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dna是指脱氧核糖核酸（缩写：DNA）的意思。
基本介绍：
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。
显微镜下的DNA：
脱氧核糖核酸（DNA）是生物细胞内携带有合成RNA和蛋白质所必需的遗传信息的一种核酸，是生物体发育和正常运作必不可少的生物大分子。
DNA中的遗传信息：
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。
DNA的物质结构：
1、基础组成单元：
DNA是一种长链聚合物，基本组成单元为四种脱氧核苷酸，即腺嘌呤脱氧核苷酸（dAMP脱氧腺苷）、胸腺嘧啶脱氧核苷酸（dTMP 脱氧胸苷）、胞嘧啶脱氧核苷酸（dCMP脱氧胞苷）、鸟嘌呤脱氧核苷酸（dGMP脱氧鸟苷）。
2、分子：
而脱氧核糖（五碳糖）与磷酸分子借由酯键相连，组成DNA的长链骨架，排列在外侧，四种碱基排列在内侧。每个糖分子都与四种碱基里的其中一种相连，这些碱基沿着DNA长链所排列而成的序列，可组成遗传密码，指导蛋白质的合成。
3、模板：
读取密码的过程称为转录，是以DNA双链中的一条单链为模板，复制出一段称为mRNA（信使RNA）的核酸分子。多数RNA带有合成蛋白质的信息，另有一些本身就拥有特殊功能，例如rRNA、snRNA与siRNA。在细胞内，DNA能与蛋白质结合形成染色体，整组染色体则统称为染色体组。
生命是什么?首先它是物质的一种存在形式，构成生命的都是地球上的元素，在人体中检测出50多种，其中碳、氢、氧和氮占95%以上，所有的生物体也都是以这4种元素为主。从化学的角度来看，生命尽管也是天然产出的元素及其化合物的集合体，但它们和矿物不同，是以核酸和蛋白质的大分子体系为主体，以细胞的形态在生物体中出现。这些细胞能够记载、传递和表达信息，并不断地与外界进行物质交换，进行新陈代谢和自我复制，把自己的特征遗传下去，生生不息，是一种活的物质。
1665年，英国科学家胡克(RobertHooke，1635～1703)用显微镜发现了细胞，经过科学家们的持续探寻，到18世纪30年代，生物为细胞所组成，已成为科学界的共识。现在我们不仅知道细胞是构成生物体的基本单位，而且对它们的形状大小，乃至内部构造都有了认识。这些细胞一般很小，肉眼难以观察到，直径在10～100μm之间，一个人身体中的细胞数以百亿计。细胞也有大的，一粒鱼卵就是一个细胞。
仅仅认识到细胞的存在，远不能回答物种为什么有自己的特征，并能世代相传，而古生物化石的发现又告诉我们，地球历史上不断有许多物种绝灭，同时又不断有新的物种产生，所以现今的物种与远古的差异很大。
1858年，达尔文(CharlesRobertDarwin，1809～1882)和华莱士(AlfredRusselWal-lace，1823～1913)提出生物进化论，认为是环境的变化淘汰了不能适应的物种，同时使另一些物种得到发展。中国学者严复把这种理论概括译成“物竞天择，适者生存”。进化论比较合理地解释了物种的演变。但是，在同样的环境变化中，为什么有的物种能适应，有的却不能;有的进化了，有的还是老样子，如人类和猿猴有共同的祖先，但人类成长起来了，而猿猴还是猿猴?还有许多物种早已绝灭。这说明物种自身的内在因素也在起作用。1865年，奥地利生物学家孟德尔(GregorJ.Mendel，1822～1884)提出基因论，认为在生物体内部有一种控制遗传的基因。但它究竟是什么东西，存在生物体内什么地方?都未能解决，留下的仅是一种理念。后来发现这种遗传物质就是存在于细胞核中的脱氧核糖核酸(DeoxyribonucleicAcid，简写为DNA)，即今天大名鼎鼎的DNA。
