什么是DNA? ©Istock.

什么是DNA?

我们在20世纪50年代建立了DNA的结构。从那时起,我们克隆了动物并映射了人类基因组。我们破译了解生命的关键的代码。

什么是DNA?

1953年,两个生物化学家, 詹姆斯沃特森和弗朗西斯克里克,走进剑桥的酒吧,宣称:“我们发现了生活的秘诀!”

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他们毫不夸张。他们已经制定了DNA的结构,并用它,解锁了许多奥秘的东西如何制造和复制自己。

在每个生物的每个细胞的心脏中都发现了DNA或使用其全名脱氧核糖核酸。它带有有机体的所有指示,以建立,维护和修复自己。通过复制和传递他们的DNA, 动物, 植物 和微生物可以赋予他们的后代特征。

在人类中,我们细胞中的一半DNA源于我们的母亲,从我们父亲那里源了一半。这就是为什么我们继承了父母双方的特征的混合。

詹姆斯沃森和弗朗西斯克里克©Getty Images
詹姆斯沃森和弗朗西斯克里克©Getty Images

脱氧核糖核酸是一个非常长而复杂的代码,每个人都是独一无二的。这个“遗传密码”可以告诉我们很多事情,包括有关祖先和潜在健康问题的细节。

我们对DNA的理解已经彻底改变了整个生物学。它允许科学家衡量有机物与其他人有多密切相关,有助于确认和完善查尔斯达尔文的理论 进化.

脱氧核糖核酸如何工作?

建立DNA分子的结构是弄清楚如何运作的关键。在此之前,科学家不知道这种密集,严格的物质是如何控制的,如人的头发颜色,或鸟喙的形状。

jargon buster.

基对

脱氧核糖核酸由称为核苷酸的构建块组成。有四种不同的类型,每个类型都被分配了一个字母:a,c,g或t.一个与t和c的始终链接始终用g链接。连接时,这些形成基对。

脱氧核糖核酸测序

这是生物学中的重要技术,使我们能够“读取”核苷酸序列。

基因

具有特定功能的DNA部分。基因很少只做一件事,通常它是许多基因的组合,导致眼睛颜色或高度等物理特征。你继承了你母亲和你父亲的基因。

基因组

整个生物体的DNA序列。人类基因组在2003年被测序。每个人的基因组都是独一无二的,但我们可以通过研究基因组之间的相似性来讲述我们的关系。

Watson和Crick发现DNA分子在我们称之为双螺旋的结构中像一个非常长的扭曲梯子。梯子的每个'梯级'由碱基对 - 两个被称为核苷酸的化学建筑块组成。这些核苷酸有四种不同类型:腺嘌呤,胞嘧啶,鸟嘌呤和胸腺嘧啶。

我们称之为A,C,G和T.核苷酸总是链接到T,而C始终链接到G.字母布置在梯子上的确切顺序变化,形成极性长的代码。人类DNA在梯子上有大约30亿美元的梯级。

先驱遗传学家生物学家詹姆斯沃森用分子模型的DNA,1957年©Getty Images)
先驱遗传学家生物学家詹姆斯沃森用分子模型的DNA,1957©Getty Images

通过现代技术,我们可以从细胞中提取DNA并破译基对的确切顺序,给我们一个非常长的字母A,C,T和G。这个复杂的代码对于每个人和每个生物都会有所不同(除了同样的双胞胎),并且被称为我们的DNA序列或基因组。

要了解DNA如何工作,我们必须先了解蛋白质。蛋白质分子在我们的细胞内进行许多不同的任务,并帮助在身体内产生许多复杂的结构。

有许多不同类型的蛋白质,但它们都是由称为氨基酸的化学积木的长链制成。

脱氧核糖核酸形成的遗传密码就像一种语言,讲述细胞如何构建所需的蛋白质。 DNA中不同的三字母组合代表不同类型的氨基酸 - 例如,序列'GCA'是氨基酸的代码,称为丙氨酸,'TGT'代表一个称为半胱氨酸的氨基酸。

