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骨架、反向平行链,以及基因究竟是什么

赋予 DNA 方向性的结构细节——糖-磷酸骨架与反向平行链——以及这条分子的一段如何成为一个工作的基因,周围环绕着编码与非编码 DNA。

骨架把它撑起来

沿着每条链,一个核苷酸的 脱氧核糖 糖与下一个的磷酸相连,再连下一个,形成一条连续的链:糖-磷酸骨架。碱基从这条骨架上伸出,像伸向伙伴链的横档。骨架全长都一样——坚固、重复、化学上均一——这正是它能成为可靠栏杆、而由碱基携带信息的原因。

反向平行:两条链方向相反

每条骨架都有方向,因为它的两端化学性质不同——按惯例标为 5′ 端和 3′ 端。螺旋的两条链方向相反:一条由 5′ 指向 3′,而其伙伴由 3′ 指向 5′。我们称这种排列为 反向平行。这并非无关紧要的细节——读取和复制 DNA 的机器只能朝一个方向工作,所以反向平行的布局塑造了后续每一个过程的展开方式。

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.
同样的碱基对,现在显示两条链以相反的 5′→3′ 方向延伸。

从序列到基因

基因 是这段 DNA 中一段确定的区域——一段特定的碱基序列——细胞可以把它当作指令使用,最常用来制造蛋白质。基因在染色体上的固定地址是它的 基因座。基因中真正拼写出产物的部分是 编码 DNA。但基因并非漂浮在真空中:它们之间和内部有大段的 非编码 DNA,它们不拼写蛋白质,却仍可能承载开关、间隔区以及其他功能。

在人类 基因组 中,编码 DNA 只占很小一片——大约百分之几——绝大多数是非编码的。早期,其中许多曾被当作填充物而不屑一顾,但我们现在知道其中很大一部分确实在做实事:调节基因何时开启、塑造染色体如何折叠等等。需要带走的要点是:基因是一段有意义的序列,置身于一片大得多的 DNA 景观之中。