基因是生物的遗传密码。每个人都有属于自己的基因，并且靠基因向下一代传递自己的信息和资料。基因学研究发现人类体细胞基因组由23对染色体组成，其中包括22对体染色体、1条X染色体和1条Y染色体，这些染色体说起来很小，却包含了约31.6亿个DNA碱基对，碱基对是以氢键相结合的两个含氮碱基，因此碱基的数量还要乘以2，约为63.2亿个。如果论一下人体中基因碱基的排列长度的话，那将是一个非常惊人的数字。

　　科学家们早就对人类基因组进行过分析测算，并且发现每个碱基的长度大约有0.34纳米（1纳米=1米的10亿分之一），如果以一个体细胞基因中碱基的长度来计算的话，那么将31.6亿乘以0.34纳米再乘以2，等于2.15米，也就是说，人的一个体细胞中的基因碱基的长度排列起来可达2.15米。

　　一个成年人大概有50万亿个体细胞（卵子和精子属于生殖细胞，也是单倍体细胞，只有属于父方或母方的单套染色体，受精卵则是双方染色体的结合，但是相对于体细胞来说，固定时间中的生殖细胞是较少的），以50万亿×2.15米，就可以得出人体的体细胞中基因碱基的总长度，大约为107万亿米，合1070亿公里。

　　这个长度可以说是一个天文数字了，毕竟我们的地球的赤道长度才不过4万公里，这个长度可以缠绕地球赤道268万圈，地球到月球的平均距离为38万公里，一个来回为76万公里，这个长度可以来回扯上14万多次，即便是地球到太阳1.5亿公里的距离，该长度也可以走上357个来回，八大行星中海王星距离太阳最远，约45亿公里，该长度也可以走上12个来回。

　　如果粗略的按46条染色体测算，每条染色体长度平均是5厘米左右。我们都知道细胞很小，而染色体又位于细胞的细胞核中，说起来就是小之又小了，所以可能有人不相信染色体的长度会有5厘米这么长，实际上我们看到的每条染色体都是高度盘绕压缩后的形状，其基因链伸展开的话，每个细胞中的染色体会平均长达5厘米。

　　那么以这个数字来计算，人体50万亿个细胞中染色体的长度，仍然可以用天文数字来形容，5厘米是2.15米的1/43，那么将上面所罗列的数字，除以43就可以了，总长度约25亿公里，从地球到太阳（日地距）的16倍。

　　本人知识浅薄，随便说，是因为DNA分子的双螺旋结构，是一个精密的复制模子。准确无误地把DNA复制出来。

　　人体中绝大多数的细胞中，都有细胞核，而细胞核里包裹着遗传物质DNA。DNA双链非常长，展开可达0.34nm*3000000000/1000000000，然而在细胞中，DNA双链会经过折叠并缠绕，实际长度并没有那么长。不过，如此长的DNA链条究竟是怎么组成的呢？

　　我们知道，英文是由26个字母组成，而组成DNA双链的也和英文一样，是由4个碱基组成，分别是：腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶，简称：A、T、C、G。而且这四个碱基两两对应，A一定对应着T，C一定对应着G。

　　除了碱基之外，DNA是由脱氧核糖与磷酸交替链接构成的骨架，碱基对之间有氢键作为链接，但对基因起着决定作用的是碱基对的有序分布。

　　也就是说，DNA链条虽然长，但DNA链条的骨架是固定的，变化的只有碱基对，而碱基又只有4种，这四种碱基的排列方式构成了一个又一个的基因。

　　基因自身不能合成蛋白质，但基因可以转录成信使RNA，信使RNA可以将基因上的信息翻译成蛋白质，蛋白质会生产能量或者运输能量，参与生命活动，就这样人体工厂运转了起来。

　　虽然基因位于DNA链条上，但DNA链条上不全是基因，还有许多冗余基因。

　　在人体基因组计划展开之前，科学家认为如此长的DNA双链，上面的基因最少也有七八万个，但当2003年4月14日人体基因组计划真的完成之后，科学家们都惊呆了，原来人体只有两万多个表达性状的基因，这些基因只占人类基因组总数的3%，这意味着绝大多数基因组都是不表达任何性状的基因，这些不表达性状的基因就叫做内含子，表达性状的基因叫做外显子。

　　也就是说，人体内的基因并不是严丝合缝的，而是有大量的冗余。

　　我们知道，冗余意味着浪费，在人体中有这么多用不到的基因，其实是非常浪费能量，因为DNA每自我复制一次时，这些冗余的基因也会被蛋白质复制一次，非常浪费能量。如果把这些能量节约下来，用于提高繁殖速度或者奔跑速度也能帮助自己更好地生存。

