生物遗传密码：DNA与基因的秘密 / 四六文摘

DNA，脱氧核糖核酸，大多数生物（除部分RNA病毒）的最核心遗传物质。记录着一个生物体生命相关的所有信息，包含所有遗传密码，虽然从DNA到生物的生老病死整个过程是一个极其复杂、庞大的工程，需要很多物质、条件的参与，但是它始终是牢牢地占据C位，默默地在背后操作着一切。

DNA由脱氧核糖核酸组成：

单个脱氧核糖核酸的结构

这样的物质在生命的演化中只选择了四种，然后由无穷的组合形式，定义了不同的生命。

他们的区别在于含氮碱基的不同：腺嘌呤（A）；鸟嘌呤（G）；胞嘧啶（C）；胸腺嘧啶（T）。

单个DNA分子分为：（腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶）脱氧核苷酸。

如下图：

然后他们两两配对，自然旋转为螺旋状，就构成了DNA双螺旋基本结构：

DNA双螺旋结构

生物学DNA分子真是把“大道至简”的理念发挥到了极致：跟二进制组成的计算机信息世界有异曲同工的妙处。物质选择了这样以简单基础的聚合方式成就了整个生物界，从此再无其他方式能介入其中，真是太神奇了。

简单之后就是复杂了，1个碱基对的长度是0.34*10^-9米，人的每个细胞中一共有约60亿个碱基对，每个细胞中全部碱基对的长度约2.04米。

不同生物的DNA长度差别很大，而且不是体型大，DNA长度就长，下面是不同物种的DNA长度图（C值）：

不是生物约大，NDA就越长

DNA链条中有很多非基因编码的片段，但是也不是没有用，他可以概率性地保护基因片段的安全，基因片段占的越短，DNA越稳定，物种越不容易发生变异。

从基因数量来看，复杂生物的基因数量要多一些，下面是一些生物的基因数量表：

稻子的基因组好庞大

蛋白质编码基因：人类的基因数量比某些较为原始的生物更少，是在人类细胞中基因存在“可变剪切”性，通过把同一段基因翻译成的mRNA成不同的片段再重新组合，可以生成很多不同的蛋白质。长期的进化，使得基因的编码效率更高了。

除了蛋白质编码基因之外，人类的基因组还包含了数千个RNA基因，其中包括：转录rRNA的基因、转运RNA（tRNA）、核糖体RNA（rRNA）、信使RNA（mRNA）的基因。

除此之外，人类基因组还含有许多不同的调控序列，并以此来控制基因表现。这些序列是典型的短序列，会出现在靠近基因的位置。

蛋白质编码序列（也就是外显子）在人类基因组中少于1.5%。在基因与调控序列之外，有许多功能未知的广大区域。这些区域在人类基因组中约占有97%，其中许多是属于重复序列（repeated sequence）、转座子（transposon）与假基因（pseudogene）。除此之外，还有大量序列不属于上述的已知分类。

另外，每个人身上的基因时有差异的，包括：1.DNA中的个别碱基变换（单核苷酸多态性）；2.一些小型的重复序列，它们拥有的基因座与基因长度，在不同的个体之间有很大的变异性。配子细胞（精子或卵子）中大多数的基因组突变，可能会造成胚胎不正常发育（有的造成自然流产，所以不是什么胎都值得保），而人类的一些疾病也与大尺度的基因组异常有关。

人类基因组图谱

还有一个重要的分支，是线粒体，它的基因不包含在人类细胞的细胞核内，由线粒体自己负责掌控。而且人类细胞中的粒线体基因皆是来自母亲。粒线体缺乏用来检查复制错误的能力，因此粒线体DNA（mDNA）的变异速率比细胞核DNA（一般所指的DNA）更快。粒线体的突变速率快了20倍。

生物的DNA不是裸露着的像一团乱麻，而是有序的规范包装：从DNA到染色体经过四级包装过程：　　一级结构，核小体。　　二级结构，螺线管（solenoid）。　　三级结构，超螺线管（supersolenoid）。　　四级结构，染色单体（chromatid）。　　即：DNA→压缩7倍→核小体→压缩6倍→螺线管→压缩40倍→超螺线管→压缩5倍→染色单体。经过四级螺旋包装形成的染色体结构，共压缩了8400倍。