DNA總長度比地月距離還長,如此長的DNA是怎麼工作的?

人體中絕大多數的細胞中,都有細胞核,而細胞核裡包裹著遺傳物質DNA。DNA雙鏈非常長,展開可達0.34nm*3000000000/1000000000,然而在細胞中,DNA雙鏈會經過摺疊並纏繞,實際長度並沒有那麼長。不過,如此長的DNA鏈條究竟是怎麼組成的呢?

DNA鏈條

我們知道,英文是由26個字母組成,而組成DNA雙鏈的也和英文一樣,是由4個鹼基組成,分別是:腺嘌呤、鳥嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶,簡稱:A、T、C、G。而且這四個鹼基兩兩對應,A一定對應著T,C一定對應著G。

DNA總長度比地月距離還長,如此長的DNA是怎麼工作的?

除了鹼基之外,DNA是由脫氧核糖與磷酸交替鏈接構成的骨架,鹼基對之間有氫鍵作為鏈接,但對基因起著決定作用的是鹼基對的有序分佈。

也就是說,DNA鏈條雖然長,但DNA鏈條的骨架是固定的,變化的只有鹼基對,而鹼基又只有4種,這四種鹼基的排列方式構成了一個又一個的基因。

基因自身不能合成蛋白質,但基因可以轉錄成信使RNA,信使RNA可以將基因上的信息翻譯成蛋白質,蛋白質會生產能量或者運輸能量,參與生命活動,就這樣人體工廠運轉了起來。

DNA總長度比地月距離還長,如此長的DNA是怎麼工作的?

雖然基因位於DNA鏈條上,但DNA鏈條上不全是基因,還有許多冗餘基因。

冗餘的基因

在人體基因組計劃展開之前,科學家認為如此長的DNA雙鏈,上面的基因最少也有七八萬個,但當2003年4月14日人體基因組計劃真的完成之後,科學家們都驚呆了,原來人體只有兩萬多個表達性狀的基因,這些基因只佔人類基因組總數的3%,這意味著絕大多數基因組都是不表達任何性狀的基因,這些不表達性狀的基因就叫做內含子,表達性狀的基因叫做外顯子

DNA總長度比地月距離還長,如此長的DNA是怎麼工作的?

也就是說,人體內的基因並不是嚴絲合縫的,而是有大量的冗餘。

我們知道,冗餘意味著浪費,在人體中有這麼多用不到的基因,其實是非常浪費能量,因為DNA每自我複製一次時,這些冗餘的基因也會被蛋白質複製一次,非常浪費能量。如果把這些能量節約下來,用於提高繁殖速度或者奔跑速度也能幫助自己更好地生存。

DNA總長度比地月距離還長,如此長的DNA是怎麼工作的?

於是,有些人在想,既然有大量的基因是無用的,為什麼生物在演化時,仍然要保留這些基因呢?初看之下這個問題很簡單,但答案卻並不簡單。

我們知道,DNA在進行自我複製時,就相當於學生抄寫作業,雖然DNA是個認真的學生,每次在抄寫DNA時,都會自我檢查一遍,但仍難免有錯誤,比如:有些字數抄錯了,有些抄漏了,有的多寫了。

DNA總長度比地月距離還長,如此長的DNA是怎麼工作的?

也就是說,

DNA並不能100%將自我完全複製,每複製一次會出現極個別的鹼基對複製錯誤,這些鹼基對如果位於基因序列中,將會造成基因變異,比如:鐮刀型貧血症等,多說一句,基因變異沒有方向,有的會造成生物患病,有些會幫助生物生存,還有一些對人體影響不大。

如果出現錯誤的鹼基出現於冗餘的基因序列中,那麼就有可能激發新的基因,但更大的可能是對人體沒有任何影響,這是因為信使RNA在加工時,會將內含子剪切掉,所以即使內含子發生變異也不影響人類正常生活。

DNA總長度比地月距離還長,如此長的DNA是怎麼工作的?

假如,沒有這些冗餘基因,雖然比較節約能量,但如果DNA在每次自我複製時都出現極個別的錯誤,這意味著我們還沒長大,身體內的基因已經突變的不成樣子了。

再者,冗餘的基因並不冗餘,我們知道生物在形成配子時,會發生聯會現象,聯會也就是相互交換鹼基對

DNA總長度比地月距離還長,如此長的DNA是怎麼工作的?

如果聯會的地方發生在基因序列中,將會造成基因變異。如果發生在冗餘基因裡,則可能不會影響生物的關鍵基因。

但是,冗餘的基因也並非全是冗餘的,偶爾一些關鍵位點的鹼基對複製錯誤,就有可能激活某個新的基因,成為我們身體中的一部分。

雖然冗餘的基因可以充當基因的緩衝劑,但冗餘的基因並不能無限長,這是因為過多的基因會造成大量能量浪費,導致成為生物的負擔。

但也不能過於短,因為過短不利於生物的穩定。

總結

有人說,即使是最頂級的科學家,也無法制造出一個最簡單的生命,事實上的確如此。DNA的結構雖然簡單,但是從DNA到生命的過程卻不簡單。


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