细胞内的分子机械“扫描”基因的DNA序列。每三个字母,它将相应的氨基酸添加到链中。甚至有意思的DNA部分意味着“停止” - 蛋白质结束。

氨基酸的不同组合产生具有巨大不同功能的蛋白质 - 从荷尔蒙这样的微小化学信使到形成头发,皮肤和肌肉的强硬,重要的分子。蛋白质还可以作为重要的化学反应的催化剂,或者可以在细胞内创造在细胞内进行非常特异性任务的微型机器。

艺术家的染色体对和DNA链的印象©Getty Images
艺术家的染色体对和DNA链的印象©Getty Images

人体中有数百种不同的蛋白质,许多人在整个自然界中有多百万。我们基因的变异导致蛋白质的变异,我们的细胞产生,这反过来导致特性的差异。

什么是基因?

基因是我们的DNA序列的切片,其含有特定蛋白质的代码,通常与特定功能或物理特性相关联。例如,在人类中,被称为'OCA2'的DNA对一个人的眼睛颜色有很大影响。

我们DNA这些部分的变化导致了我们在个人中看到的不同特征。例如,蓝眼睛的人在'OCA2'比棕色眼睛的人有不同的DNA。

阅读更多关于遗传学的更多信息:

对基因的常见误解是一种基因对一个特征负责,其实际上非常不寻常。更常见的是,物理特征是由许多基因的组合产生的。科学家可以通过去除它来研究基因或改变碱基对序列,通常使用果蝇,蠕虫或小鼠等动物。

然后研究了这些“突变体”的动物,看看它们有什么不同。

脱氧核糖核酸如何复制?

脱氧核糖核酸的“双螺旋”结构的发现有助于揭示DNA分子自身复制的方式精美简单。在电池中的其他化学物质的帮助下,双螺旋无捻和两个股线在中间分开,就像拉链一样。

脱氧核糖核酸盘绕在其标志性双螺旋中©Getty Images
DNA盘绕在其标志性双螺旋中©Getty Images

因为始终对具有t和c的c,然后两条链形成精确的拷贝,因为更多的核苷酸被吸引到与新分裂的股线相对的相应位置。

此复制过程至关重要,因为细胞不断地分割和复制。如果未正确复制DNA,所得细胞具有混乱的指令,并且可以开始不受控制。这通常是如何 tumour starts.

什么是染色体?

在动物和植物中,每种细胞中的DNA量差不多,它必须巧妙地包装成称为染色体的X形束。

这些结构线圈并折叠DNA,因此它不会占用太多的房间,同时仍然允许小区访问代码的所有重要部分。

如果它没有在染色体中包裹,科学家认为一个人细胞中的DNA可以伸展超过1.5米。

人类基因组的数字表示©Getty Images
人类基因组的数字表示©Getty Images

在人类中,我们的整个遗传密码遍布23染色体。我们每个人都从我们的妈妈中继承了一组23,以及我们父亲的另一组23,因此每个细胞包含46个染色体。当人们出生的染色体太多或太少时,它会导致健康问题。

例如,患有唐氏综合症的人有三种染色体21而不是一对。

性别 染色体有点不同。一个被称为x,一个被称为y.男性有一个副本,x和y,而女性有两个x的副本。

当精子融合用鸡蛋时,新细胞从每个父母那里得到每个染色体中的一个。因此它将具有23对或46染色体,其中两个X染色体(雌性)或一个x和一个y(男性)。

脱氧核糖核酸在五个快点中解释

你的DNA是独一无二的

脱氧核糖核酸是一个很长的分子,包含用于建立和维护自己的生物的说明。在每个细胞中,所有生物都有自己独特的DNA股,形成了称为其基因组的非常长的码。

细胞读取基因

某些生物体的基因组的某些延伸做了一些事情。这些部分称为基因。每个单元格都可以“读取”在基因中写入的代码并使用它来构建所需的所有化学品。

脱氧核糖核酸存在于染色体中

在每个细胞内,DNA保持在称为染色体的包装中。我们从我们父亲和来自我们父亲的23次继承了23个染色体。我们的父母传递给我们,决定了许多事情,包括我们的样子,我们可能会甚至是我们个性和行为的某些方面的疾病。

遗传性疾病

一种人的基因组中的一种或多种异常引起的问题,通常存在于出生。大多数遗传疾病都很罕见。

基因改造

改变生物体的DNA,使其具有不同的性质。一个例子将从一个作物中插入另一个作物中的基因以使其抵抗害虫。

不同的生物体在其细胞中具有不同数量的基因和染色体。蚊子只有六条染色体,而一种被称为'加法器的舌头'的蕨类植物有超过1,000 - 尽管没有人真正知道它为什么需要许多人。

我们的基因是否确定了关于我们的一切?

