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标题: 基因是如何构建人类的？ [打印本页]

作者: 凰龍泰 时间: 2016-7-21 00:18 标题: 基因是如何构建人类的？

遗传（heredity）是指生命有机体在生殖过程中所表现出了的亲子代之间的相似现象。我们知道，遗传信息在细胞分裂时，母细胞通过DNA的自我复制，将其代谢类型及各种生物学特征传递到子代DNA分子上，在后代的个体发育进程中，遗传信息又可以以DNA传递给RNA，这是转录，然后通过RNA指导合成特异的蛋白质，即为转译，或翻译，使后代表现出与亲本相似的遗传特征，这就是基因的表达。这即是50年代Crick提出的遗传信息流向的中心法则（centrar dogma）,DNA→DNA→RNA→蛋白质。后于1970年发现逆转录酶，证实在某些情况下，RNA也可以是遗传信息的携带者，遗传信息可由RNA通过逆转录酶传递给DNA（即RNA→DNA）。这就完善和补充了中心法则。但上述这些信息流还不能全部解释各种生物个体发育的全过程。! }& d" N7 y+ Q: A9 V# m
在自然界，每一种生物在各自的个体发育进程严格按照时间与空间顺序进行，而且它们的后代都会循着这个时间表把亲本曾经经历的每一种生命现象重复一遍。由此本人推测：基因的按时序性的表达除了上述几种信息流以外，应该还存在另一种专门负责个体发育及各种生命活动进程的遗传信息的传递形式。
我们要破解基因有序表达的谜团，首先是要了解基因的结构和运行。
一、基因转录的方向性2 p% [3 c$ u- q. l2 m
RNA聚合酶、又或是逆转录酶都必须结合在核苷酸的模板链上，沿着模板链的3＇→5＇方向滑行（即模板链的方向总是3＇→5＇），由于RNA的生物合成的方向都是5＇→3＇。所以基因转录具有方向性。由此我在这里设模板链的3＇为头，5＇端为尾。
二、基因组存在“道路”及在其行走的“车”？# G3 h  D4 U" d. K# j9 }
在现代，科学家用简单的显微观察和在示踪染料和其他细胞标记技术的帮助下，能够发现在胚胎正常发育的每一个阶段，胚胎中出现的细胞根据其已有的状态，都具有有限的选择。细胞就像沿着一条有着多个岔道的发育途径在旅行，在每一个岔道，细胞都得面临着一次选择，而选择结果的获得被称为细胞决定（cell determindtion），至此，细胞具备了按特定方向分化，并最终形成一定类型细胞的能力。
根据上述科学家对细胞决定的追踪，我推测∶在细胞的基因组上存在着两种物质：1、是基因组里存在着一组有多个岔道的道路；2、是有某一种物质像车一样在沿着这组有着多个岔道的道路上行走，指导发育的旅程。下面我们开始寻找基因的“道路”及在其行走的“车”。
三、基因序列就是轨道的假设
1、DNA或RNA分子的轨道式结构5 M8 J, N0 B  v
RNA分子是由四种核糖核苷酸（AMP、GMP、CMP和UMP）构成；DNA分子的一级结构是由数目巨大的四种脱氧核糖核苷酸（腺嘌呤（A）、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T））构成。二者均是通过3′→5′-磷酸二酯键聚合而成的直线型或环形分子，所有的生命体（或颗粒）的遗传信息都是以碱基排列顺序的方式储存于核酸（DNA或RNA）分子中。
病毒的核酸存在形式有多样性，主要是由一种类型的核酸组成，即DNA或RNA。形状上只有线状和环状之分，构成上有单链、双链之分。单链的RNA有正链RNA（+ssRNA）与负链RNA（-ssRNA）之分。单链的DNA有单正链DNA（+ssDNA）与单负链DNA（-ssDNA）之分，双链的DNA或RNA均由一条正链一条负链组成。
如果把直线的双链DNA或RNA分子的平摊在一个平面上，你会发现它与我们日常乘搭的火车所运行的铁轨很相似。把环状双链DNA或RNA分子平摊在一个平面上，你会发现它与儿童娱乐园里小火车所运行的闭环小铁轨相似。% d! o" X* |7 A1 W
如果把病毒的核酸比喻成轨道，那么双链DNA或RNA分子就是双轨道；单链的DNA或RNA分子就是单轨道。
2、细菌与真核生物DNA的轨道式结构+ p. A8 k( u8 O- {+ I6 s
