DNA 複製的原理以及性狀如何遺傳給後代

每當人類細胞分裂時，它必須首先複製其全部 DNA，以便兩個新生成的細胞都獲得完整且相同的遺傳指令。這個複製步驟稱為 DNA 複製。它與遺傳是不同的，但密切相關──遺傳是解釋為什麼孩子與其親生父母相似的過程。

DNA 複製過程中發生了什麼

根據遺傳學資訊網站 yourgenome.org，DNA 複製在細胞分裂期間進行，使每個子細胞都獲得基因組的相同副本。在人類細胞中，整個過程──複製大約 30 億個鹼基對──需要大約一小時才能完成。

複製被描述為『半保留式』：每個新 DNA 分子最終都有一條原始鏈和一條新建立的鏈，而不是兩條完全新的鏈。

三個步驟

1. 起始：酶解旋酶破裂連接兩條 DNA 鏈的氫鍵，解開雙螺旋並打開 Y 形『複製叉』，鏈在該處分離。
2. 延伸：因為兩條分離的鏈沿相反方向運行，它們的複製方式不同。在前導鏈上，酶引物酶鋪下短 RNA 引物，DNA 聚合酶持續添加新鹼基。在滯後鏈上，DNA 聚合酶在稱為岡崎片段的短的不連續片段中起作用。
3. 終止：稱為核酸外切酶的酶移除 RNA 引物並填充所產生的間隙，DNA 聚合酶校對新鏈以查找錯誤，DNA 連接酶將片段密封成一條連續鏈，然後該鏈重新螺旋化成雙螺旋。

國家人類基因組研究所（NHGRI）將相同的三階段序列──起始、延伸和終止──描述為整個分子生物學中使用的標準框架，用於解釋雙螺旋如何解開、複製和重新密封。

遺傳的運作方式

遺傳是遺傳資訊從一代傳遞到下一代的過程。它取決於一種稱為減數分裂的不同類型細胞分裂。NHGRI 解釋說，人體細胞通常含有 46 條染色體，排列成 23 對（『二倍體』細胞），減數分裂將二倍體細胞進行兩輪分裂，產生四個『單倍體』配子──卵子或精子──每個各含 23 條染色體。

根據 NHGRI，當含有 23 條染色體的卵子被含有 23 條染色體的精子受精時，所得細胞再次具有完整的 46 條染色體，恢復正常的人類染色體數量，並結合來自兩個親本的遺傳物質。

孟德爾定律：顯性和隱性性狀

NHGRI 的遺傳學詞彙表指出，奧地利修士格雷戈爾·孟德爾通過對豌豆進行數千次 19 世紀實驗，首次開發出了控制後代中哪些性狀出現的基本規則。孟德爾的工作確立了性狀通過基因的顯性和隱性版本（現稱為等位基因）傳遞。

在這個系統下，後代從每個親本各繼承一份基因副本。顯性等位基因即使與不同的等位基因配對也會產生其性狀，而隱性等位基因只有在兩個繼承的副本都是隱性版本時才會產生其性狀。NHGRI 警告說，並非每個性狀都完全遵循這個簡單模式，某些孟德爾性狀很罕見或仍在通過持續研究被識別。

遺傳條件背後的遺傳模式

美國國家醫學圖書館的 MedlinePlus 遺傳學資源描述了醫生和研究人員用來追蹤基因變異如何通過家族傳遞的幾種遺傳模式。

MedlinePlus 遺傳學還指出，許多性狀和條件根本不受單個基因控制，而是由多個基因與環境因素相互作用的綜合效應導致──這種模式超出了經典孟德爾遺傳的範圍。

為什麼複製和遺傳是相關但不同的

DNA 複製複製單個生物體細胞內的遺傳物質，以便身體可以生長和修復自身。相比之下，遺傳涉及遺傳物質如何通過減數分裂和受精在代間重新分配和傳輸。在任一過程中出現的錯誤或變異──複製過程中的錯誤或受精時繼承的等位基因特定組合──是導致遺傳多樣性和在某些情況下導致遺傳條件的原因。