科学家和哲学家几个世纪以来,我们的生活是否受到自然或培养。

回答这个问题的最简单方法是说我们是我们遗产基因和环境的组合的产品。

为了节省空间,DNA在染色体中卷起©Getty Images
为了节省空间,DNA在染色体中卷起,如这里的人类基因组重复模式©Getty Images

少数基因已与某些性格特征有关,例如高智力或极端反社会行为,但证据有限。更有可能的是,许多基因组合适合影响我们的个性,以及我们生活的经验和事件也塑造了我们的大脑工作的方式。

虽然每个人的DNA序列都是独一无二的,但是人们甚至是动物之间它的巨大部分是相同的。事实上,大约95%的基因组与黑猩猩的相同,而25%的人与葡萄相同。

个人人民之间的遗传变异量非常小 - 如果你比较两个人,只有3亿基对的0.1%会发生不同。然而,这种变化导致看似无限的外观。

人类和黑猩猩分享了大约95%的DNA©Getty Images
人类和黑猩猩分享了大约95%的DNA©Getty Images

进一步复杂化问题,越来越多的“表皮能源”越来越多地表明我们的基因可以用不同的方式表达 - 在整个生活中的不同时间转动,意味着我们的基因工作甚至比我们第一次想到更复杂的方式。

脱氧核糖核酸是否确定进化?

脱氧核糖核酸可以复制自己的事实是地球上所有生命的演变的核心。当早期生物复制自己时,DNA复印过程中的缺陷会产生新的生命,其遗传密码的变化 - 导致每一代中的特征和特征略有不同。

对生物体有利的任何特征更可能存活并通过。因其变化而受阻的生物将更有可能死亡或不繁殖。

是DNA预定的物种的演变吗? ©Getty Images.
DNA确定的物种的演变是吗?这不是那么简单......©Getty Images

几代人,成功的DNA序列繁荣并复制,而非那么好的DNA序列被托运到进化的垃圾箱。

地球上的生命变得越来越多地变得越来越多,每代最成功的变体都会通过他们的基因到下一个。查尔斯达尔文将此作为“自然选择”,在发现DNA之前。

阅读更多关于DNA的发现:

  • 我们如何解开DNA的结构
  • 脱氧核糖核酸:发现时间表
  • 了解DNA:解开螺旋的重要人物
  • 照片51:DNA结构背后的关键发现
  • 脱氧核糖核酸 - 五个快速事实

我们可以用DNA做什么?

我们已经使用DNA进行一系列非常有用的应用,可以告诉我们我们的过去,现在和未来:我们的祖先是这样的,我们应该采取或避免哪些药物,以及我们可能从现在开始多年的疾病。

我们还可以通过搜索在犯罪现场发现的微小DNA来解决父亲纠纷或捕获罪犯。

脱氧核糖核酸被BTY法医科学家帮助警方解决犯罪©Getty Images
法医科学家使用DNA来协助解决犯罪©盖蒂图像

但这只是一开始。随着DNA测序变得大幅更容易和更便宜,曾经是不可想象的,现在是可能的。已经,科学家可以创造针对您的精确组合而定制的个性化药物。

他们正在阅读癌细胞的基因组,以便更多地了解他们并对他们进行战斗。基因治疗可用于通过将新基因插入人的DNA来抗遗传疾病。

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在未来,生物学家可能能够为我们生产完全是全新的生物,以为我们生产有用的产品。我们甚至可以编辑我们的后代的基因组 - 不仅可以保证我们的孩子没有遗传障碍,还可以确保他们拥有我们想要的特征。