基础与生命的分子观
分子世界的尺度(scale and units)
分子生物学发生在我们感官无法触及的尺度上,所以为这些东西到底有多小、有多长建立一点直觉,是很值得的。常用的尺子是纳米,写作nm,它是一米的十亿分之一,比一毫米还要小一百万倍。生命的分子以纳米来量,而它们那些信息链的长度则以字母的数目来量。
几个锚定的数字能让这个世界变得具体。DNA双螺旋约宽2纳米,沿着它走一步、也就是一个碱基对,约长0.34纳米。一个典型的蛋白质宽几纳米,像大肠杆菌这样的细菌约长1000纳米(即一微米),而一个动物细胞大概比它再大十到一百倍。对于信息,DNA我们以碱基对(bp)来数,常用千(千碱基,kb)或百万(兆碱基,Mb):一个典型的基因有几kb,一个细菌基因组有几Mb,而人类基因组约为3000 Mb,大约三十亿个碱基对。若把一个人体细胞里的DNA首尾拉直,约长两米,然而它却折叠进了一个直径仅约6000纳米的细胞核里。
这些数字不是冷知识;它们决定了什么是可能的。因为一个碱基对只有三分之一纳米,巨量的信息便挤进了极小的空间,这就是为什么细胞必须解决一个严峻的打包问题,才能把两米长的DNA塞进一个微观的细胞核。同样的尺度也解释了为什么我们需要间接的工具——用PCR复制、测序、以及强大的显微镜——才能看清里面发生了什么,因为这些角色实在太小,普通的光分辨不了它们。
你某个细胞里那约两米长的DNA,必须折叠进一个直径约6微米的细胞核中。按比例放大,这就好比把约40公里长的鱼线塞进一个篮球里——而且还要能随时找到其中任何一小段。
两米的DNA,六微米的盒子——一幅图就道出了打包难题。
要留意单位前缀:一纳米(nm)是一米的十亿分之一,一微米(µm)是一米的百万分之一,所以1微米等于1000纳米。把它们搞混、相差一千倍,是初学者最常犯的尺度错误。
又称
另见