DNA链方向上的小疑惑

作者: 鹿无为 | 来源:发表于2019-08-09 14:57 被阅读0次

    虽然是做生物信息的,但是经常被一些基础性概念所困扰……而我又是一个强迫症,于是把这些乱七八糟的东西整理了一下,强行写了一篇小文章。东西太杂,但是彼此相关,实在想不到什么合适的分级方式,客官们凑活着看吧。


    凑活看吧
    • 正负链的定义:
      DNA是双链的,对于一个参考基因组,一条链被指定为forward链,那么另一条就是reverse链。这种定义是十分硬核的,并没有什么生物学意义。如果非要说有什么意义,那么可能就是为了世界各地的命名规则统一,使得研究更为方便。英文中通常将正负链写为forward/reverse strand,有时也会使用plus/minus strand表示

    • 正义链/反义链
      mRNA转录时结合的那条链称之为模板链,即碱基互补配对的那条链,那么由此可知非互补的链是非模板链。根据碱基互补原则我们可以知道,非模板链的碱基顺序和mRNA是一致的(除了其中的U/T替换)。显然,这条非模板链对于mRNA是有意义的,存储着mRNA的编码信息,因此这条链也被称为编码链(coding strand)或者正义链(sense strand)。mRNA的序列信息对应着编码链5'->3'方向的序列信息(碱基顺序一致)。有了编码链就肯定有非编码链,所以模板链也就是非编码链或者反义链。总结一下就是:
      非模板链 = 编码链(coding strand)= 正义链(sense strand)
      模板链 = 非编码链(noncoding strand) = 反义链(nonsense strand)

    • 以上二者定义的区别:
      两者是不同的定义方式,正义链反义链具有生物学意义,而forward/reverse链只是简单的规定。通过下面关于基因位置的描述,可以更清晰的理解这两个定义的联系。

    • 基因的位置:
      一个基因位于正链或者反链的其中一条链上。我们知道,一个基因既有编码链信息(或者说是sense strand),也有模板链(也可以说是nonsense strand)。大概50%的基因其模板链位于正链(forward strand)上,而另外50%的基因其模板链位于反链(reverse strand)上。因此,我们可以知道正链上既可以有一个基因的正义链信息,也可以有另一个基因的反义链信息。当然,一个基因的正义链信息位于正链上,那么它的反义链信息只能位于负链上。

    • DNA的方向:
      我们都知道DNA的方向是5'->3'方向,但是这在正负链上是如何表现得呢?在正链(forward strand)上,这个方向是从左往右的。而在负链上,这个方向是从右往左的。

    • 在转录过程中,RNA聚合酶沿着编码链DNA以5'->3'方向移动(比如,若编码链位于正链上,则RNA聚合酶是沿着DNA从左向右移动)。聚合酶从模板链上读取碱基信息,并不断合成mRNA序列。因此从模板链的角度来看,聚合酶是从3'->5'方向移动,

    • DNA的复制、转录的方向都是从5'往3'方向延伸,沿模板3'往5'方向;翻译的方向是N往C,沿模板5'往3'方向。

    • 诸如Ensembl和UCSC等数据库网站,它们更为关注的是基因的编码序列。因此当它们说一个基因位于正链上时,其含义是该基因的编码链位于正链上。这意味着在该正链基因的转录期间,RNA聚合酶从反链读取基因的模板序列,产生与正链上的序列对应的mRNA。通常来说,我们所谓的基因可以粗暴的理解为是编码链DNA序列。

    • 我们都知道启动子是一段位于基因5'端上游的DNA序列,也就是说启动子位于基因编码链的5'端上游。那么在模板链上,启动子序列位于基因的3'端。

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