傳遞遺傳訊息 當細胞分裂時 DNA雙股鏈解開 每一條單股作為模板 依照鹼基互補配對原則 合成出一條新的互補鏈 確保DNA序列能精確地複製給下一代 核糖核酸RAN則像是一條彩帶 為單股螺旋的結構 骨架是磷酸與核糖組成 在RNA轉錄DNA訊息時 或RNA轉譯成蛋白質時 也是利用含氮鹼基專一性配對的特性 腺嘌呤A與尿嘧啶U間以兩個氫鍵結合配對 胞嘧啶C與鳥糞嘌呤G間則以三個氫鍵結合配對 讓訊息正確傳遞 CRISPR/Cas9基因編輯技術被譽為「上帝的剪刀」 在2020年獲得了諾貝爾化學獎 這項技術的核心 是參考細菌抵抗病毒的免疫防禦機制發展出來的 CRISPR/Cas9系統是先透過引導RNA確認位置 再以核酸酶執行DNA切割 能精準實現基因編輯 此技術包含兩個關鍵部分 第一為DNA剪刀 是可以把DNA切斷的核酸酶－Cas9蛋白 第二為引導RNA包含可以辨認目標基因的RNA和與Cas9蛋白結合的RNA 當Cas9進入人體後 引導RNA會找到具有互補鹼基對序列的目標DNA 再用Cas9蛋白剪斷基因 最後再送入正確基因黏貼在斷口處就完成了 此基因編輯技術可用在醫療、農業、育種等 下列關於CRISPR/Cas9技術與DNA、RNA的敘述 何者錯誤？ 今天我們學了好多 讓我們來整理一下 核酸分成核糖核酸RNA與去氧核糖核酸DAN 其單體為核糖核苷酸和去氧核糖核苷酸 皆由磷酸與核苷所組成 其中RNA的核苷由核糖與含氮鹼基AUCG組成 DNA的核苷由去氧核糖與含氮鹼基ATCG組成 含氮鹼基間分別利用兩對以及三對氫鍵形成特定的配對 傳遞遺傳訊息 核苷酸單體會以五碳醣3號碳上的羥基 與另一個核苷酸5號碳上的磷酸基團脫水形成磷酸二酯鍵 聚合成核酸 DNA甲基化指的是 胞嘧啶可經由催化劑作用轉化為5-甲基胞嘧啶 一般發生在DNA序列中胞嘧啶後緊連鳥嘌呤的位置 此反應在哺乳動物中很常見 試由結構說明 若發生甲基化反應 是否影響鹼基的配對？ 歡迎在下面留言和我們分享唷！