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    你为啥与众不同?
    作者:王情钰 访问量: 20

    根据人类基因组计划结果,人类只有约2.5万基因,拟南芥有2.5万基因,线虫也有2万基因,不仅如此,连单细胞生物酵母都有小1万基因。所以,其实你作为一个人,你就是一个单细胞生物!

     

    别觉得我在骂你,也先别急着反驳我,我这都有科学依据呢!且看下文。

    高中生物都学过,经典遗传学的中心法表明,遗传信息是遗传物质中的碱基序列。首先,以DNA的一条链为模板合成mRNA,称为转录;然后,RNA带上DNA的信息传到细胞质的核糖体上,直到合成蛋白质,称为翻译。

     

    图1 中心法则

    RNA上三个相邻的碱基决定蛋白质的氨基酸种类,即碱基序列决定氨基酸序列,从而决定蛋白质类型和生物功能,影响基因的表达。可见,基因组成的碱基序列经过转录和翻译从而指导蛋白质功能,指导生物行为。而人类只有2.5万个基因,世界上却有几十亿人口,人口基数如此之大,按道理应该很多人都有相同的碱基序列,进行相同的基因表达,表现出同样的生活行为。加上人类和酵母基因数量相差不大,你有没有觉得你就像个单细胞生物一样?

     

    好了,其实以上只是个简单铺垫而已,我相信很多人都不会相信我的鬼话。如果人都一样,哪来这么复杂的社会,哪来这么复杂的人际交往,哪来这么多高科技,哪来国家间的纷争?更何况地球上有亚洲,非洲,欧洲,美洲,澳大利亚洲等,大家光看皮肤颜色就知道人与人不同了。那么你是否想问你为啥与众不同呢?且让我缓缓道来。

    其实上面说的是经典遗传学中的唯基因论,忽略了很多东西。因为即使有同样的基因数量,同样的基因种类,同样的碱基序列,但是不是所有碱基都会被转录,都会被翻译。实际上,所有的基因中只有不到2%的基因指导蛋白质功能。

    光这样解释,你肯定还是不明白你是如何与别人区别开的。这就需要给大家来科普一下表观遗传学了。表观遗传是指生物体基因的碱基序列保持不变,但基因的表达和表型发生可遗传变化的现象。那么表观遗传学是如何调控基因的表达呢?让我们来仔细思考一下。

     

    首先,表观遗传学是通过调节DNA同大量在细胞中的微小分子相互作用来激活或隐藏基因,从而影响基因的表达。而DNA同微小分子相互作用的过程就像一本食谱书,这些微小分子就像食谱里的材料,是决定什么时候煮什么的主要因素。表观遗传变异正是使用这些分子对基因的表达进行促进或者抑制。

    大家听懂了吗?没听懂没关系,大家快拿出小本本,接下来就是头脑风暴的时候了。

      

    当基因从DNA中读取和转录到DNA时会发生挤压,通过结构向蛋白质转化,成为核糖体。而表观遗传会促进或妨碍特定基因的转移。最普遍的干扰方式发生在当DNA,或者蛋白质被缠绕,得到化学标记时。所有的化学标记都依附于染色体组,属于一个特定的细胞,被称作是表观遗传组。

      

    图2 甲基抑制基因的表达

    这些化学标记像甲基,会抑制基因的表达,通过阻碍细胞的转录或导致DNA的盘绕更加紧密,使得它们难以看到基因依旧存在,忽略了这些沉默的基因。而另一些化学标记将展开DNA,促进转录,加强蛋白质生产,促进基因的表达。另外,表观遗传变异使细胞分裂继续,从而影响一个有机体的全部生命周期。细胞是一个胚胎从一个主要的染色体组开始,当细胞开始分裂,一些基因被激活,其他的被抑制,造成一些细胞成长为心脏细胞,一些细胞称为肝脏细胞。人类一共有200种类型细胞,每一个细胞类型有相同的染色体组,但是有不同的表观基因组。而介导基因隐藏或表达会受到环境影响,如节食,化学品的接触,药物治疗等都会影响到基因表达的调控。

    关于DNA甲基化抑制基因表达方面,这里有两种机制模型详细解答。

     

    图3 DNA甲基化抑制基因表达的机制模型1

    第一种:正常情况下,要开启基因的转录过程,RNA聚合酶需要与启动子结合,而结合的过程需要很多转录因子的参与,形成转录复合物,转录复合物识别并结合基因的特定区域。当该基因的特定区域发生了甲基化后,转录复合物与基因的集合受到抑制,该基因的转录不能开启,从而抑制了基因的正常表达。

     

    图4 DNA甲基化抑制基因表达的机制模型2

    第二种:DNA甲基化后,会招募甲基化结合蛋白与之结合,而甲基化结合蛋白对转录复合物有抑制作用,也就遏制了RNA聚合酶和启动子的结合,起到抑制基因表达的作用。

    可能有人问了,这些基因甲基化后的确抑制基因表达,那么它是否会影响到后代呢?又是如何影响到后代呢?曾经科学家做过一个实验,对经历过饥荒的后代和没有经历过饥荒的普通孩子进行身体代谢方面的分析,发现经历过饥荒的后代普遍较胖,且代谢不正常,没有普通孩子身体健康。且把他们放在一起一段时间,给他们食物后,经历过饥荒的后代不管饿不饿,都会去抢着吃。这是为什么呢?分析发现,其实这些都是因为这些孩子身体里有被甲基化位点,这些甲基化修饰是带有印记的。经历过饥荒的后代,饥荒的记忆形成印记标记在DNA上,由此从父母传递给后代。

    说起来挺玄乎,其实就是DNA上甲基化位点可以随着DNA的复制而遗传,从而传递给子代细胞。

     

    图5 DNA甲基化模式可以在细胞间传递

    如图5,被甲基化修饰的DNA复制后,新合成的子链上,最初并没有出现和母链相同的甲基化修饰,DNA双链呈半甲基化状态。体内多种酶系统的共同作用,可以检测母链和子链甲基化位点之间的对应关系。甲基化酶将新合成的未甲基化的位点进行修饰,使得子代DNA分子保持和亲代DNA分子一样的甲基化模式。

    所以,虽然人与人之间碱基序列差异很少,却会千差万别。这下,你明白了你为啥与众不同了吧!