氨基酸有几个碱基(从DNA到蛋白蛋：4个碱基是如何编写成我们这本生命复杂的书？)

1953年4月25日，沃森和克里克在《自然》杂志发表文章，宣传他们发现了DNA双螺旋的结构。报告篇幅只有一页。

《核酸分子结构：脱氧核糖核酸结构》

这一页DNA双螺旋结构的发现，让沃森和克里克获得了诺贝尔生理医学奖。这可说是科学发展史上一个重要的里程碑。它解决了遗传物质“如何存储”和“如何复制”这两大生物学上存在已久的难题。

双螺旋结构是个简洁优美的结构，但是它传递的信息非常重要，它将生物学的研究带入细胞的层次。它也寻找到了生命本质：生命不过就是一种化学作用，人们以往对于遗传规律的神秘感不过是一种错觉罢了。

那么DNA双螺旋结构是如何通过编码和复制写成我们这本复杂的生命之书呢？在说DNA怎样编码信息合成蛋白质和怎样复制的工作原理之前，我们先来看看，此前人们是如何了解遗传物质的。

关于物质是如何遗传的问题，在古希腊时期哲学家们就开始关心这个问题了。后来主要分为两派，就是“泛生论”和“先成论”。

泛生论认为，遗传是通过精子把人体各功能的微缩成份运输到卵子里，组合成胚胎，然后胚胎再发育成完整的人。

先成论则认为，没有泛生论那么复杂，精子的头部其实已经形成一个“雏形人”，而胚胎的发育，只是把它放大成一个完整的人就OK。

假设精子头部上的雏形人

直到1866年，孟德尔才找到了遗传机制正确的答案。他通过对豌豆的研究，把关于豌豆“遗传因子”的论文发表在当地自然史学会的一本不知名的期刊上。

此前，1859年达尔文已经出版了他的《物种起源》一书，达尔文相信自然选择是进化背后的动力，但他也假设自然选择是在“泛生”所产生的变异下运作的。由于当时条件的局限，加上达尔文对做实验并不在行，他对遗传性质并没有很清晰的解释。

达尔文

如果达尔文当时看到孟徳尔的论文，也许对当时反对他的人来说就不必要费那么多口水了。据说当时孟徳尔发表论文的刊物是放在达尔文桌子上的，可是他一直到死都没有打开过它。

孟徳尔的遗传机制，又整整被学术界忽视了34年，而他于1884年逝世。直到20世纪初，生物学家们才重新发现孟德尔的研究，并且掀起一场生物学的科学革命。

孟德尔研究豌豆素描图

孟德尔发现亲代会将特定的因子传给子代，后来这些因子就被称为基因。

这些因子并不像之前一些人认为的那样在遗传的过程中被融合掉，它会一直遗传下去。并且这些因子是成对出现的，而且子代是从两个亲代各接受一个因子。

更历害的是，孟德尔还发现了显性因子和隐性因子。就是亲代遗传给子代的如果是显性因子，则相应的性状就表现出来，如果是隐性因子，则必须是两个隐性因子，才能表现出其相应的性状。仅携带一个隐性因子的则只是带因者，他们本身不会出现相应的性状，但是这个隐性因子可以遗传给下一代。

以今天的话来说，就是我们身上有23对染色体（DNA），一对有两条，一条是你是爸给的，一条是你妈给的。如果你遗传的是你爸一个高个子基因（假设是显性的）和你妈一个矮个子的基因（假设是隐性的），则你就是高个子，可是你还是带有你妈矮个子的基因。如果你的对象也有一个矮个子的隐性基因，则你的下一代，就是你的孩子就有可能是矮个子。因为你的孩子有50%的机率有两了矮个子的隐性基因。这也是近婚容易得遗传疾病的原因。

然而，这些遗传基因存储在哪里？它们是如何编码成蛋白质并复制的自已的？到这时还是个谜。

当时也有两个看法上的分歧：一波人认为遗传物质存储在细胞中的蛋白质里，因为蛋白质有20种氨基酸可以进行更加复杂的编码，它成为遗传物质更加有可能。

另一波人认为，遗传物质是在细胞中的染色体里。染色体是细胞里两条长长的丝状的物质，因为它比较容易染上颜色，当时的科学家们还不清楚它是什么物质，后来就干脆叫做染色体。（其实染色体就是DNA）

在瑟顿和波弗利对蚱蜢的研究中发现，蚱蜢的染色体也是成双出现，并且它的性细胞只有一条染色体。这与孟德尔对豌豆所描述的遗传因子的性状完全吻合，于是他们宣称孟德尔的遗传因子（就现在所说的基因）显然是位于染色体上。

可是，瑟顿-波弗利理论，当时相信的人并不多。一直到1944年，艾弗里、麦克劳德和麦卡提通过对肺炎双球菌的研究得出了结论：NDA就是造成这种遗传变化的因子。遗传物质是存蓄在染色体|（DNA)上。

艾弗里等人发现DNA就是遗传因子的载体，其实他们是应该有资格拿到诺贝尔奖的，可是和孟德尔发现遗传因子一样，一直到逝世都还没有得承认，也没有得到诺贝尔奖，这非常令人遗憾。

当生物学家们都把焦点聚中在遗传物质就是在染色体（DNA）上后，研究的进程开始有所进展。

威尔金斯当时认为DNA的结构应该是三条。他和富兰克林合作研究DNA的结构，可是富兰克林并不重视给DNA建模，她觉得这太小儿科了，就像是做玩具一样。她重点还是放在用X光去照射研究DNA的分子结构。而沃森和克里克一开始也在捣鼓三条结构的DNA建模，可是都失败了。