进入20世纪初期，已认识到DNA普遍存在于动植物的细胞内。前苏联的生物化学家列文(PoneLevene，1869～1940)在20世纪20年代就已查明，DNA是由脱氧核糖、磷酸盐与碱基3种分子组成的大分子，它的次一级单元是核苷酸。在核苷酸分子中，脱氧核糖居中，两端连接磷酸盐，而侧面连接碱基。多个核苷酸分子通过脱氧核糖和磷酸盐交替连接，形成多核苷酸链，两条多核苷酸链通过侧面的碱基配对连接就形成双螺旋形结构的DNA分子(图5-1)。DNA的这种结构形态，好似盘旋而上的“绳梯”，相连成对的碱基则好似阶梯上的“横板”。在DNA分子中，碱基只含有腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)和胞核嘧啶(C)4种，而且它们有严格的配对关系，即腺嘌呤只能与胸腺嘧啶配对，鸟嘌呤只能与胞核嘧啶配对。因此，在DNA分子中只存在AT、TA、GC、CG这4种组合形式。它们与螺旋链上的糖类(S)和磷酸分子(P)相链接(图5-1)。人们梦寐以求的基因或称遗传密码，就藏在这个组合系统之中。
图5-1DNA的分子结构和染色体的结构(据黄裕泉等，1989)
在DNA“绳梯”一条链上3个相邻的碱基就可组成1个密码子，这密码子就是基因。它们控制了天然蛋白质中20种氨基酸的形成，这些氨基酸是构成生命的物质基础。如果说AT、TA、GC、CG在DNA的语言中相当4个字母，那么这20种氨基酸可以说相当于20个字。字母和字数虽然都不多，但这DNA的“绳梯”很长很长，组成的句子仍可以多至无限，指令要多少就能写出多少，因而能形成各种各样的生物。
可惜当时人们对这些都茫然无知，列文的发现并未引起人们的足够注意，倒是与他同时代的遗传学家摩根(ThomasHuntMorgan，1866～1945)，因发现在细胞核内的染色体能够控制遗传，轰动一时，并于1933年获得了诺贝尔奖。其实染色体就是由DNA螺旋盘绕而成的筒状体结构(图5-1)，使DNA的长度几乎压缩了近万倍，因此它所含的遗传信息就特别丰富。人的一个染色体中的DNA，最多可拥有3亿对碱基，由它们构成的基因可达1万个，孟德尔的发现得到精确的查证。
到了20世纪50年代，电子显微镜和X光衍射仪这些先进技术的使用，使后来者在探索生命奥秘的道路上，得以加速前进。1952年，美国基因学家赫尔歇(AfredHershey，1908～)和他的同事茜丝(MarthaChase)发现了那4种碱基排列组合的意义，确认寻找已久的基因就在DNA中。随后，另一种对生命活动有重要意义的核糖核酸(RibonucleicAcid)，即RNA，也被发现。RNA与DNA的关键性的差别是，核糖取代了脱氧核糖，尿嘧啶取代了胸腺嘧啶(T)。就结构而言，RNA分子为单链结构。RNA包括3种类型:信使核糖核酸(mRNA)、核糖体核糖核酸(rRNA)、转移核糖核酸(tRNA)，它们在生命活动中发挥着各自独特的作用。
在有生命的物质中，除了极少数病毒类型以RNA作为遗传物质外，99%以上都是以DNA作为遗传基因的。生命的形态与活动的不同，归根到底是因为各自拥有的DNA不一样。为什么地球上会成为一个丰富多彩的世界，同一家族的人相似却又不会完全相同。这一切都是因有DNA在里面设计和指挥。DNA在细胞核中从不离开，但RNA能在细胞核内外活动，于是全靠RNA来传达它发出的指令，并控制着蛋白质的形成。DNA上储存的遗传信息，首先流入RNA分子上，这个过程称为转录。第二步是以获得遗传信息的mR-NA为蓝图，控制蛋白质的合成，这个过程称转译(图5-2)。蛋白质的合成是在rRNA所在的核糖体中进行的。合成蛋白质的氨基酸，则是靠tRNA转运来。这样我们看到，一个细胞就像一个工厂，DNA中的基因是总设计师和总指挥，mRNA复制并带来图纸，rRNA的核糖体是车间，tRNA是运输原材料的工具。在DNA统一指挥下，这个工厂按照图纸合成蛋白质，生命从而得到延续、发展。
图5-2DNA上遗传信息的传递过程及蛋白质的合成
DNA的发现及对其作用的认识，是20世纪分子生物学的突破，但这仅仅拉开了帷幕的一角。进入20世纪70年代，人们进一步发现，在DNA长长的“绳梯”上，具有遗传意义即被称为基因的部分，仅是其中很少的片段。在人体的DNA中约有95%以上是“不起作用”的区段。但是真的是没有什么作用吗?实际上这只能表示，DNA内仍有广大的我们尚未认识的空间。探索生命之谜，还有漫长的路要走。
图片描述：科学家利用DNA双螺旋分子的链状结构来构建八面体。顶点处（图中红色标记）的单链DNA可以吸附带有互补链的纳米颗粒。这种方法可以产生各种各样的结构，包括每个顶点处具有相同类型的粒子（图b），特定顶点处的粒子阵列（图c），以及不同顶点处的不同粒子结构（图d）。图片来源：BrookhavenNationalLaboratory