DNA的二级结构是指DNA的双螺旋（do ub-lehelix）结构，DNA是由脱氧核糖与磷酸交替排列构成了主链，两条脱氧核糖核苷酸链是反向平衡排列，一条是5＇→3＇方向的编码链，另一条是3＇→5＇方向的转录模板链。两条链围绕一个共同的轴心以右手方向盘绕成双螺旋构型。现在根据DNA转录的方向，我在这里把DNA的双螺旋结构分基因的头部和尾部以定一个方向。由于模板链的方向总是3＇→5＇所以我将DNA的双螺旋的模板链的3＇端定为头部结构，DNA的双螺旋的模板链的5＇定为尾部结构。
至于DNA的三、四级到染色体结构，只是在DNA的双螺旋的基础上一次又再接一次的缠绕和包装而已。所以如果我们把细菌或真核细胞DNA的三级以上结构全部解除，把环状DNA分子的二级结构平摊在一个平面上，它就像儿童娱乐园里小火车所运行的闭环小铁轨。直线型的DNA分子的二级结构平摊在一个平面上时它们也是像火车轨。如果把人体基因组里所有的DNA分子的二级结构平摊在一个平面上，就有46条直线形的铁路干线。
四、RNA聚合酶就是基因轨道上运行的“车”的假设5 I2 b) r$ r6 V8 h7 d* a, I, c
RNA聚合酶是一种非常重要的酶，且可在所有生物、细胞及多种病毒中可见。
基因转录是将DNA核苷酸序列的信息转录为RNA上的核苷酸序列信息，这一过程是由DNA指导下，以4种NTP为原料，由RNA聚合酶催化，以DNA为模板，按碱基配对的原则，沿着5＇→3＇方向逐个接上核苷酸合成RNA。
基因转录过程分为起始、延长和终止三个阶段。起始：RNA聚合酶与DNA的模板链特殊区域的结合与转录起始；延长：RNA聚合酶在DNA模板链上向前滑动，可见RNA聚合酶就像车子一样在模板轨道上滑动，而且是每前进一步就会接上一个与模板链碱基配对的核糖核苷酸，新生的RNA链因此而不断延伸；终止：合成终止与新生RNA链产生。可见，RNA聚合酶这部“车”在基因轨道上行走与我们现在火车运行一样，有启动、运行和停车等环节。不同的是RNA聚合酶比我们现代所见的车的功能更奇妙，它能够一边行走一边生产RNA。
五、生物合成的第五种信息流的假设( W- e. H) |9 _2 o7 h( T
1、RNA聚合酶构建病毒的物理模型的假设，
下面以脊髓灰质炎为例说明RNA聚合酶构建病毒的全过程。脊髓灰质炎病毒体通过吸附、穿入、脱壳、等过程后，进入宿主细胞质里：①、表达：由于脊髓灰质炎病毒是+ssRNA，本身具有mRNA功能，所以+ssRNA可作为蛋白质合成的模版直接附着于宿主细胞的核糖体上合成+ssRNA里编码的所有的蛋白质，其中就有RNA依赖性RNA聚合酶；②、因为RNA聚合酶是合成RNA分子的催化分子，所以推测，在有了RNA聚合酶以后，RNA聚合酶以来源的单正链RNA为模板并与它的3＇端的起始区域结合后，边催化合成互补的负链RNA边滑行到5＇端，形成双股(±)RNA，此时的RNA聚合酶完成了第一阶段的旅程；③、假设，RNA聚合酶脱离了双股(±)RNA，重新以负链RNA作为模板并与它的3＇端起始区域结合并滑行到5＇端，合成子代的单正链RNA；④、子代的单正链RNA与结构蛋白装配成子代病毒体，作为新生命颗粒的起始；⑤、又以子代的单正链RNA为模版，在宿主细胞质内与核糖体连接表达子代+ssRNA信息里所有的蛋白质；然后，子代表达的RNA聚合酶又在宿主细胞质内不断重复上述的过程......，组装成无数的子代病毒体；直到宿主细胞溶解释放子代病毒。3 T. |1 f: g1 z0 m) |
从上面的描述我们可以简化上述过程：脊髓灰质炎病毒的生物合成只有两步：①、依赖宿主细胞质内的核糖体合成病毒蛋白质；②、RNA聚合酶在不同阶段的RNA单链上走几趟，催化产生互补的或是子代的RNA单链。二者合起来就是构建脊髓灰质炎病毒颗粒的生命历程。而其它病毒的生物合成可以此类推。
所以推测病毒的生物合成的第五种遗传信息流就是：RNA聚合酶在核酸模板链上走几趟。1 l+ j4 U7 j" r) ]
2、RNA聚合酶构建细菌的物理模型的假设
细菌的生命周期是从上一次细胞分裂结束开始到下一次分裂结束为止，产生一个全新的个体所经历的全过程。即每一次细胞分裂都产生一个全新的个体。假设一个细菌的RNA聚合酶在细菌的环形DNA分子的模板链上环游一周之后，就刚刚好把联锁在一起的每一个基因都按顺序转录了一次，这样，亲本所有的特定的性状都能表达一次，与细菌的生命周期相吻合。在这个转录表达进程的同时进行DNA复制。因此，转录、翻译和复制三个过程合在一起就是细菌的生物合成过程。所以推测细菌的生物合成的第五种信息流就是：RNA聚合酶在环形DNA分子的模板链上环游一周。