直到有一天沃森看到查加夫的一篇论文，他说在DNA中，腺嘌呤（A)和胸腺嘧啶(G)的数量大致相等，而鸟嘌呤(T)则和胞嘧啶(C）的数量相等。当时科学家们已经知道DNA的构成物质成份就是这4种核酸（A,G,C,T)。这个发现给沃森和克里克很大的启发，就像被打通了任督二脉一样。他们以此推论DNA的结构可能是两条而不是三条！

最后，他们的实验终于大获成功，沃森和克里克建成的这个DNA双螺旋结构简直是完美。

（这里插一个八卦，因为沃森和克里克研究DNA结构的过程中，用到了威尔金斯和富兰克林的不少研究成果，比如没有经过同意而观看了富兰克林的X光衍射图片等。最后评奖时，并不是只有沃森和克里克获将，威尔金斯也获奖了。而当时富兰克林因得卵巢癌已去世，如果富兰克林在世的话，得面临着一个大难题，诺贝尔奖是发给她还是威尔金斯？因为诺贝尔奖一个领域一次最多只能发给三个人。）

DNA双螺旋结构

到这时，DNA双螺旋结构解码转译成蛋白质和怎么复制自已的过程就该登场了。

我们先来看DNA是如何编码信息合成蛋白质的？

DNA是基因的一个载体，如果把DNA比作一条项链，则基因就是“项链”上一个个的珍珠。它的形状就是一个双螺旋的结构，就象一个**顺着握紧挙头的母指向上的方向旋转。

DNA双螺旋结构

DNA序列是由核苷酸连在一起组成。如果把它看成一个“**”，那么这个“**”的两个边分别载有4个碱基化合物，它们分别是腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（T）、胸腺嘧啶（G）和胞嘧啶（C）。（后面只需记得A，T，G，C就可）。

“**”的每一级台阶就是A和T,C和G固定配对的碱基对。这4个碱基在链条的两边是两两相配的，不管怎么排例都是A对T，C对G。假如左边是AAC则右边对应的就是TTG。

双螺旋的碱基对

基因就是由A、T、G、C这4个碱基组成的一个个序列片段，我们人类的基因大约也就21000到2300个。我们生命这本复杂的书就是由这4个简单的密码编写而成。大致上，一个基因对应一个特定的蛋白质。基因通过编码信息构成了氨基酸，而氨基酸又组成蛋白质。

我们都知道，蛋白质是决定我们表状的重要因素。我们的个子是高是矮，皮肤是黑是白，体型是胖还是瘦都是由我们的蛋白质决定的。而决定我们性状的蛋白质的生成则是由我们的基因编码信息而成的。

那么基因是如何编码信息来合成蛋白质的呢？

布伦纳和雅格布通过实验研究发现，DNA在合成蛋白质的过程中还有一个中介叫RNA,RNA的与DNA携带的信息一样,也是由四个碱基组成，只是DNA中的碱基鸟嘌呤(T)转录成RNA时会变为U（尿嘧啶）。

为什么DNA不直接参与合成细胞核外的蛋白质，而要一个中介人RNA?这说起来比较复杂，主要原因是DNA比较稳定，它的作用也决定了它必须稳定，所以不得不请了一个比较活泼的代理人RNA。

基因在构造蛋白质的过程中，分两大步骤，第一步是转录，第二步是翻译。基因的转录和翻译就是基因表达。

RNA的化学成份非常活泼，它不仅可以蓄荐信息并且还能自我催化生成新的信息。当DNA接到生化反应的命令 ，DNA在细胞核内先把信息转录成信使RNA（mRNA）。然后信使RNA输出至细胞核外的核糖体。

DNA转录过程

在核糖体里，信使RNA序列中所携带的信息与核糖体里的转运RNA（tRNA）结合，翻译成氨基酸。三个碱基对应一种氨基酸。例如AAG就对应苯基丙氨酸，CAC则对应缬氨酸。这种三联体被称为密码子。核糖体将氨基酸从转运RNAW分离出来并将它合并成为蛋白质，20种氨基酸合成一个特定功能的蛋白质。蛋白质被释放到细脃质后就去执行自已的功能。

DNA翻译过程

蛋白质最终的功能就决定了我们生物的所有性状，从而展现出无穷无尽的生命力。

最后DNA是如何复制它的信息，让生命变得生生不息的呢？

从上面的双螺旋结构我们知道，“**”两边两条DNA链，根据A和T配对，C和G配对的原则，一条链上如果出现A,和它相对的那条链上必然是T,以此类推，一条链上如果是G，另外一条链上也必然是G.

两条DNA链，虽然碱基的具体组成截然不同，但是它们所能携带和编码的信息是完全一致的。它们本质上就是信息完全一致的两个拷贝。如果你看到这条链是AAA,我们就知道另外一条链上必然是TTT.这样一来，复制就容易简单得多了。

当DNA需要复制时，降解酶就会解开双螺旋，就像撕开拉链一样，分开两条，然后连接酶会读取两条DNA上的核苷酸，并将新的核苷酸附到上面，A连接T,C连接G。这样两边分别和另一个DNA的两条边组合成新的DNA,重新形成两条完全一样的DNA双螺旋。新的DNA和旧的DNA都各自保留一条原来的碱基。生物遗传信息的自我复制就完成了。

DNA复制过程是一个非常精确的过程，如果DNA在复制的过程中出现错误，就会造成基因变异。基因变异会造成不同的生命性状，甚至造成可怕的基因疾病。基因复制过程中，大概10亿次才会有一次失误，也因为有了这些小小的变异，生命才会变得更具多样性，也才能适应大自然千变万化的环境，生命也因此才能生生不息。