基因與染色體

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染色體存在細胞核內,由DNA與蛋白質所組成,如果我們在電子顯微鏡下觀察,會發現絲狀的DNA分子,盤旋纏繞在一顆顆的染色體的組織蛋白上;只有當細胞要進行分裂時,細胞核內疏鬆的染色質,才會捲曲濃縮成棒狀的染色體。

 

基因存在染色體上,而基因特別是指在DNA序列上,能夠表現出功能的部分;在人類的所有染色體上,約存在著30000個基因,而且每對染色體上,存在的基因種類及數量並不相同。有時單一個基因便能控制一種性狀的表現,然而,大部分的生理性狀,都是由一系列相關的基因一同調控而表現的。

這裡有一個Flash動畫,細胞的減數分裂,內容如下:

 

  • 前期:第一次減數分裂的前期,細胞核內的染色質會逐漸凝縮,形成絲狀的細長染色體,在凝縮的過程中,同源染色體有配對的現象,他們彼此並列成對並互相纏繞,稱作聯會。
  • 前中期:核膜消失。染色體形成著絲點,而所有的染色體附著在紡錘絲上,並開始移動。
  • 中期:同源染色體在紡錘赤道上做隨機的排列,任一同源染色體的其中之一各在一邊,而這也表示了子細胞內的染色體,有一半的機率是從母方獲得,另一半的機率則從父方獲得。
  • 後期:同源染色體分離,每個帶有兩個染色單體的染色體,移動到細胞的兩極。
  • 末期:單套數目的染色體最後停於兩極,核膜可能再次形成,或細胞很快地進入第二次減數分裂 。

 

兩個完整的子細胞形成。第二次減數分裂開始,過程中並無染色體的複製,由於重組的關係,每一個染色體的染色單體不再相同。第二次減數分裂末期,染色單體會分開來,再各自產生兩個子細胞,每個子細胞中含有 23 條染色體,而每個染色體只有一個染色單體。

進階學習

染色體DNA的特性

染色體DNA的特性

染色體的一級構造經螺旋化後(想像一下電話話筒上捲曲的電話線),形成中空的線狀體,稱為螺線體或核絲,這是染色體的“二級構造”,其外徑約300 Å,內徑100 Å(1Å = 10-10m),相鄰螺旋間隔為110 Å。

 

螺絲體的每一週螺旋包括6個核小體,因此DNA的長度在這個等級上又被再壓縮了6倍。300 Å左右的螺線體(二級結構)再進一步螺旋化,形成直徑為0.4 μm的筒狀體,稱為超螺旋體。這就是染色體的“三級構造”。

 

到這裡,DNA又再被壓縮了40倍。超螺旋體進一步折疊盤繞後,形成染色單體——染色體的“四級構造”。兩條染色單體組成一條染色體。到這裡,DNA的長度又再被壓縮了5倍。

 

從染色體的一級構造到四級構造,DNA分子一共被壓縮了超過一千倍以上,所以可以將此分子放在細胞核中。

 

DNA序列上的密碼並非都具有意義,我們將參與合成蛋白質的基因部位稱為表現序列「Exons」,而不能表現的蛋白質部位稱為插入序列「Introns」。當DNA轉錄形成mRNA時,那些插入序列會在轉錄的過程中,透過RNA splicing的方式被除去,而只留下表現序列。