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對于我們做數(shù)據(jù)分析的人來說，需要關(guān)注很多數(shù)字，如軟件安裝時系統(tǒng)是64位還是32位，程序的運行時間多久，運行內(nèi)存需求多大，測序原始文件多大，比對完之后的BAM文件多大，多少基因被檢測到了，有多少是差異表達的等。

生物體內(nèi)也存在一些數(shù)據(jù)，對我們直觀地了解生物體的大小、理解生物體內(nèi)部的組織方式和調(diào)節(jié)方式有重要啟發(fā)作用。

比如看下面幾個例子：

生物體有沒有足夠的時間復(fù)制基因組？

大腸桿菌的基因組約為5 M bp，復(fù)制速率在200-1000 bp/s。細菌的每條染色體通常只有一個復(fù)制起始點。復(fù)制子在復(fù)制起始位點組裝，對向移動，需要至少2500秒，也就是41.7分鐘完成基因組的復(fù)制。而其在營養(yǎng)條件好的情況下分裂一次只需要20分鐘。那么這是怎么實現(xiàn)的呢？

實際上，大腸桿菌基因組的復(fù)制是嵌套進行的。第一次復(fù)制未完成時，下一次的復(fù)制已經(jīng)開始了。在任何一個給定的時間點，可以有6個或8個復(fù)制叉同時進行DNA的復(fù)制。因此當(dāng)子染色體進入分裂后的子細胞時，已經(jīng)為下一次的分裂準(zhǔn)備好了部分復(fù)制的染色體。

5 ml的細菌培養(yǎng)液中有多少突變？

大腸桿菌復(fù)制錯誤率為10^-9/bp，基因組大小為10⁷ (雙鏈)，每次基因組復(fù)制產(chǎn)生的平均突變?yōu)?strong>0.02個。在5 ml飽和的大腸桿菌培養(yǎng)液中，有10⁹~10¹⁰個細胞。如果只是考慮最后一次復(fù)制，從10⁹個細胞到10¹⁰個就會產(chǎn)生10⁷個單堿基突變 (等同于基因組大小)。如果是從一個菌繁殖而來的，那么理論上每一個非致死性突變都會存在于培養(yǎng)液的菌中。

飽和的大腸桿菌培養(yǎng)液的密度怎樣？

飽和的大腸桿菌培養(yǎng)液中大約有10⁹ cells/ml。每個細胞重量為10^-12克，懸液的菌濃度是 1 mg/ml。細胞之間的平均距離是10 um, 這個密度只有白蟻腸道中菌的密度的1/10?？梢娔c道菌群的豐富。

大分子擴散的距離有多大？

一個蛋白穿過HeLa細胞平均約需要10 s。軸突大約是1 mm長，HeLa細胞的100倍，而擴散時間與距離的平方成反比，所以大約需要兩天，一個蛋白才可以從軸突的一端擴散到另一端。這表明需要有其它的機制負責(zé)長距離運輸大分子。一個速度為1 um/s的分子馬達可以在15分鐘一個蛋白運輸 1 mm的軸突長度。

大小和長度

細菌(大腸桿菌)：直徑0.7-1.4 um；體積 0.5-5 um³。10⁸-10⁹ cell/ml的菌液OD600約等于1。

酵母(釀酒酵母)：直徑3-6 um; 體檢 20-260 um³。

哺乳動物細胞體積：100-10,000 um³；HeLa細胞是500-5000 um³ (貼壁生長時直徑是15~30 um)。

細胞核體積一般為細胞體積的1/10。

細胞膜的厚度是 4-10 nm。

平均蛋白的直徑是 3-6 nm。

堿基對的大小是：直徑 2 nm X 高度 0.34 nm

水分子的直徑是 0.3 nm

生命過程時間

細胞周期時間：大腸桿菌 20-40 min；出芽酵母 70-140 min; HeLa細胞 15-30 hr。

DNA復(fù)制速度：大腸桿菌 200~1000 bases/s; 人 40 bases/s;

RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄速速度：10-100 bases/s。

核糖體的翻譯速度：10-20 aa/s。

增殖的細胞中mRNA的半衰期小于細胞周期；蛋白的半衰期大于等于細胞周期。

基因組大小和突變率

大腸桿菌： 5 Mbp

釀酒酵母：12 Mbp

線蟲：100 Mbp

果蠅：120 Mbp

擬南芥：120 Mbp

小鼠：2.5 Gbp

人：2.9 Gbp

小麥：16 Gbp

蛋白編碼基因數(shù)目

大腸桿菌：4000

釀酒酵母：6000

線蟲，擬南芥，小鼠，人：20000

DNA復(fù)制突變率 10^-8~10^-9/bp

轉(zhuǎn)錄的錯誤插入率是 10^-4~10^-5/bp

翻譯的錯誤插入率是 10^-3~10^-4/bp

這些數(shù)字都是實驗驗證的，但應(yīng)該作為經(jīng)驗法則而不是一層不變的數(shù)字對待。畢竟變化是生活的調(diào)味劑，唯一不變的也就只有變化了。

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更多生物相關(guān)的數(shù)字見

http://bionumbers.hms.harvard.edu/search.aspx?task=searchbypop

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總結(jié)

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