How big is DNA 脱氧核糖核酸?
2 奈米!
DNA，脱氧核糖核酸的简称，是在活细胞中储存并传递遗传信息的分子。它的形状像一架扭成螺旋状的梯子，这种结构叫做双螺旋，宽度大约为 2 纳米。纳米是十亿分之一米。
大小
DNA 的大小通常指其双螺旋的宽度，即横跨两条缠绕链测得的宽度。每条链都是由被称为核苷酸的小单位连接而成的长链。两条链通过成对的化学碱基连接在一起，这些碱基对构成了梯子的横档。
细胞中常见的 DNA 形式称为 B-DNA，宽 1.9–2 纳米。沿螺旋方向，相邻碱基对之间相距 0.34 纳米，螺旋每约 10 个碱基对，即每 3.4 纳米，就完整旋转一圈。DNA 还有两种更为罕见的形式，分别叫 A-DNA 和 Z-DNA，它们的缠绕方式不同。
DNA 的长度因分子而异。人类 22 号染色体是最小的染色体之一，是一条含约 4800 万个碱基对的单一 DNA 分子。如果把它拉直，长度约为 1.5 厘米。
大小比较
- 大约 4 万–5 万条 DNA 双螺旋并排排列，宽度就相当于一根人类头发的宽度。
- 构成细胞膜的磷脂双层大约 5 纳米厚，是 DNA 双螺旋宽度的 2.5 倍。
- 一个金原子的直径大约是三分之一纳米，因此 DNA 的宽度大约相当于六个金原子。
- 如果把 DNA 放大到一根人类头发那么宽，一个人体细胞中的 DNA 就会伸展到约 100 千米长，并被压缩进一个直径约 30 厘米的细胞核中。
细胞中 DNA 的含量
一个典型人体细胞含有的 DNA，如果首尾相连拉直，总长约为 2 米。然而容纳这些 DNA 的细胞核直径只有大约 6 微米，微米是百万分之一米。这些 DNA 的长度是细胞核宽度的 30 万多倍。
人类基因组，即人类全部 DNA 的总称，大约由 32 亿个核苷酸组成，分布在 24 条不同的染色体上。每条染色体都是一条很长的 DNA 分子，与蛋白质结合，被折叠、压缩成紧凑的形状。
双螺旋结构的发现
詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克在英国剑桥大学工作期间，于 1953 年描述了双螺旋结构。他们的模型显示了碱基如何配对：腺嘌呤与胸腺嘧啶配对，胞嘧啶与鸟嘌呤配对。这一模型还暗示了 DNA 可能的复制方式。
X 射线衍射技术帮助揭示了这一结构。这种方法通过分析 X 射线照射分子后散射形成的图案，推算出分子的形状。罗莎琳德·富兰克林当时正用这种方法研究 DNA，莫里斯·威尔金斯也在研究其结构。X 射线图案显示，碱基之间有规律地相距 0.34 纳米。
沃森、克里克和威尔金斯于 1962 年共同获得诺贝尔奖。此时富兰克林已经去世，而诺贝尔奖不会追授给已故者。
参考资料
- Biochemistry, DNA Structure. StatPearls, NCBI Bookshelf, 2023.
- DNA Structure and Sequencing. Biology 2e, OpenStax, 2018.
- Chromosomal DNA and Its Packaging in the Chromatin Fiber. Molecular Biology of the Cell, 4th edition, Garland Science, 2002.
- Membrane Structure. Molecular Biology of the Cell, 4th edition, Garland Science, 2002.
- Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.