　　于是，有些人在想，既然有大量的基因是无用的，为什么生物在演化时，仍然要保留这些基因呢？初看之下这个问题很简单，但答案却并不简单。

　　我们知道，DNA在进行自我复制时，就相当于学生抄写作业，虽然DNA是个认真的学生，每次在抄写DNA时，都会自我检查一遍，但仍难免有错误，比如：有些字数抄错了，有些抄漏了，有的多写了。

　　也就是说，DNA并不能100%将自我完全复制，每复制一次会出现极个别的碱基对复制错误，这些碱基对如果位于基因序列中，将会造成基因变异，比如：镰刀型贫血症等，多说一句，基因变异没有方向，有的会造成生物患病，有些会帮助生物生存，还有一些对人体影响不大。

　　如果出现错误的碱基出现于冗余的基因序列中，那么就有可能激发新的基因，但更大的可能是对人体没有任何影响，这是因为信使RNA在加工时，会将内含子剪切掉，所以即使内含子发生变异也不影响人类正常生活。

　　假如，没有这些冗余基因，虽然比较节约能量，但如果DNA在每次自我复制时都出现极个别的错误，这意味着我们还没长大，身体内的基因已经突变的不成样子了。

　　再者，冗余的基因并不冗余，我们知道生物在形成配子时，会发生联会现象，联会也就是相互交换碱基对。

　　如果联会的地方发生在基因序列中，将会造成基因变异。如果发生在冗余基因里，则可能不会影响生物的关键基因。

　　除此之外，偶尔一些关键位点的碱基对复制错误，就有可能激活某个新的基因，成为我们身体中的一部分。

　　虽然冗余的基因可以充当基因的缓冲剂，但冗余的基因并不能无限长，这是因为过多的基因会造成大量能量浪费，导致成为生物的负担。

　　但也不能过于短，因为过短不利于生物的稳定。

　　有人说，即使是最顶级的科学家，也无法制造出一个最简单的生命，事实上的确如此。DNA的结构虽然简单，但是从DNA到生命的过程却不简单。

　　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。

　　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。

　　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。

　　即使有上述机制的保护，在日常生活中，由于辐射、太阳暴晒、化学因素、细胞活动过程中发生的不过避免的损伤等等，DNA会发生断裂或者碱基会发生突变，这时候就会有一系列的酶前来修复断裂或者突变的DNA。

　　你好这是一个比较基础但是十分重要的生物学问题！

　　随着上个世纪人们对于人类遗传物质的发现，鉴定，和破译，我们从功能上的基因开始，到沃森，克里克两位神人解析了DNA双螺旋结构，灾后来更加深入的认识了“中心法则"包含的DNA,RNA和蛋白质的关系。

　　目前我们都知道，DNA作为人类的遗传物质，对于蛋白质的合成来说充当了原始密码本，模板的作用，而这部分基因只占了人类基因组的非常小的一部分，据估计大约才2%不到；随着近来的发现RNA也可以通过特殊结构形式类似于酶的功能（RNAi：RNA干扰等），以及更多的Lnco-DNA（非编码DNA）的功能依旧未知。

　　上世纪末的时候美国的三大科研之一的人类基因组计划，在DNA之父的沃森的发起下开始如火如荼的进行，经过近10年的攻坚，凝聚了全世界各国顶尖力量，于2003年的时候人类终于获得了这本密码本《人类基因组》，这其中包括了31.6亿个DNA的脱氧核糖核酸的碱基对！

　　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？

　　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。

　　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。

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　　人类DNA的构成和复制方式使得人类的DNA相当稳定，但是人体基因序列包含的碱基数量又实在是太多了，在复制的过程中不可避免地会出错，这就是变异的来源之一。

　　人是真核细胞的生物，DNA存在于细胞核内的染色体中，染色体是蛋白质和DNA核酸双链构成，染色体长短不一，但是相对于DNA它们又粗又短，DNA和蛋白质相互作用不断地盘旋折叠再结合其它的一些蛋白就形成了染色体，储存在细胞核中，只有在转录或者翻译、复制的过程中，染色体才会解开DNA双链，这样的特点保证了DNA的稳定，另外一个也比较重要的地方是所有双链DNA生物所共有的，那就是地球生物的DNA遵循着同一套基因密码，碱基互补配对，A和T、G和C，复制时半保留复制，DNA解开双联，碱基互补合成一条新链，然后一新一旧形成新的DNA，这保证了复制过程中碱基出错的几率很低，加上细胞内也有一套识别机制，限制性内切酶等生命大分子可以监视DNA的突变或者损伤，将错配的序列剪掉重新加上正确的碱基，更加保证了DNA的稳定性。

