基因（Gene）

基因（Gene）
國立新莊高級中學陳偉民退休教師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

基因是遺傳的基本單位，所有生命體均依賴基因傳遞遺傳訊息。基因中貯存了建構並維持生物細胞的訊息，並把遺傳性狀傳遞給下一代。口語上關於「基因」不正確的用法實際上可能指涉的是等位基因（allele），基因是基本指令，一段核酸（DNA或對某些病毒而言為RNA）順序，然而等位基因是那道指令中的一個變數。

基因的概念隨著遺傳學而逐漸演變，最早是孟德爾注意到生物獨特的性狀是遺傳自親代，遺傳學因而誕生。負責規範生物性狀的物質被稱為基因，但在1940年代科學界發現DNA為遺傳物質之前，人類對遺傳訊息的傳遞方式並不清楚。所有生命體都有許多基因，對應於許多生物性狀，有些生物性狀顯而易見，如眼睛的顏色或手腳的數目；有些生物性狀則不明顯，如血型、罹患某些特殊疾病的風險或與生理運作有關的數千種生化反應。

在細胞中，基因是DNA的一部分，包含了決定基因要做什麼的「編碼」順序，與決定基因何時表現的「非編碼」順序。當基因表現時，編碼與非編碼順序以一種稱為轉錄的程序複製，產生基因訊息的RNA複本。接著，這段RNA可以根據遺傳密碼主導蛋白質的合成。在某些情況──例如核糖體中──可直接使用RNA。

由基因表現而形成的分子，無論是RNA或蛋白質，都稱為基因產物，與所有生物的發育與運作有關。所有生命體的發育與顯性特徵都可視為是基因之間或基因與環境之間交互作用的結果。

絕大多數生命體將其基因編碼於許多DNA分子中，DNA是由四種核苷酸──腺嘌呤、胞嘧啶、鳥嘌呤和胸腺嘧啶──構成的長鏈。每一個核苷酸又包含三種成分：磷酸根、去氧核糖和鹼基。鹼基可代表DNA與RNA中的核苷酸，因此，通常把嘌呤與嘧啶中的鹼基腺嘌呤、胞嘧啶、鳥嘌呤和胸腺嘧啶作為核苷酸的簡稱。其中腺嘌呤和鳥嘌呤屬於嘌呤，而胞嘧啶和胸腺嘧啶屬於嘧啶。細胞中最常見的DNA形式為雙螺旋結構，其中兩股獨立的DNA分子以右手螺旋相互纏繞。此種結構遵守鹼基配對規則，鳥嘌呤與胞嘧啶配成一對，而腺嘌呤與胸腺嘧啶配成一對（每一對都各含一個嘌呤與一個嘧啶）。鳥嘌呤與胞嘧啶的鹼基配對中，有三個氫鍵；腺嘌呤與胸腺嘧啶的鹼基配對中，有兩個氫鍵。因此，雙螺旋中的兩股必須互補，換句話說：它們的鹼基排列方式必須使一股中的腺嘌呤與另一股的胸腺嘧啶配成對，依此類推。

連接在五碳糖上的殘株不同，使DNA的兩股有了方向性，DNA聚合物的某一端，在去氧核糖上若含有突出的羥基，這一股就稱為分子的3’端；去氧核糖上含有突出的磷酸根的一端就是5’端。因為雙螺旋一定要有方向性（由5’-3’的一股與由3’-5’的另一股配對互補），像DNA複製等生化反應，只會沿一定方向進行，所以，DNA的方向性在許多細胞的反應中極其重要。因為新的單體是以脫水反應的方式加入聚合物，在反應中以3’羥基作為親核基，因此，所有核酸合成都是5’-3’方向。

DNA的一股之小片段，其中一端為3’端，另一端為5’端

編碼於DNA的基因經由轉錄至RNA而開始表現，RNA是另一種核酸，與DNA非常類似，但RNA單體中的糖為核糖而非去氧核糖。RNA的鹼基中，沒有胸腺嘧啶，而是尿嘧啶（uracil）。RNA分子比DNA不安定，且只有一股。負責編碼蛋白質的基因是由一連串稱為密碼子的三核苷酸順序組成，在遺傳語言中，密碼子相當於單字。在蛋白質傳譯過程中，遺傳密碼規範了密碼子與胺基酸之間的對應關係。幾乎對所有生命體而言，遺傳密碼都一樣。

參考資料：
1. http://en.wikipedia.org/wiki/Gene
2. http://en.wikipedia.org/wiki/ribosomal_RNA