<p class="ql-block">大千世界，花鳥魚蟲、飛禽走獸，欣欣向榮；花開花落、進(jìn)化演化、生老病死。佛祖說，眾生平等。那眾生是什么？按照現(xiàn)代生物學(xué)來說，眾生就是一切生命，即所有動(dòng)植物和微生物。那為什么平等？因?yàn)榇蠹叶紒碜砸粋€(gè)源頭——生命的基礎(chǔ)代碼。</p> <p class="ql-block">這代碼，就是堿基。</p><p class="ql-block">在DNA序列中，指A、T、C、G四種（即腺嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶、鳥嘌呤）；在mRNA（稱為“信使”，負(fù)責(zé)把DNA中儲(chǔ)存的遺傳指令傳遞給蛋白質(zhì)合成工廠）序列中，指A、U、C、G四種（尿嘧啶U替代了T）。</p><p class="ql-block">它們既是物質(zhì)（生物學(xué)中稱為堿基，化學(xué)視角下是分子），又是信息的載體。我們今天只討論科學(xué)已證實(shí)的層面，至于比堿基分子更微觀的原子及量子層面，以后再探討。</p> <p class="ql-block">從堿基說起。堿基是核苷酸的組成部分，這里不細(xì)說。重要的是，DNA編碼區(qū)上連續(xù)三個(gè)堿基構(gòu)成一個(gè)信息存儲(chǔ)單元（三聯(lián)體序列）。到了mRNA轉(zhuǎn)錄時(shí)，mRNA通過堿基互補(bǔ)配對(duì)（A配U，C配G）從DNA的三聯(lián)體序列中轉(zhuǎn)錄遺傳信息，形成對(duì)應(yīng)的三個(gè)相聯(lián)堿基一組，稱為密碼子。比如DNA三聯(lián)體序列為AAG，轉(zhuǎn)錄為mRNA密碼子則是UUC。密碼子承載著合成氨基酸的信息——例如UUC指令合成苯丙氨酸。4個(gè)堿基的排列組合理論上可產(chǎn)生64種密碼子，不過由于存在簡(jiǎn)并性（多種密碼子對(duì)應(yīng)同一種氨基酸），比如UUU和UUC都對(duì)應(yīng)苯丙氨酸，GAA和GAG都對(duì)應(yīng)谷氨酸。64種密碼子中，除3種不編碼氨基酸的終止密碼子外，其余61種對(duì)應(yīng)20種氨基酸。蛋白質(zhì)是由一串氨基酸（比如600個(gè)）連接形成的肽鏈，經(jīng)折疊后形成的功能分子，其氨基酸序列就來源于mRNA上特定順序排列的密碼子片段。這些密碼子的模板來自DNA上的某一段基因，這個(gè)過程稱為轉(zhuǎn)錄，有點(diǎn)像水中的倒影。人類基因組包含約2萬(wàn)個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因，但由于可變剪接和翻譯后修飾，實(shí)際功能蛋白質(zhì)種類遠(yuǎn)超此數(shù)。</p> <p class="ql-block">可以說，密碼子發(fā)揮兩大關(guān)鍵作用：一是單個(gè)密碼子決定合成哪種氨基酸；二是一串密碼子的排列順序決定氨基酸的連接順序，讓氨基酸形成肽鏈，多條肽鏈再折疊成蛋白質(zhì)。也就是說，基因憑借密碼子的指令信息與排列順序，決定了氨基酸序列與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。接著，蛋白質(zhì)參與構(gòu)建細(xì)胞，細(xì)胞進(jìn)一步組裝成各個(gè)器官，各器官協(xié)同運(yùn)作，支撐起生命體的各項(xiàng)活動(dòng)——這便是生命的邏輯。</p> <p class="ql-block">我們以《易經(jīng)》八卦來比喻。易經(jīng)的基礎(chǔ)單元為爻，分為陽(yáng)爻和陰爻（“?”和“--”），類似代表生命基礎(chǔ)代碼的4種堿基（A、T、C、G）。三爻一組構(gòu)成八卦（如乾卦“?”、坤卦“?”），兩個(gè)卦上下組合形成64卦（如屯卦“?”、蒙卦“?”）；就像4種堿基每3個(gè)為一組構(gòu)成64個(gè)密碼子。</p><p class="ql-block">二者都以有限元素通過排列組合衍生出復(fù)雜變化：不同卦象象征萬(wàn)物的狀態(tài)與趨勢(shì)，不同密碼子則對(duì)應(yīng)精確的生化指令（編碼氨基酸）。易有太極，是生兩儀，兩儀生四象，四象生八卦，八卦定吉兇，吉兇生大業(yè)。</p> <p class="ql-block">人體含有23對(duì)（46條）染色體，每條染色體的核心成分是DNA?；蚴荄NA上具有遺傳效應(yīng)的堿基序列片段，不僅包含能轉(zhuǎn)錄為mRNA密碼子的編碼區(qū)（由三聯(lián)體序列組成），還包括啟動(dòng)子、終止子、內(nèi)含子等非編碼序列（非編碼區(qū)）。這些非編碼序列雖不直接編碼蛋白質(zhì)，但對(duì)基因表達(dá)至關(guān)重要——負(fù)責(zé)調(diào)控基因何時(shí)、何地開始表達(dá)，既存在于基因內(nèi)部編碼區(qū)之間（內(nèi)含子），也存在于基因之間。人類DNA的編碼區(qū)僅占?jí)A基總數(shù)的1%~2%，而非編碼區(qū)占絕大多數(shù)。</p> <p class="ql-block">DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)和堿基互補(bǔ)配對(duì)原則是1953年由美國(guó)的沃森和英國(guó)的克里克提出的，明確了堿基序列是遺傳信息的載體。1954年，美籍俄裔物理學(xué)家伽莫夫推測(cè)密碼子由三聯(lián)堿基組成，為遺傳密碼的破譯提供了方向。1961-1967年，美國(guó)人尼倫伯格、科拉納等破譯了全部64種遺傳密碼，證實(shí)了三聯(lián)堿基編碼氨基酸的機(jī)制。20世紀(jì)中后期，隨著分子生物學(xué)發(fā)展，明確了基因編碼區(qū)的功能是為蛋白質(zhì)合成提供模板，決定氨基酸序列。隨著2003年人類基因組計(jì)劃完成對(duì)人類基因組約30億個(gè)堿基的測(cè)序，基因組學(xué)研究進(jìn)入了新階段。</p> <p class="ql-block">如今，基因檢測(cè)技術(shù)已成熟并廣泛應(yīng)用，但仍有大量蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)未明確，還有大量非編碼區(qū)的未知功能待探索。下次我們將聊聊AI技術(shù)在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)和非編碼區(qū)功能解析上的最新突破，我們可能會(huì)覺得生命的一切好像都是代碼和數(shù)字。</p>