　　然而这里的出错几率很低指的是单一细胞的DNA，而人体细胞数量那么多，总的来说每天甚至每分每秒都会有一些细胞的基因出错，导致表达的物质异常，大多数会被免疫识别清楚，少数会导致疾病，癌症就是原癌基因突变等因素造成的细胞脱离人体的调控和免疫监视，可以在人体内相对无限地增殖，直到人死亡。

　　人体是一个极其精密的结构，大脑控制身体的生理活动，即便你是在休息的时候，大脑也可以将身体管理得井井有条。在人体中，拥有40万亿至60万亿个细胞，取个平均数也有50万亿个，而一个庞大的银河系，含有的星体总数包含恒星与行星，不过在1万亿颗左右，这说明人体含有的细胞总数相当于银河系含有星体总数的50倍。

　　这50万亿个细胞组成了人体，每一个细胞又是一个个的小环境，它们有自己的细胞核以及整套的遗传信息。我们知道，包含人体遗传信息的是染色体，而染色体又是主要由DNA组成，DNA学名叫做脱氧核糖核酸，它是双螺旋结构，由两条脱氧核苷酸链围绕一个共同的中心轴盘绕而成，严丝合缝没有一丝儿差错。DNA主要由四种碱基组成，它们之间互相配对以氢键联合，形成了稳定的DNA双螺旋的结构。

　　开始于1990年的人类基因组计划，研究表明人体的基因组含有约30亿个碱基对，每个细胞中都含有整套的遗传信息，所以说每个细胞都含有30亿个碱基对。每一个碱基的长度大约是0.34纳米，那么如果将一个体细胞内的所有碱基连接起来，总长度就达到了2米，这个数字是非常惊人的，然而DNA就是这样以这种螺旋形态圈上加圈，使得30亿个碱基对容纳在只有6微米宽的空间内。

　　那么，如果将人体中所有的细胞含有的DNA全部拉直，总长度可以达到多少呢？得出的是一个天文数字，1000亿公里，相比之下，地球到太阳的距离不过才1.5亿公里。

　　一个小小的人体内部竟然含有如此巨量的DNA，那究竟是什么来保证如此巨量的DNA物质的稳定的呢？

　　我们知道，DNA的复制是半保留复制，复制的过程也是一个边解旋边复制的过程，在这个过程中，游离的碱基将严格的按照碱基互补配对原则来与母链上的碱基进行配对，这个过程是非常严格的，这不仅是由本身的复制方式来保证的，而且在复制的过程中还有一种特殊的酶参与，这种酶就是DNA聚合酶。

　　DNA聚合酶参与DNA的复制，是复制过程中不产生错误的重要保证。如果在复制的过程中发生了错误，DNA聚合酶会修复它，不仅如此，它还可以随时的进行校对，如果发现了错误，立即进行修复，这保证了DNA的准确无误。

　　当然了，这个只是DNA稳定的一方面因素，另一方面是在DNA双螺旋结构上的稳定。

　　又是什么来保证DNA结构的稳定的呢？

　　主要是碱基堆积力、氢键、范德华力的协同作用，最重要的还是碱基堆积力，这是一个什么力呢？在DNA螺旋的平面图中，你可以看到每一个碱基都层叠堆积在一起，这种在旋进中彼此堆积会形成一种相互吸引的力，这个力就是碱基堆积力，有力的保证了双螺旋结构的稳定性。

　　综上，可以知道，DNA的稳定不仅是物质的稳定，而且还有结构的稳定，每一个稳定中都有重要的参与者，使得50万亿个细胞各司其职，有序地完成它们的使命。

　　文/科学船坞

　　DNA是什么，短小排列的电磁波段，电磁波是什么，是宇宙以太层面的光物，以太的光是什么，是宇宙源头意识投射的驱动力，DNA就是由这源头意识驱动力所投射的个体化片段。是源头意识充斥着的以太的光的能量构建出DNA电磁波段的排列，以及物质分子的排列。以太是正十二面体，物质的分子结构的排列即按照多面体几何结构所排列形成，比如雪花，都是源头意识的充斥着模板的驱动力所创造。

　　对于这个问题怎么回答呢？请问细胞 DNA有尺寸吗？2000万公里是怎么计算出来的??