在一个基于DNA纳米结构的拐角处，美国能源部（DOE）的布鲁克海文国家实验室（BrookhavenNationalLaboratory）的科学家及其合作者将生物材料的合成链用于两处：用链状的DNA双螺旋结构形成一个精确的几何框架，并在胶纳米颗粒中添加悬空的单链DNA。
这个发表在NatureNanotechnology上的方法可以产生可预测的集群和纳米矩阵，这是在能源、光学和药品的特定结构材料的设计应用上迈出的重要一步。
布鲁克海文国家实验室的物理学家OlegGang，在功能纳米材料中心实验室（Lab'sCenterforFunctionalNanomaterials）主导这项工程，他说道：“这些具有特定几何结构的纳米矩阵类似于由原子组成的分子。原子形成分子基于它们的化学键的性质，但却没有简单的方法来对纳米颗粒实施这样一个特定的空间绑定方案。我们的方法解决了这一问题。”
科学家表示，使用这种新方法，他们可以利用集体或协同效应排列不同类型的纳米粒子，具体的实例包括调节能量流、旋转光或提供生物分子的材料。
Gang指出：“我们可以设计一种材料，它能模仿自然机械来收获太阳能，或通过操纵光来运行应用程序，或设计新型的、能加快各种化学反应的催化剂。”
科学家们根据特异性的DNA编码，使用一个在支架的特定位置上含有粒子的八面体，向工程师展示了这项纳米结构技术。该设计包括两个相同粒子集的不同排列，每种排列有不同的光学特性。他们还利用几何集群来构建更大的阵列，具体包括线性链和二维平面表。
食品与营养委员会（CouncilonFoodsandNutrition）的科学家、该文章的主要作者之一的YeTian表示：“我们的工作证明了该方法的通用性，为装配高精密的3D模块提供了更多机会，这些模块可以集成多个不同结构和功能的纳米矩阵。”
组装的细节
这种纳米结构方法利用了DNA分子的两个关键特征：双螺旋结构与互补链（A、T、G和C基因）配对的自然趋势。
首先，科学家们创造了含六个双螺旋分子的基因组，然后其中四个组合在一起形成稳定精确的建筑材料，类似于单个纤维链交织在一起形成很有力的绳子。之后，科学家们利用这些绳状框架构造三维八面体，将线性DNA链与几百个互补DNA短链“钉住”。
Gang说：“我们将它们称为DNA折纸八面体。”
为了让这些胶装纳米粒子称为3D结构，科学家将每一个原始的六分子螺旋组设计成单螺旋结构，其两端还有单链DNA伸出。当组装成三维八面体时，每个顶点有“粘性端”可与带有DNA互补链的物体绑定。
Gang表示：“当带有单链的纳米粒子与DNA折纸八面体混合在一起时，DNA的自由端可以找到配对端，从而可以根据DNA互补编码规则组合在一起。因此特定的DNA编码粒子可以在八面体上找到相应的设计顶点。”
科学家可以通过改变范围内的DNA编码序列来更改顶点上绑定的内容。在一个实验中，他们在所有八面体结构内编码相同的序列，并附加链与金纳米粒子的互补序列，得到的结果是一个黄金纳米颗粒附着在八面体的六个顶点上。
在其他实验中科学家们改变了一些顶点序列，并在不同的粒子上使用互补链，证明了他们可以精确地直接组装和排列粒子。在一个例子中，他们对同样三组不同大小的粒子进行了两种排列，产生了不同光学性质的产品。他们甚至能够使用顶点上固定的DNA将八面体进行端到端连接，从而形成链，在二维阵列中的连接则形成表。
阵列可视化
确定粒子的排列和结构是一个重大的挑战，因为结构的DNA分子和纳米粒子具有不同的浓度。某些显微技术只能揭示粒子特点，而其它技术则会扭曲3D结构。
为了看到粒子和纸状结构，科学家们使用了冷冻电子显微镜（cryo-electronmicroscopy，cryo-EM）。该实验由布鲁克海文实验室、石溪大学（StonyBrookUniversity）生物学家HuilinLi（该领域的专家）以及论文的合著者、HuilinLi布鲁克海文实验室的同事TongWang共同完成。他们必须从图像中除去信息从而分别“观察”不同密度的成分，使用单粒子三维重建和断层来组合信息，生成最终图像。
Wang说：“冷冻电子显微镜将样本保存在接近原始状态，分辨率接近纳米级。我们证明了冷冻电子显微镜可以成功地应用于探测DNA纳米粒子集群的3D结构。”
图像表明，这种判定分子中DNA编码粒子中纳米粒子位置的方法，可以成功应用于制作新型纳米粒子材料。（科学之家，译审：FMa）
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