生命的奥秘

生命活动的基础

现代生物学已进展到确切知道氨基酸聚合成蛋白质和核苷酸聚合成核酸。但研究者在蛋白质和核酸如何发展出原始生命问题上尚无共识。

我们已经知道，蛋白质是生命活动的主要承担者，并且几乎所有的蛋白质都是由 20 种氨基酸以肽键的形式连接而成的。蛋白质中氨基酸依一定的顺序排列成肽链，肽链卷曲折叠形成三维空间结构，而成为具有生物功能的活性蛋白。我们也知道，核酸是遗传信息的承担者，核酸分子是由许许多多核苷酸相连接的长链，而每个核苷酸都包含碱基、核糖和磷酸三部分。依据核糖结构的不同，核酸被分为两类，含核糖的和含脱氧核糖的，分别称之为 RNA

（核糖核酸）和 DNA（脱氧核糖核酸）。虽然碱基种类较多，但 DNA 和 RNA 都分别各含四种碱基，构成四种核苷酸。生命的奥秘就在于 DNA 直接用 20 种氨基酸编码。20 世纪 50 年代发现了 DNA 分子的双螺旋结构（见图 19），虽然此后发现有不同类型的双股和三股螺旋结构，但是核酸分子的主要生物功能仍然是由特定的双螺旋结构承担的。DNA 双链像一个扶梯，其“扶手” 由三个单元组成（见图 20）的可严格重复的结构，而其“横档”是由成对的互补碱基构成（见图 21）的。氨基酸和 DNA 的结构已经查清。氨基酸的化学结构（见图 22）中有一个可变的支链 R，它并不参与多肽中相邻氨基酸的键合。因此，多肽像 DNA 链一样，具有严格重复的主干（见图 23）

图 19DNA 的双螺旋结构（据雷泽尔，D.，1992）

我们可以把 20 种氨基酸或它们的支链看作字母表中的字母，那么一种蛋白质中的氨基酸序列就像一个句子。蛋白质像句子一样是一种有序结构。像一个句子是有意义的一样，蛋白质的有序结构也表达一种意义，其意义越精

确专一，它所包含的序也就越多。20 种氨基酸中的每一种都是由一组或多组三个连续排列的碱基（三联体）确定的。因为存在四种碱基，所以就有 64 种不同的三联体。64 种三联体中，除了三种作为表示蛋白质句子结束的编码符号外，其余皆用于为特定的氨基酸编码。核酸中的核苷酸序列与蛋白质的氨基酸序列的这种对应正是核酸与蛋白质之间的本质联系。

图 20DNA 的双螺旋扶手（据雷泽尔，D.，1992）

RNA 的作用是控制蛋白质的合成。RNA 是一种单链的分子，其结构非常类似于 DNA 双链中的一条，差别只在 RNA 的糖单元是核糖和碱基的尿嘧啶取代的胸腺嘧啶与嘌呤配对。因此单股 DNA 可以作为一个模板与 RNA 互补地装配成一个双螺旋链，于是这样的 RNA 也就具有了从 DNA 来的信息。这等于说， RNA 把 DNA 上的信息“转录”了，这种“转录”了信息的 RNA 分子称为 mRNA

（信使核糖核酸）。此外，在细胞质中还有 tRNA（转移核糖核酸），它具有把氨基酸转移到合成蛋白质模板上的功能。这种过程由于涉及两种不同的“字母”（核苷酸和氨基酸）系统的转换，被称之为“翻译”。tRNA 携带各种氨基酸并将之转移到模板的适当位置上，于是氨基酸按遗传信息所规定的次序排列就形成了蛋白质。遗传信息由 DNA 到 RNA 再到蛋白质的过程称为中心法则，是生命活动的基础。

图 21DNA 的双螺旋横挡（据雷泽尔，D.，1992）

生命起源和进化的疑难

现在我们转向有关生命起源的疑难问题。第一个问题是，在生命起源问题上是蛋白质在先还是核酸在先。先有奥巴林和福克斯（1912—）的主蛋白质论；艾根（1927—）的超循环论则把蛋白质与核酸的循环过程看作原初的基本单元；20 世纪 80 年代切赫（T.R.Cech)和阿尔特曼（S.Alt-mann）分别发现核酸酶，即具有转换酶或水解酶活性的 RNA，而倾向“核糖核酸为生命的起源”；1982 年戴森（F.Dys0n）提出生命的两次起源说，他把蛋白质和核酸看作两种独立的生命，并认为首先是具有代谢功能的蛋白质的诞生，然后才有具有复制功能的核酸的诞生。

第二个问题是，为什么蛋白质只由左旋的氨基酸组成而核酸只由右旋的糖组成。1995 年在洛杉矶举行的“生命中手征起源”的国际会议上，与会者一致认为、手征均一是生命所必需，从微生物到人类，为了保持有机体的生存和复制，细胞必须建立在遗传物质右旋和氨基酸左旋的基础上。于是遇到是手征在先还是生命在先的问题。在生物学界有人主张手征在先，如邦纳

（W.B0nner);有人主张生命在先，如巴达（Bada）。在物理学家赫格斯特龙

（P.Hegstr0n）看来，由于弱作用衰变产物的旋向性，设想生物分子的手征性源于辐射的影响。

第三个重要的问题是，早期生命起源能量转换物质问题。这也仍是众说纷坛的领域，萨根（Sagen)认为是核苷酸中的碱基吸收紫外线为有机小分子的活化和聚合提供条件，而德杜瓦（DeDuve）主张是硫的酯类化合物，巴尔切夫斯基（ H.Baltscheffsky ）认为是焦磷酸醋，马赫特绍塞尔

（G.Wachterschauser）又认为是铁—硫。

最后一个问题是，核酸—蛋白质密码关系问题。沃斯（W0ese）认为，在进化早期无酶的情况下，核苷酸与氨基酸的直接相互作用是遗传密码的基础，于是又出现原始 tRNA 与氨酰 tRNA 合成酶孰先孰后的问题。