高中必修生物｜核酸完整解析：DNA 與 RNA 的組成、結構與功能

為什麼區區一個受精卵，能夠在短短數月內分化成擁有數兆個細胞、構造精密的大腦、心臟與肌肉？為什麼世界上的生物如此多樣，從微小的細菌到巨大的藍鯨，卻都遵循著相似的遺傳法則？

這一切的終極答案，都藏在細胞核內那條被譽為「生命藍圖」的分子中——核酸（Nucleic Acids）。這正是 108 課綱高中生物中，探討細胞分子組成與遺傳物質時最核心的單元：DNA 與 RNA 的化學組成、結構差異以及它們在生命中所扮演的關鍵功能。

核酸 ｜莫斯利自然科學

必修生物 DNA結構的發現

一、 核酸的基本單位：核苷酸（Nucleotide）

核酸是一種由許多「核苷酸」透過磷酸雙酯鍵聚合成的高分子有機化合物。每一個核苷酸皆由以下三個基本化學基團組成：

核苷酸組成結構	詳細說明與化學特性
1. 磷酸根（Phosphate group）	- 帶負電荷，賦予核酸分子酸性與水溶性。 - 負責連接相鄰核苷酸，形成核酸骨架。
2. 五碳糖（Pentose sugar）	- 去氧核糖（Deoxyribose）： 缺乏一個氧原子，是構成 DNA 的糖類。 - 核糖（Ribose）： 含有完整的氧原子，是構成 RNA 的糖類。
3. 含氮鹼基（Nitrogenous base）	- 決定遺傳訊息的密碼。 - 共有五種：腺嘌呤（A）、鳥糞素（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T，僅見於 DNA）、尿嘧啶（U，僅見於 RNA）。

二、 DNA 與 RNA 的結構與功能大對決

依據五碳糖種類與含氮鹼基的差異，核酸主要分為去氧核糖核酸（DNA）與核糖核酸（RNA）兩大類：

比較項目	去氧核糖核酸（DNA，Deoxyribonucleic Acid）	核糖核酸（RNA，Ribonucleic Acid）
存在的主要位置	真核細胞主要位於細胞核內（粒線體與葉綠體也有）。	主要由細胞核合成，隨後移動至細胞質中。
五碳糖種類	去氧核糖。	核糖。
含氮鹼基種類	A（腺嘌呤）、T（胸腺嘧啶）、C（胞嘧啶）、G（鳥糞素）。	A（腺嘌呤）、U（尿嘧啶）、C（胞嘧啶）、G（鳥糞素）。
空間結構	雙股螺旋結構（雙股平行且方向相反，透過鹼基互補配對 A 與 T、C 與 G 結合）。	通常為單股結構（部分區域可自行摺疊形成局部雙股）。
核心生理功能	- 儲存生物體的所有遺傳訊息。 - 負責複製並將遺傳藍圖代代相傳。	- 擔任傳遞遺傳訊息的信使（mRNA）。 - 協助轉譯蛋白質（tRNA、rRNA）。

三、 遺傳訊息的中心法則（Central Dogma）

在分子生物學中，遺傳訊息在細胞內的流動方向遵循著大自然的黃金鐵律——中心法則：

基因表現的中心法則

1. DNA 複製（Replication）： 細胞分裂前，DNA 自我複製以確保遺傳物質精準傳遞給子細胞。

   
   

2. 轉錄（Transcription）： 以 DNA 的其中一股為模板，在細胞核內合成互補的信使 RNA（mRNA）。

   
   

3. 轉譯（Translation）： mRNA 攜帶密碼移動至細胞質的核糖體上，指導胺基酸的排列順序，最終合成具有特定功能的蛋白質。

   
   

四、 講義精選例題

 DNA的構造範例

【題型一：DNA 與 RNA 的化學組成辨識】

【題目】 關於真核細胞內「DNA」與「RNA」在化學組成與結構上的比較，下列何者正確？

1. DNA 與 RNA 分子中皆含有去氧核糖與胸腺嘧啶（T）。

   
   

2. DNA 的結構通常為雙股螺旋，而 RNA 通常為單股結構。

   
   

3. 兩者皆主要由核糖體直接在細胞核內合成並永久留在核中。

   
   

4. RNA 內部的含氮鹼基種類包含腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）與鳥糞素（G）。

   
   

【解析】

• 選項 (1) 錯誤：RNA 含有的是核糖與尿嘧啶（U），不含去氧核糖與胸腺嘧啶（T）。

  
  

• 選項 (2) 正確：DNA 是雙股螺旋，RNA 多為單股。

  
  

• 選項 3 錯誤：RNA 合成後會移動至細胞質參與蛋白質合成，不會永久留在核內。

  
  

• 選項 4 錯誤：RNA 的鹼基是 U（尿嘧啶） 而非 T（胸腺嘧啶）。

  
  

• 正確答案：(2)

  
  

【題型二：核苷酸與鹼基互補配對原則】

【題目】 若某雙股 DNA 分子的一條股鹼基序列為 5 - ATCG - 3，則與其互補的另一條 DNA 股序列應為下列何者？

1. 5 - TAGC - 3

   
   

2. 5 - CGAT - 3

   
   

3. 5 - AUCG - 3

   
   

4. 5 - GCTA - 3

   
   

【解析】

• 根據 DNA 的鹼基互補配對原則（A 與 T 配對、C 與 G 配對），且 DNA 雙股具有反向平行的特性（5端對應3端）。

  
  

• 給定股為 5 - A T C G - 3，其互補股的配對為：A對T、T對A、C對G、G對C，方向相反後序列為 5 - CGAT - 3。

  
  

• 正確答案：(2)

  
  

五、 莫斯利重點整理

1. 五碳糖口訣： 去氧 DNA（少個氧），核糖 RNA（含氧完整）。

   
   

2. 鹼基大不同： DNA 擁有 T（胸腺嘧啶）；RNA 則用 U（尿嘧啶） 取代它。

   
   

3. 結構差異： DNA 是穩固的雙股螺旋（長期保存藍圖）；RNA 是靈活的單股結構（負責傳遞與執行）。