基因与染色体的区别

17 Mar 2025 | 6 分钟阅读

遗传是用来描述我们从父母或祖先那里继承的特征的术语。遗传学是研究遗传的学科。遗传的要素是 DNA、基因和染色体。身体的所有细胞都包含控制从父母那里继承的特征的编码信息。

基因是遗传最基本、最具有功能的单位。基因的组成部分是 DNA。一些基因充当构建蛋白质的蓝图。然而，许多基因并不编码蛋白质。人类基因的大小可能从几百个 DNA 碱基到两百多万个 DNA 碱基不等。根据人类基因组计划，一项旨在绘制人类基因组序列并识别构成每个基因的基因的全球科学计划，据估计，人类拥有 20,000 到 25,000 个基因。

染色体是位于细胞核中的一种结构精密的 DNA 包装。每个生物体都有不同数量的染色体。人类有 23 对染色体；23 对常染色体和一对 X、Y 或 X、X 染色体。由于每对染色体中的一条来自母亲，一条来自父亲，因此孩子出生时拥有母亲一半和父亲一半的染色体。

染色体上有缠绕的组蛋白，组蛋白就像线轴，DNA 紧密地缠绕在上面。如果我们将 DNA 分子拉成直线，它会太长而无法放入细胞内。如果将 DNA 分子从组蛋白中解开并首尾相连，其长度将达到 6 英尺。

如果生物体要正常发育和功能，细胞必须不断分裂以产生新细胞来取代受损、衰老的细胞。DNA 在细胞分裂过程中存活并均匀地分配到细胞中至关重要。在大多数细胞分裂中，由于染色体的存在，DNA 能够正确复制并分配。即便如此，有时也会发生错误。

在储存信息方面，基因和染色体都至关重要。每条染色体上有许多基因，这些基因包含制造特定蛋白质所需的指令。

为了理解基因和染色体，我们首先需要理解 DNA。

DNA（脱氧核糖核酸）

DNA 分子由两条多核苷酸链组成。这两条链相互缠绕，形成一个由 DNA 等核酸分子组成的结构。双螺旋是该设计的另一个名称。这种结构包含病毒在内的多种生物体发育、生长、繁殖和功能所需的遗传密码。

没有 DNA 和 RNA 等核酸，生命就无法存在。复杂的碳水化合物、蛋白质和脂质是必需核酸的组成部分。此外，这些酸属于大分子四种主要亚类之一。所有生命形式都需要这些核酸；DNA 和 RNA。

什么是基因？

“基因”（来自希腊语“genos”，意为“世代”、“出生”或“性别”）一词。在生物学中，它可能有多种不同的含义。孟德尔基因是遗传的基本单位，而分子基因是 DNA 中转录生成功能性 RNA 的核苷酸序列。分子基因有两种类型：蛋白质编码基因和非编码基因。

首先，在基因表达过程中，RNA 从 DNA 转录而来。RNA 可以直接执行特定功能，或充当蛋白质的中间模板。由于某些病毒的基因由 RNA 而非 DNA 组成，因此它们可以在不转录成 RNA 的情况下发挥作用。

基因向生物体后代的传递是表型特征遗传的基础。许多基因型，即 DNA 序列，由这些基因组成。基因与环境和发育因素一起影响表型。大多数生物学特征受多基因以及基因与其环境之间相互作用（许多不同的基因）的调控。一些遗传特征（如眼睛颜色或肢体数量）很容易识别。然而，另一些特征（如血型、患某种疾病的可能性，或支持生命所需的许多基本代谢过程）则不容易识别。

一个基因的序列可能会发生变化，导致群体中出现不同的等位基因或变异。通过编码同一基因略有不同的版本，这些等位基因可能导致略有不同的表型特征。拥有“一个基因”通常指拥有单个常见基因的特定等位基因（例如，“好的基因”、“发色基因”等）。基因会因两种过程而进化：等位基因的遗传漂变和自然选择/适者生存。

丹麦植物学家、植物生理学家和遗传学家 Wilhelm Johannsen 于 1909 年创造了“基因”一词。

遗传密码

遗传密码是用于确定蛋白质氨基酸序列的编码。遗传密码的三个核苷酸，即密码子，每个都与特定的氨基酸相互作用。1961 年，通过移码转化证明了每个氨基酸由三个连续的 DNA 核苷酸编码的观点。

蛋白质 CDS（编码区）的开始和结束分别由一个“起始遗传密码”和三个“终止遗传密码”表示。蛋白质的编码区是 CDS 的另一个名称。由于只有 20 种氨基酸和近 64 种蛋白质 CDS，因此遗传密码是无意义的，并且可能表示相同的氨基酸。

什么是染色体？

染色体是包含生物体全部或部分遗传信息的长 DNA 分子。大多数染色体包含称为组蛋白的包装蛋白，它们保护非常长而细的 DNA 链。这些蛋白质在伴侣蛋白的帮助下，浓缩并附着在 DNA 分子上，以维持其完整性。这些染色体复杂的 3D 结构对于调控转录至关重要。

染色体通常仅在细胞分裂的中期（此时所有染色体在其浓缩形式下排列在细胞中央）才能在光学显微镜下看到。

在此之前，每条染色体会经历染色体复制（S 期），在此过程中，一个着丝粒连接着两个副本，形成 X 形结构（如果着丝粒位于赤道上）或双臂结构（如果它位于远端），具体取决于其位置。相关副本现在称为姐妹染色单体。最容易识别和研究的是中期染色体，它是在中期出现的 X 形结构，高度浓缩。在动物细胞中，染色体在染色体分离的后期阶段最为紧密地包装。

减数分裂期间的染色体重组和随后的有性生殖对遗传多样性有重大影响。如果染色体不稳定和易位过程错误地处理了这些结构，细胞可能会发生有丝分裂灾难。结果，细胞通常会启动凋亡过程，使其自然死亡。但是，有时，细胞中的突变会阻止这种情况发生，从而导致癌症。

有些人使用“染色体”一词的含义更广，指的是细胞中不同的染色质区域，无论它们是否在光学显微镜下可见。其他人则更具体地使用该术语来指代在细胞分裂过程中由于高度浓缩而变得在光学显微镜下可见的不同染色质区域。