六、人类基因树的基因表达模型的假设: u" \  I  r$ F8 ]; `" u( r
我们观察一下树木的生长过程，一颗大树的生活是由一粒种子开始，种子在泥土里生根发芽，最初长出一根很脆嫩的一条主干，在主干的顶部开着两片叶子，随着主干的长大才开始在主干里长出分岔，主干越长越高大，分岔也越长越多，分叉的枝条也越来越细小，最终长成枝繁叶茂的大树，而后才按每年的季节变化开花和结果的往复循环......。( p+ W' y" U& C, r+ P, l. y' K
由于自然界里一切动植物均来自共同祖先，它们在漫长的生命进化过程中分化发展形成了不同的类群，彼此之间具有或近或远的亲缘关系，所以，我推测受精卵在母亲子宫这个温床里生长和植物生长的原理是一样的。因此，根据大树的生长模式，我假设基因组中的46条铁路干线中只有一条是主干线，而其它都是分叉的分支线，我们可以把它摆成一棵基因树那样的走向。; C+ v0 q, O3 l+ [2 Q$ b$ L
由于我在《RNA聚合酶Ⅱ就是细胞分化决定子的假说》一文中假设了RNA聚合酶Ⅱ就是细胞分化决定子。所以假设，由受精卵开始，RNA聚合酶Ⅱ在主干线的头部开始出发，运行到主干线的某个位置时开始分叉，然后RNA聚合酶Ⅱ脱离了主干线，分别上了树叉，树叉是45条染色体中的显性基因（请参考本作者的《人体显性、隐性基因的秘密》），RNA聚合酶Ⅱ上了树叉也都是由头到尾的只有向前、没有后退的走一趟（即表达一遍）。
一条染色体就是一个双链DNA分子，DNA分子中的全部核苷酸序列分别构成了基因和各种单元。位于同一条染色体上的基因彼此联锁在一起传递，构成了联锁群（linkage group）生物所具有的连锁群数目等于机体细胞中染色体数目的对数。
因此假设，RNA聚合酶Ⅱ在一条分支线染色体的DNA分子轨道上的模板链的3＇端起始，只有向前、没有后退的走到→5＇端，就能够把整个DNA分子都转录成RNA分子，即是已经把DNA分子中呈直线排列的彼此联锁在一起的每一个基因都按顺序表达了一次，这样的遗传信息的传递形式，就能够指导生物的这个方向的发育进程有条不紊地进行。
当RNA聚合酶Ⅱ在所有的分叉的显性基因的模板链上沿3＇→5＇前进，就能把亲本曾经经历过的、严格按照时间与空间顺序出现的所有的每一种性状重复一遍，直到生命的终结。7 e9 h+ |9 {$ O7 V
由于基因表达具有方向性和时间性。所以生命的构建一旦开始就永远回不到过去。由于人受精卵的基因表达，RNA聚合酶Ⅱ起步于主干道的头部，然后单方向的一步一步的向尾前进，每前进一步，其细胞分化潜能就降低一步，到了RNA聚合酶Ⅱ分叉到各个显性基因的头部时，细胞分化潜能就有了的选择，细胞只具备了这个显性基因的特定方向的分化潜能，每前进一步，其细胞分化潜能就降低一步，最终只具备形成一定类型细胞的能力。8 P7 j9 |; N# l. h" d; s
由于基因树的基因表达模型，不管RNA聚合酶Ⅱ是走主干道还是走上分叉道都是从头到尾的单向前进的，所以当RNA聚合酶Ⅱ走到分叉点之前分裂的所有细胞，都是具有细胞分化全能性的细胞；当RNA聚合酶Ⅱ刚踏上分叉点时产生的细胞已经是具有多向分化潜能的多能干细胞；随着RNA聚合酶Ⅱ的前进，细胞的分化潜能就逐渐的降低，当RNA聚合酶Ⅱ走到叉道的末端时的细胞就是终末分化细胞，终末分化细胞执行功能后就会衰老和凋亡。" @2 S9 q2 d! l: f# V; S7 c
我上述的基因树表达模型的假设与上述的科学家的细胞决定的发现和受精卵的细胞分化潜能随胚胎正常发育的进程逐步降低的现象相吻合。
人体有三种RNA聚合酶，已知RNA聚合酶Ⅰ位于核仁，转录18S、5.8S和28S rRNA组成的前体、而且它们识别的是rRNA启动子；RNA聚合酶Ⅲ位于细胞核浆，合成tRNA与5 S rRNA和一些其它小分子RNA，它们识别的是小分子RNA启动子；因为rRNA与 tRNA是蛋白质合成体系中的重要物质，另外还有管家基因产物也是几乎每个细胞都是必需的，所以它们在整个生物体的个体发育进程中的表达可能具有随机性，所以本作者推测RNA聚合酶Ⅰ与RNA聚合酶Ⅲ除了转录各种rRNA、tRNA外，可能还与管家基因连锁群的转录有关。所以本人推测，由RNA聚合酶Ⅰ与RNA聚合酶Ⅲ参与转录的基因的DNA分子不参与细胞分化行列。即这些基因序列不构成基因树表达模型中的的分叉。7 o0 B1 d) p* r! z+ N. e# M
