遗传信息的承载体

遗传信息和其他信息一样，都要有实实在在的承载体。遗传信息最基本和最初级的承载体就称为基因，由特定的基因组合形成的相对独立的且包含整套遗传信息的复合体结构就是基因组。基因组一般存在于细胞之内，不同的生物就有不同的基因组。基因和基因组都有一定的大小，它们的大小就是指其所含的遗传物质量。在双倍体或多倍体生物中，基因组的大小则一般是指一整套单倍体所含的遗传物质量。作为一个基因，一般来说是DNA链上一特异的而且具有一定遗传学效应的片段。最小的基因只是一段约100个核苷酸对的序列，而较大的基因可以有上万个甚至更多的核苷酸对。基因通过转录，把其上的遗传信息传递到RNA，这些RNA主要有三种：或是核糖体RNA（rRNA）、或是转运RNA（tRNA）、或是信使 RNA（mRNA）， mRNA 还可以进一步通过遗传密码指导蛋白质的合成。转录出来的RNA和合成出来的蛋白质一般都有特定的功能，所以基因就是通过转录和间接指导蛋白质合成来产生生物学和遗传学效应的。一个基因在多数情况下是编码一个完整的RNA分子或蛋白质分子，但有时是只能编码一个蛋白质分子的一部分。在后一种情况下，就需要两个或几个基因共同来编码一个完整的蛋白质。基因除了对应于转录成RNA的那一部分外，还包括转录开始部位之前的一小段和转录结束部位之后的一小段。转录开始部位前的那一段是基因的调控区域，可以起到控制基因的转录或不转录的作用；转录结束部位后的那一段是控制转录停止的。这些前后区域的长短是因基因而异的，在有些基因中甚至可以完全不存在。基因和基因之间同样是DNA链，把两个相邻的基因连接在一起的DNA区域就称为基因间隔，基因间隔也是可长可短。由于基因和基因间隔都是 DNA构成的，因此有时很难确定一个基因的精确起始和终止位置。
     由于没有发现天然分枝的DNA链，所以在DNA链上，基因都是一个一个首尾相接的，有时也可以重叠在一起。多个基因排列在一起就形成了一个分子量很大的DNA生物大分子。有些含有多个基因的DNA链的首尾相连，形成一个DNA环；而有些即使含有成干上万个基因的DNA链仍然保持线状。因此，有些生物的基因组就成环状，有的单一个环就是整个基因组的情况，也有几个环或多个环才构成一个完整的基因组的情况；有些生物的基因组则是线状的，包括单线状和多线状，后者指多条不同的大分子DNA链才构成一个完整的基因组。当然，在自然状态下，基因组中基因间的关系不单是一种线性排列的首尾相接关系，而且是更高级和更复杂的立体结构关系，从而使得基因组中基因间可有多种多样的相互作用方式。不过，由于其复杂性和技术等原因，基因组中基因间的三维结构关系至今还甚少研究。在细胞分裂时期，真核生物的多线状基因组就会浓缩成一条条在显微镜下清晰可见的染色体。染色体的数目在一种生物的基因组中是保持不变的，通过研究染色体的结构可以获得不少有关基因组的信息。不同的基因组在大小上可以有极大的差别。最小的基因组只有几干个核苷酸对，一般细菌中的基因组有几百万个核苷酸对，而我们人类的基因组则有多达30亿个核苷酸对。把30亿个核苷酸对长的DNA分子塞在一个小小的细胞的中央，可以想象这是多么不容易的事情啊。更有甚者，一些生物的基因组有超过1000亿个核苷酸对，它们无疑是基因组中的“巨人”。基因组大小的这种巨大差别不能不令人惊讶，同时又使人觉得这种现象里面可能会蕴藏着某些进化的秘密。