　　人体由23对染色体组成，约2.5万个基因，含有约31.6 亿的DNA碱基对。

　　以上来源于网络，网络也只能说是“约”“大概”来表示

　　首先，明确一下，人体单个细胞里的DNA拉直后，长度大概在2～3米之间，人体大概有一万亿个细胞，因此考虑到体内所有的DNA串起来，大概会有两万亿米，大概相当于20亿公里，大约可以往返地球和太阳70次。

　　细胞的大小一般在1μm到100μm之间，而用来存储DNA的地方（原核细胞中称作拟核，真核细胞中称作细胞核）只占细胞大小的一小部分，在2000万公里与几微米的长度对比下，细胞是如何做到DNA的稳定的呢？让BioArt来告诉你。

　　DNA为双螺旋结构，即两条长长的链呈螺旋状交错上升。

　　图1 DNA双螺旋结构

　　每条链的基本组成单位是叫做“核苷酸”的化合物。核苷酸是由一个含有五个碳原子的糖类物质（脱氧核糖）左右分别连接磷酸基团和碱基。根据碱基的不同，组成DNA的核苷酸可以分为四种：腺嘌呤核苷酸、胸腺嘌呤核苷酸、鸟嘧啶核苷酸和胞嘧啶核苷酸。

　　图2 核苷酸结构（其中尿嘧啶在RNA中出现）

　　对于单独的一条链来说，核苷酸和核苷酸之间通过化学键相连，是有实质性的接触的，因此，可以将其可作是一个化学物质。而链与链之间，并没有实际的接触，那么如何保证链与链间既可以保持一定的距离，又不至于散开呢？答案是有一种看不见的力完成了这项工作。

　　如前所述，核苷酸靠近螺旋的内侧由碱基组成，而不同的碱基之间由于其化学结构的特殊性，会存在吸引力。具体来说，腺嘌呤和胸腺嘧啶之间，鸟嘌呤和胞嘧啶之间可以形成一种叫做氢键的化学力，从而将两条链“粘合在一起”。

　　当然除了氢键外，还存在一些其他形式的力，如范德华力，碱基堆积力等。并且下文中提到的帮助DNA折叠的组蛋白同样也发挥了重要的作用，因为磷酸骨架都是负电荷，而负电荷之间是会相互排斥的，而组蛋白在这里发挥的作用正是中和电荷，抵消这种负电荷之间的相互排斥。正是由于它们的存在，才保持了DNA双螺旋结构的稳定性。

　　图3 DNA链与链间通过碱基配对形成的力相连，链内通过化学键相连（G：鸟嘌呤；C:胞嘧啶；T：胸腺嘧啶；A：腺嘌呤）

　　下一个问题是，细胞是如何做到优雅而又不失稳定的将长长的DNA装进自己小小的容纳空间里呢。

　　其实，策略很简单，就是通过不断的折叠，指数倍的缩小DNA的长度。打个比方，我们的电脑里有很多很多的文件，为了让文件数目变少，同时又保留所有的信息，我们可以采取压缩的方式，而这也正是细胞在做的事情。

　　图4 DNA压缩过程

　　首先DNA在组蛋白的帮助下形成核小体。每一个核小体由大概150个碱基长（～150bp）的DNA片段和八个组蛋白构成。组蛋白的作用除了中和DNA的负电荷，还可以改变DNA链的构象，使组蛋白可有效缩短DNA。每隔一定的距离，就会形成这样的一个核小体。然后每个核小体像珠子一般挂在DNA链上。经过这一步，DNA大概被压缩了7倍。之后，这些“珠子”又相互缠绕堆积，形成螺线管结构，长度又被压缩了6倍。形成螺线管后，继续扭曲重叠，进一步形成超螺线管，长度再被压缩40倍。最后，这些超螺线管再相互“挤挤”，形成染色单体，也就是DNA在细胞里最常存在的形式，经过这一步，DNA的长度又被压缩了5倍。所以，总的过程下来，DNA大概会被压缩8000多倍。并且这一过程中，会涉及到很多蛋白质的参与，对于之后DNA的稳定、表达都会起到重要的作用。

　　此外，DNA会通过半保留的方式复制，并且有一套紧密的系统来修复损伤的DNA，这些也都对DNA的稳定起到了很大的作用。

　　因此，通过保持链内和链间的稳定，以及不断的压缩，小小的细胞成功的将巨长的DNA牢牢“握在手上”。

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