七、一条X染色体为基因树表达模型的主干的假设
46条染色体中那一条才是基因树表达模型中的主干呢？X染色体有它的特殊之处:
1、不管男性还是女性的基因组里都有至少一条的X染色体，即X染色体是男女所共有的。# @! E2 d0 w! u% ]9 z
2、在本作者的《人体显性、隐性基因的秘密》一文中，推论了女性的两条X染色体均有表达，男性携带的Ｘ性染色体也有表达。. K& w( I: }1 L' Z/ x6 L% |
3、目前世界上没有一例X性染色体完全缺失的动物（包括人类）的报道。# k/ X: V# v9 C; m- W$ Z, @% f
4、世界上确实存在只有一条X染色体的性腺发育不良综合征（Turner综合征）的不正常女性。
5，女性的两条X性染色中的一条X性染色体失活，呈固缩状。
根据以上5点，我推测合子基因组中的一条X性染色体就是在基因树表达模型中起主干作用的，如此推测：如果合子基因组中没有X性染色体，就无法构建新的生命个体。
八、受精卵的基因组的激活非常简单的假说
根据基因树表达模型，我认为受精卵的基因组的激活是非常简单的过程，它仅仅就是打开合子基因组中作为主干线的一条X性染色体的头部结构上的各级包装，暴露出模板链的3＇端，然后RNA聚合酶Ⅱ集团（含一些转录因子）结合上去。我推测，精卵结合时出现的大约1分钟左右的电脉冲就已经把一条X染色体头部的可伸缩骨架伸延开来，使紧密重叠的襻环延伸成间疏状态，此过程很像我们按电钮打开伸缩门；继而就是钙离子浓度升高等因素把模板链的3＇端从襻环中取下来形成30nm纤维，再到核小体，再到DNA二级结构，再到去除DNA上的甲基化，再到暴露DNA模板链的3＇端，直到RNA聚合酶Ⅱ集团结合到DNA模板链的3＇端，转录起始，大功告成，受精卵的基因组被激活，新生命的构建起始。: y% B# c- w' M3 k' e3 z
九、基因表达的分叉时间在受精的第十四天的假设' K. m% _4 c' G' a" \
视频寰宇地理的子宫日记-同卵双胞胎讲述：...受精卵发育的第十四天，原条一端出现另一个区域，也就是所谓的器官导体，在此之前，体内所有发育中的细胞都一样，都称为干细胞，如今，每个细胞都流经器官导体，经过这个区域时，每个细胞便分配往不同命运，有些将成为四肢的一部分，有些将成为手的一部分，有些则成为眼睛水晶体的细胞....。
根据上面的讲述，本人推测：在受精的第十四前，主干X性染色体表达产生的细胞全部都是具有细胞全能性的干细胞；而在受精的第十四天后，RNA聚合酶Ⅱ被器官导体分配到所有的参与细胞分化的显性基因，它们从此时开始一起的沿着这些显性基因的DNA分子的模板链从3＇到5＇端有序的表达，共同构建一个新的生命个体.....。& ?0 Y% H! w( K  n: b6 O

作者: 凰龍泰 时间: 2016-7-21 00:31

回复凰龍泰的帖子( d" i; \4 j$ P( z& k9 `
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历时10多年的努力学习研究和思索，终于完全了这篇最重要的文章，我自己也很高兴，也松了一口气。

作者: HelenMalus 时间: 2016-7-21 08:55

感觉就是大学里学过的分子生物学，大学的时候这门课学得最好了，因为有意思

作者: 凰龍泰 时间: 2016-7-22 23:00

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台上一分钟，台下十年功，区区几千字，是十年勤学穷思的结晶，今天得到细胞海洋的嘉奖，值了，我很高兴，谢谢细胞海洋。

作者: sunsong7 时间: 2017-7-6 11:14

“癌图腾”微信公共号希望你能授权转载此文，敬请支持！

作者: 凰龍泰 时间: 2017-10-16 22:48

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" E& H" z# ^' q% S" C/ q
可以的，但不知怎样授权。

作者: echoqi 时间: 2017-10-24 17:47

厉害

作者: 哈咪 时间: 2018-8-9 10:36

谢谢

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