基因是个什么东西,基因是怎样形成的

首页 > 经验 > 作者:YD1662022-11-13 23:47:51

现在每一个受过良好教育的人都知道生命的密码存储在每个细胞中若干条名为DNA的超长有机分子链中,如今有很多商业机构已经开始推广DNA检测业务,只要一点点唾液,就可以知道很多有关你人生的信息。

基因是个什么东西,基因是怎样形成的(1)

那是不是说一个人的全部信息都已经藏在了DNA中了呢?这些信息是否像一张精密的设计图,可以准确地描绘人体的每一个细胞和功能?只依靠DNA信息是否就可以通过计算机模拟复原一种已灭绝的生物呢?今天咱们就来研究一下这个在大家心中可能都默认的误解。

基因信息量少的惊人

首先问一个问题:人类的基因总计有多少信息?人类的身体又拥有多少细胞?

答案:人总共有约31.6亿个DNA碱基对,因为碱基对只有4种类型,最小可以用两个bit来表示,那么总的数据量大约是7.9亿字节(Bytes),大约是790兆(M Bytes)。这是一个并不怎么大的数据量,几十年前的VCD,一部糊得不得了的电影大概就这么大。

基因是个什么东西,基因是怎样形成的(2)

DNA是透明的,只有在分裂时能够被染色从而被观察到,所以称为染色体

而人体有大约30万亿个细胞

是的,基因和细胞数量的比例约为1:37974。基因数量远小于细胞的数量,就连记录下每个细胞在哪里的可能都没有,更不要说还包含诸如神经细胞的连接,发育周期的控制,新陈代谢的节奏。只用一点点信息就完成了如此惊人的伟业,这究竟是如何做到的?

要解答这样一个问题,我们需要回想一个初中学过的生物课内容,让思考从那里开始吧!

再一次审视生长素

还记得初中化学中有关植物向光性的研究吗?生长素——这种化学名为吲哚乙酸的激素决定了植物的尖端会向光线更强的方向生长。生长素由植物尖端胚芽鞘分泌并向下运输,光线的照射会让茎的向光面和背光面出现浓度差(名为生长素转运蛋白的蛋白质镶嵌在细胞膜上,在光线照射下会被赋能激活,激活后的蛋白会把生长素运输到细胞外,而没有向外“泵”生长素的背光侧细胞则会保留生长素),生长素浓度更高的区域,细胞膨胀的更大一些,从而让植物的背光侧比向光侧长的更长,表现为向光性。

基因是个什么东西,基因是怎样形成的(3)

向光性

不仅如此,生长素还有另一种功能——顶端优势在主干上是生长素浓度高的生长快,但是在分支上则是生长素越高生长越慢。所以离顶芽更近的枝条长的会比较慢,从而形成了很多植物尖尖的塔形结构。

那么现在就有三个问题:

  1. 为什么顶端会分泌生长激素?
  2. 为什么同一种化学成分会表现出不同的效果?
  3. 说到底,生长素是什么起效果的?

基因表达到细胞分化

要解释这几个问题就要从基因表达说到细胞分化。

生长素是一种激素,激素之所以被称为激素,就是因为这些化学物质会与细胞内的特定蛋白质结合,二者结合后蛋白质就会激活,转而影响细胞核中DNA的转录和表达。也就是说虽然每个细胞里都含有了全部的基因,但是它们只有一部分正在活跃着,参与表达的特定基因合成的蛋白质会让细胞表现出特定的形态和结构,所以我们多细胞生物的体细胞形态千变万化,功能极其丰富,这被称为细胞分化。

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