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骨架、反向平行鏈,以及基因究竟是什麼

賦予 DNA 方向性的結構細節——糖-磷酸骨架與反向平行鏈——以及這條分子的一段如何成為一個工作的基因,周圍環繞著編碼與非編碼 DNA。

骨架把它撐起來

沿著每條鏈,一個核苷酸的 去氧核糖 糖與下一個的磷酸相連,再連下一個,形成一條連續的鏈:糖-磷酸骨架。鹼基從這條骨架上伸出,像伸向夥伴鏈的橫檔。骨架全長都一樣——堅固、重複、化學上均一——這正是它能成為可靠欄杆、而由鹼基攜帶資訊的原因。

反向平行:兩條鏈方向相反

每條骨架都有方向,因為它的兩端化學性質不同——按慣例標為 5′ 端和 3′ 端。螺旋的兩條鏈方向相反:一條由 5′ 指向 3′,而其夥伴由 3′ 指向 5′。我們稱這種排列為 反向平行。這並非無關緊要的細節——讀取和複製 DNA 的機器只能朝一個方向工作,所以反向平行的佈局塑造了後續每一個過程的展開方式。

Antiparallel strands (note the 5'/3' labels point opposite ways):

  5'- A T G C G T A C -3'   <- strand 1 reads left-to-right
      | | | | | | | |
  3'- T A C G C A T G -5'   <- strand 2 reads right-to-left

The rungs still obey A-T and G-C, but the two rails head
in opposite directions -- that is what 'antiparallel' means.
同樣的鹼基對,現在顯示兩條鏈以相反的 5′→3′ 方向延伸。

從序列到基因

基因 是這段 DNA 中一段確定的區域——一段特定的鹼基序列——細胞可以把它當作指令使用,最常用來製造蛋白質。基因在染色體上的固定地址是它的 基因座。基因中真正拼寫出產物的部分是 編碼 DNA。但基因並非漂浮在真空中:它們之間和內部有大段的 非編碼 DNA,它們不拼寫蛋白質,卻仍可能承載開關、間隔區以及其他功能。

在人類 基因組 中,編碼 DNA 只佔很小一片——大約百分之幾——絕大多數是非編碼的。早期,其中許多曾被當作填充物而不屑一顧,但我們現在知道其中很大一部分確實在做實事:調節基因何時開啟、塑造染色體如何摺疊等等。需要帶走的要點是:基因是一段有意義的序列,置身於一片大得多的 DNA 景觀之中。