<p class="ql-block">大千世界，花鳥魚蟲、飛禽走獸，欣欣向榮；花開花落、進化演化、生老病死。佛祖說，眾生平等。那眾生是什么？按照現代生物學來說，眾生就是一切生命，即所有動植物和微生物。那為什么平等？因為大家都來自一個源頭——生命的基礎代碼。</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”，負責把DNA中儲存的遺傳指令傳遞給蛋白質合成工廠）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（生物學中稱為堿基，化學視角下是分子），又是信息的載體。我們今天只討論科學已證實的層面，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，這里不細說。重要的是，DNA編碼區(qū)上連續(xù)三個堿基構成一個信息存儲單元（三聯(lián)體序列）。到了mRNA轉錄時，mRNA通過堿基互補配對（A配U，C配G）從DNA的三聯(lián)體序列中轉錄遺傳信息，形成對應的三個相聯(lián)堿基一組，稱為密碼子。比如DNA三聯(lián)體序列為AAG，轉錄為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個堿基的排列組合理論上可產生64種密碼子，不過由于存在簡并性（多種密碼子對應同一種氨基酸），比如UUU和UUC都對應苯丙氨酸，GAA和GAG都對應谷氨酸。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種對應20種氨基酸。蛋白質是由一串氨基酸（比如600個）連接形成的肽鏈，經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，這個過程稱為轉錄，有點像水中的倒影。人類基因組包含約2萬個蛋白質編碼基因，但由于可變剪接和翻譯后修飾，實際功能蛋白質種類遠超此數。</p> <p class="ql-block">可以說，密碼子發(fā)揮兩大關鍵作用：一是單個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。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結構。接著，蛋白質參與構建細胞，細胞進一步組裝成各個器官，各器官協(xié)同運作，支撐起生命體的各項活動——這便是生命的邏輯。</p> <p class="ql-block">我們以《易經》八卦來比喻。易經的基礎單元為爻，分為陽爻和陰爻（“?”和“--”），類似代表生命基礎代碼的4種堿基（A、T、C、G）。三爻一組構成八卦（如乾卦“?”、坤卦“?”），兩個卦上下組合形成64卦（如屯卦“?”、蒙卦“?”）；就像4種堿基每3個為一組構成64個密碼子。</p><p class="ql-block">二者都以有限元素通過排列組合衍生出復雜變化：不同卦象象征萬物的狀態(tài)與趨勢，不同密碼子則對應精確的生化指令（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（46條）染色體，每條染色體的核心成分是DNA?；蚴荄NA上具有遺傳效應的堿基序列片段，不僅包含能轉錄為mRNA密碼子的編碼區(qū)（由三聯(lián)體序列組成），還包括啟動子、終止子、內含子等非編碼序列（非編碼區(qū)）。這些非編碼序列雖不直接編碼蛋白質，但對基因表達至關重要——負責調控基因何時、何地開始表達，既存在于基因內部編碼區(qū)之間（內含子），也存在于基因之間。人類DNA的編碼區(qū)僅占堿基總數的1%~2%，而非編碼區(qū)占絕大多數。</p> <p class="ql-block">DNA的雙螺旋結構和堿基互補配對原則是1953年由美國的沃森和英國的克里克提出的，明確了堿基序列是遺傳信息的載體。1954年，美籍俄裔物理學家伽莫夫推測密碼子由三聯(lián)堿基組成，為遺傳密碼的破譯提供了方向。1961-1967年，美國人尼倫伯格、科拉納等破譯了全部64種遺傳密碼，證實了三聯(lián)堿基編碼氨基酸的機制。20世紀中后期，隨著分子生物學發(fā)展，明確了基因編碼區(qū)的功能是為蛋白質合成提供模板，決定氨基酸序列。隨著2003年人類基因組計劃完成對人類基因組約30億個堿基的測序，基因組學研究進入了新階段。</p> <p class="ql-block">如今，基因檢測技術已成熟并廣泛應用，但仍有大量蛋白質結構未明確，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技術在蛋白質結構預測和非編碼區(qū)功能解析上的最新突破，我們可能會覺得生命的一切好像都是代碼和數字。</p>