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人体细胞中包含DNA总长可达2000万公里，是什么保证如此巨量的结构严丝合缝？
碱基,双螺旋,基因人体细胞中包含DNA总长可达2000万公里，是什么保证如此巨量的结构严丝合缝？
发布时间：2016-12-08加入收藏来源：互联网点击：
成年人DNA的长度估算
据研究发现DNA中两个碱基之间的轴向距离为0.34nm（DNA是螺旋结构，轴向距离表示两者之间的高度，不代表直线距离），据此推断人类一套DNA的轴线长度为：31.6 x 10^9 x 0.34nm =1,074,400,000nm 换算下就是1.0744m 。
一个77Kg的成年人大约有600000亿个细胞 这样算下来：一个成年人体内所有的DNA连在一起大约644.64亿公里，是不是没有概念？这样说吧地球到太阳才1.5亿公里，是不是amazing？
遗传物质稳定性的原因：
1.分子水平：
沃森和克里克（上图左右），提出的DNA双螺旋结构可以看出，DNA的组成是带有不同碱基（ATCG）的脱氧核糖核苷酸组成的双螺旋结构。这个核苷酸结构中的核心是脱氧核糖，这比组成RNA的5C-核糖更加的稳定，同时在Y轴的方向上两个核苷酸是通过磷酸二脂键所连接在一起（磷脂键是一种非常牢固的作用力，这使得DNA在100左右的环境中任然不会有Y轴方向的DNA断裂），同时在X轴上是通过A-T,C-G的碱基配对组成，这主要是通过碱基上的H键连接在一起(A-T 2条H键，C-G三条H键，所以C-G越多越稳定)，由于DNA经常需要解链用于复制，转录，修复，所以H键的作用力不算太强，一般20bp的DNA序列在50-60摄氏度在就会完全解开为两条链。
除了最主要的这三个方面，DNA双螺旋结构的稳定性还离不开 离子键、范德华力等作用力的辅助。比如说DNA在高盐，高Na的环境中会更加容易收缩为紧密的结构，就像按住的弹簧，但是在高温，极端PH等条件下这些稳定条件破坏结构就变得疏散易破裂。
2.生理生化水平：
上述的只是DNA的双螺旋结构，对于基因在细胞中最紧密的结构是分裂时形成的染色体，而染色体是由染色质经过高度螺旋化之后形成的。而染色质本身是DNA双链螺旋化后再通过环绕 8聚体的组蛋白一起经过螺旋化后形成的。
一般情况下由于DNA需要被使用，所以不会有如此高螺旋形的DNA的存在，只有在分裂的时候才会有染色体，一般细胞核内主要是以染色质的形态存在。
在这个水平的DNA的结构中，稳定DNA 结构最重要的两方面作用就是，DNA双螺旋结构以及一些修饰导致的DNA的高度螺旋的能力，另一个就是DNA螺旋丝和组蛋白形成的染色质球，染色质的每一个球都包含了一段DNA和8个组蛋白，这样的就够不仅可以有利于DNA的螺旋化，主要是解螺旋方便，不需要全部解开是需要将几个这样的DNA链球解开后就可以转录，这样减少了染色质的不必要解螺旋，有利于结构稳定。
除此之外，随着表观遗传学的发展，人们发现了在中心法则之外的遗传手段，比如说最被发现的组蛋白的修饰，就是说在组蛋白的某些氨基酸的结构上如果发生修饰（如：甲基化，乙酰化，糖基化等等）会直接影响组蛋白的结构和功能。我们刚说组蛋白是DNA稳定的一个个锚点，如果它的功能缺陷，DNA也会变得不稳定。所以说表观调控，或者可能的翻译后修饰也是DNA稳定的重要因素。
PS:目前最新的研究发现，DNA的核苷酸也是可以被表观修饰的，如DNA的甲基化，它决定了，影响了DNA的解链，复制转录，和重要的DNA修复。为什么DNA转录时需要的地方可以解链？其他地方还是螺旋的？就时表观调控的结果。
3. 细胞水平
往宏观的角度再来看一看，我们都知道对于高等动物而言，我们的DNA，染色体的结构更加之质密和稳定，为什么呢？因为现对于细菌，病毒和一些原核生物，我们有存放DNA的专门细胞结构——细胞核。试想一下，就像家里存钱，你是放在客厅桌上更安全？还是放在，密室的保险柜里更妥帖？当然是后者，细胞核之于DNA就是这样的关系，因为有核膜的存在保障了DNA，染色质在一个十分稳定，特别是有利于结构的环境中（盐离子浓度，ph等），同时由于核膜上的核孔的筛选，使得一般的物质都无法随意进入细胞核，要知道像ROS，激酶，高能离子（如重金属离子）等都会损坏DNA的结构，导致断裂。
所以说，有了细胞核的保障，DNA在细胞中才会存在的更加稳定和安全。
由于篇幅有限，很多细节的地方，如化学分子的能量迁移对于P酸基团的稳定性，其他的一些翻译后修饰，DNA突变，DNA的修复等就不在赘述。
我是@普遍生物 欢迎一起交流探讨生命科学领域的话题！
回答于 2019-09-11 08:43:50
全是算法决定的呀!而使用的算法比较低级者身体的DNA编码就一定会出现程度不同的多种漏洞与乱码现象!
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回答于 2019-09-11 08:43:50
作为遗传学系毕业的学生，很开心可以回答这个问题。人体细胞的DNA作为繁衍生命的遗传物质，指挥细胞生命活动的蓝图，共有30亿个碱基对，每个碱基对间距为0.34纳米，如果把一个人体细胞中每条染色体完全拉直首尾相连约1米长。其稳定性主要由DNA的双螺旋结构、组蛋白的保护、DNA的折叠压缩，及随时候命的多种DNA修复酶共同维持。
DNA的双螺旋结构带来的稳定性
DNA的双螺旋为右螺旋，每10个碱基对转一圈，一个螺旋中有大沟和小沟，俯视下螺旋直径为2nm，这么有规律的结构是如何做到的呢？DNA的双螺旋并不是简简单单地好看，这个结构中有很多化学作用力共同维持，包括碱基之间的横向氢键作用力、螺旋内部的疏水作用力、碱基对施加在相邻碱基的互相吸引导致的碱基堆积力等等。DNA的双螺旋结构可是比RNA的单链结构要稳定得多的多。
像保镖一样的组蛋白的包裹
在人体细胞中，DNA并不是单独游离的状态。人有23对染色体，而染色体是由DNA和蛋白质组成的。其中，主要的蛋白质成分是组蛋白（histone）。如下图所示，呈碱性的组蛋白包裹着酸性的DNA，并卷曲形成核小体（nucleosome），这是DNA在真核细胞的基本结构单位。
DNA高度的空间折叠
既然人体DNA首尾相连有1米长，但是我们的细胞平均大小却只有100微米左右，只有1米的一百万分之一，那么一个人体细胞是如何容纳这么长的DNA呢？答案是高度的折叠压缩，真可谓是折出花儿来。整个过程就像编手绳或者围巾一样，把一条线编成一个高度紧密的一团成品。如下图所示，DNA和组蛋白组成的核小体像绳珠一样串起来，非常紧密地卷成一团形成染色纤维，再进一步卷曲成染色丝、染色质，在细胞不进行分裂的时候，DNA就会以这种染色质的形态存在，当要进行有丝分裂的时候，染色质会进一步折叠成更加高度浓缩的染色体。
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