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中国科学家率先解析生命信息载体结构奥秘

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2.我们人类的基因组

A. 我们每个人的基因组DNA大概有多长?

我们人类是二倍体生物,正常体细胞中含有两套染色体组,一套来自于父方,一套来自于母方。我们每个个体的生命都是从一个精子和一个卵子相结合开始的。精子和卵子都是单倍体细胞,只含有体细胞中的一套染色体组。精子与卵子结合形成受精卵,成为二倍体细胞,含有两套分别来自父母的完整染色体组。受精卵经过发育分化,形成万亿个各种功能各异的细胞;这些亿万个组织特异性的细胞有机地结合成为各种器官系统和不同组织,最后便形成一个婴儿!对于人类的单倍体细胞(如精子或卵子),DNA分子组装成23条染色体,一共含有30亿个碱基对(3×109个)。由于人类的体细胞是二倍体,这就意味着每个体细胞中含有46条染色体,其DNA量是由多达60亿个碱基对组成 [即 2 ×(3×109)= 6×109个] 。每个碱基对的长度大约有0.34纳米(1纳米=10-9米)。如此推算,那么每个二倍体细胞中就应该有约2米长的DNA [(0.34×10-9)×(6×109)≈2米 ]。也就是说,我们身体中,一个体细胞的DNA长度加起来约有2米。

据估算我们每个人体内大约含有50万亿个细胞(即50×1012), 那么体内含有DNA总长应该为100万亿米长[(50×1012)×2 =100×1012米]。太阳距地球大概1500亿米(1.5亿公里),一个来回就是3000亿米(3亿公里)。将人体DNA分子连接起来,其长度相当于地球到太阳来回距离的300倍,[(100×1012)÷(300×109)=330≈300]。

B。我们的人体和细胞怎么容下这么长的基因组DNA?

我们上面介绍了人体细胞中的DNA长度:每个二倍体细胞中的DNA加起来有2米长。如果粗略的按46条染色体测算,每条染色体包含的DNA长度平均是4厘米左右。(需要说明的是,不同染色体大小是有差异的;这里仅作粗略测算,是为给大家一个形象的说明,以方便理解)。

接下来,一个重要的问题是,这么长的基因组DNA到底包藏躲在人体或细胞的什么地方?有趣的是,科学家们发现我们的DNA主要被包装在细胞核内中的染色质里。另外,构成我们人体的细胞,形态大小各异,大的细胞如卵子直径可以达到130 微米左右,小一些的细胞直径只有5~6 微米。而那么我们的2米长的基因组DNA分子又是怎样组装、紧密压缩到10-20微米的细胞核空间内的呢?细胞中有一类性质特异的蛋白质,组蛋白八聚体,能够组装基因组DNA形成染色质,并进一步折叠凝聚形成非常复杂的染色质三维结构,把基因组DNA压缩到真核生物的细胞核内。

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