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染色体

对于许多研究问题，我们要用到遗传信息。但是为了理解这些信息为什么有用，首先需要解释一下遗传学，每个生物都是由细胞组成的，所有多细胞生物都有一个细胞和一个细胞核。而细胞核包含DNA，即遗传物质。但是这个DNA并不是在细胞核中随机漂浮的，它被整齐地包裹在被叫做染色体的物质中。

我们人类有46条染色体，果蝇有8条，甲虫有20条。几乎所有的动物都是二倍体，这意味着每条染色体都有两个‘副本’。在46条染色体中，23条来自母亲23条来自父亲。这些染色体以双链DNA的形式包含所有遗传信息。

DNA

DNA是脱氧核糖核酸的简称。生物细胞核中的DNA在同一个体的所有细胞中都是完全相同的。唯一的例外是精子细胞和卵子，它们只含有正常细胞所含DNA的一半(人类的精子和卵子只含有46条染色体中的23条)。

DNA由4个不同的碱基(核苷酸)即腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)组成，这对动植物、细菌都适用，事实上地球上所有含有DNA的生命形式都适用。一条DNA上的碱基与另一条DNA形成碱基对，形成双螺旋。但是可以形成的碱基对是有限的;腺嘌呤(A)只能与胸腺嘧啶(T)形成碱基对，鸟嘌呤(G)只能与胞嘧啶(C)形成碱基对，所以当我们知道一条DNA链碱基的序列时，我们也知道DN上另一条DNA链碱基的序列。碱基的顺序称为序列。单链DNA短序列的一个例子是:ATTGCTCAT

因为我们知道这条链的序列我们也知道在另一条链上有哪些碱基：

一条链：A T T G C T C A T

另一条：T A A C G A G T A

DNA编码序列决定了被制造的蛋白类型，这些蛋白质在生命的各个方面都很重要。首先，重要的是要知道，DNA序列的信息给了我们“读”DNA的机会。正确解读DNA需要很多额外的信息。现代技术已经为我们提供了一些不同生物体的完整序列。所以我们知道这个生物所有染色体上所有DNA的序列!这个完整的序列叫做基因组，这个基因组可以通过网站免费获取。

一个物种的所有个体的DNA是不一样的，所以网上的人类基因组和你的基因组是不一样的。但是，我们可以从网上找到的基因组中学到很多。这是因为基因组中最重要的部分的差异要比不那么重要的部分小得多。以眼睛的颜色为例，蓝色或棕色的眼睛对生存并不重要，所以这是一个不那么重要的特征。另一方面，能够运输氧气的红细胞非常重要;红细胞不能运输氧气的人将无法存活。所以像输送氧气这样重要的性状变异是“无法忍受的”。

从DNA到蛋白质

那么DNA是如何编码蛋白质的呢?(也被称为中心法则)，要从DNA制造蛋白质，我们首先需要进行一个步骤，也就是从DNA中转录形成RNA。而RNA有很多不同重要的功能，这里我们只讲信使RNA，它是用来合成蛋白质。

RNA(核糖核酸)是在细胞核中合成的，与DNA非常相似。RNA的合成也涉及到碱基的运用，但在RNA合成中没有使用胸腺嘧啶(T)，而是使用尿嘧啶(U)。RNA序列与合成RNA的DNA序列相对应。

从DNA合成RNA的过程叫做转录(DNA被转录成RNA)。在下图的红色链DNA(作为模板)合成RNA,该DNA链从碱基T开始转录。RNA链从唯一可以与碱基T形成一个碱基对的碱基A开始,这一直持续到形成完整的RNA序列。因为红色的链是模板，所以RNA的序列和蓝色的DNA链是相同的，只是以碱基U取代了碱基T。

现在我们有一条RNA链，从这条RNA链合成蛋白质的过程，被称为翻译(RNA被翻译成蛋白质)。蛋白质是由氨基酸组成的，这些氨基酸形成一条链。我们把蛋白质链表示为一条直线，但实际上氨基酸之间复杂的相互作用形成了对蛋白质功能至关重要的三维结构。

RNA翻译为蛋白质不同于DNA合成RNA(转录)过程。当DNA转录成RNA时，一个碱基对应一个碱基，这种1对1的关系并不用于蛋白质的翻译。在这个转译过程中，RNA中每3个碱基就有1个氨基酸被添加到蛋白链上。所以一个48个碱基的RNA序列可以编码一条16个氨基酸的蛋白质链。

3个碱基的某个组合总会产生相同的氨基酸，所以我们可以把它们转换成表(见下表)。我们以3个碱基AUG为例，第一个碱基是A，我们在表格的左边查找它，这表明我们必须在表格的第三行查找。第二个碱基是U，在下表中查找时，我们要看第一列和第三行。在那里我们可以看到三个碱基及其组合。从而可以得出AUG编码的氨基酸是蛋氨酸(Met)。这样我们就可以把完整的RNA序列转换成蛋白质序列。

在细胞中

在细胞中这过程是如何工作的呢?为什么要先合成RNA然后才合成蛋白质?为什么不直接从DNA合成蛋白质呢?DNA位于细胞核内，在这里RNA可以被转录但是蛋白质不能被翻译。转录后，RNA被重新转移到细胞的细胞质中，在这里它被翻译成蛋白质。

因此，细胞核和细胞质的分离阻止了蛋白质直接从DNA中产生。但是首先在细胞核内从DNA转录成RNA还有其他原因。

首先，DNA在细胞核中可以得到很好的保护，免受细胞质中漂浮的任何物质的伤害，从而防止DNA受到破坏。DNA到RNA的转录避免了DNA不得不在细胞质中被翻译的情况出现，从而防止DNA损伤。

另一个原因是我们每个细胞只有一个DNA‘副本’，但有时我们需要很多相同的蛋白质。因此，如果我们可以在同一时间内制造出多个相同的蛋白质，那将是很方便的。因为当DNA转录成RNA 10x时，就有10个RNA作为模板可以用来合成蛋白质，这样蛋白质的合成速度是原来的10倍。因此，合成RNA既可以防止DNA损伤，又在蛋白质合成的数量和速度上提供了灵活性。

这些蛋白质在所有生物中都是必不可少的，蛋白质涉及DNA合成，RNA合成，免疫反应，细胞结构等等很多重要内容与功能，所以蛋白质对生物体中的几乎所有一切都很重要。从DNA到蛋白质有几个步骤还涉及到其他很多过程。

另外，DNA序列已经成为研究中的有力工具。

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