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基因的本质
基因，被认为是许多生命现象的本源。

的确，许多生命现象的不同是因为基因的不同，可以从基因的层面得到合理的解释。

然而，人类所了解的基因及活动，也只是微观世界中的一种生命现象，而基因的本质人类尚未完全认识。

就像人类早就知道了人的外形和结构，但一直不知道人的本质一样。

前几年世界各国科学家完成了人类基因组的测序，这是生命科学中的一项伟大工程，测序完成之后，人类也只是在一定层次上较为完整地了解了基因的结构，但每个基因的功能和作用，人类了解得不多，只是知道某些生命现象与某些基因有关。

两者之间是如何联系的？基因是如何发挥作用的？这正是当前人类所面临的课题。

要深入研究下去，有必要首先弄清基因的本质。

人们常说“人类基因”，这种提法略点不妥，人类并不直接拥有基因，直接拥有基因的是人体细胞。

基因是基本生物体内的一个零件，这个零件最早的时候是大自然创造的，现代基因经过基本生物的改造、添加，已经面目全非了，可能只有基础部分是天然的，大部分已经是细胞或DNA的制品了。

基本生物用核苷酸制成了基因，串成了一条长链，这条长链就是核酸，储存在躯体之内，目的是控制生命的全过程，尤其是控制胚胎和幼体的发育过程。

确切地说，基本生物是通过基因的变化控制蛋白质的变化，通过蛋白质的变化控制细胞的变化，通过细胞的变化控制组织、器官、系统、多细胞生命体的变化。

基因控制生命，分成直接控制与间接控制，合成细胞内的结构蛋白是直接控制，合成功能蛋如催化蛋白、运输蛋白、免疫蛋白、调节蛋白等，通过这些物质参与化学反应，达到控制细胞的目的，是间接控制。

人体是细胞组成的，基因控制了细胞，也就控制了人体。

基因对人体的控制，是以细胞作为桥梁的。

我们可以把人体细胞内的所有器官和物质，看成是由细胞制造的，而基因是细胞精心设计制造出来的产品，具体说基因是细胞核、线粒体精心设计制造出来的产品，细胞核和线粒体是细胞内的两种独立生命，这两种生命体都能制
造基因。

再说细些，基因是DNA精心设计制造出来的产品。

可见，人体包含有
四级生命体：人、细胞、细胞核与线粒体、DNA与RNA。

基因能决定繁殖遗传，能决定生命演绎，能决定变异进化，因而基因是神奇的。

基因到底是什么？查了许多资料，都没能说清楚，因而基因的概念在许多
人的大脑中是模糊的。

这不妨碍我们进行解释：基因是包含遗传信息的物质，
包含一种蛋白质遗传信息或一种RNA遗传信息就叫一个基因。

基因主要存在于
细胞核中，细胞质中的线粒体也有基因。

基因可以是脱氧核糖核酸分子（英文
简称DNA）中的一段，也可以是核糖核酸分子（英文简称RNA）中的一段。

也就是说，基因可以存在于DNA中，也可以存在于RNA中，存在于哪里取决于生物
的种类。

一个基因决定一种蛋白质。

不过，DNA中的基因也能决定RNA，虽然这只是合成蛋白质的过渡产物，但还有少量RNA被合成出来后，是作为酶来使用的。

因而也可以说“包含一种蛋白质遗传信息或一种RNA遗传信息就叫一个基因”。

人体细胞的基因存在于DNA中，DNA分子从结构上看是呈双螺旋造型的两
条核苷酸链，每条链由众多核苷酸分子排列而成，每个核苷酸分子有一个碱基，两条链的碱基之间，有氢键相连，构成了碱基对。

人体细胞主要基因存在于细
胞核的46个DNA分子中，实际上是23对DNA分子。

在其中的23个男女共有的DNA分子和男性特有的一个DNA分子中，共有30—40亿个碱基对，其中1亿个
碱基对组成人体2.5万个基因，简单算一下，平均每个基因包括4000个碱基对，这些碱基对在化学反应中直接决定合成哪种蛋白质。

多余的29—39亿个碱基对另有作用，但目前还搞不清楚其作用。

由于人体细胞核中的DNA分子是成对存在的，因而基因也是成对存在的，
只是在男性细胞核中，有两个DNA分子不能配成对。

对于绝大多数基因来说，
一个基因损坏了，还有另一个基因可以使用。

若人体基因确定为2.5万个，实
际上就是2.5×2万个。

不过，精子与卵子只含有一半的基因。

虽说基因是由碱基对组成的，但起作用的是一条单链上的碱基，因而也可
以说基因是由DNA分子单链上的碱基组成的，这些碱基序列决定合成什么类型
的蛋白质。

这么一说可能就把人搞糊涂了，简单说DNA分子就像一条拉链，拉开之后就是两条单链，单链中的链齿就是核苷酸，核苷酸的一角就是碱基，许多碱基排列在一起就是基因，许多基因排列在一起就是一条单链，两条单链的碱基咬合后就成了一条拉链。

在人体细胞核中共有46条或23对这样的拉链，不同的拉链包含的基因也不相同。

基因可以由自然制造，可以由基本生物制造，也可以由人类制造，还可以由两方或三方共同制造。

从化学的角度看，基因只不过是一团活跃的化学物质，或说是核酸分子中最活跃的一个片段。

只是人类认为基因带有遗传信息，能记录生命、制造生命、控制生命，具有不可思议的神奇力量。

因此，基因被人类神化了。

其实，有什么结构就有什么化学反应，有什么化学反应就得到什么生成物，化学规则就是这么规定的，并不神秘。

基因到底有什么神奇的力量呢？基因是细胞之内较有活性的化学物质，大量的碱基决定了基因的活性，这种活性使其能够通过一系列的化学反应，合成DNA、RNA和蛋白质分子。

当然，这种合成不是基因独力完成的，而是由多种物质参与下完成的，只不过基因起了关键作用。

平时，碱基对之间由氢键相连，这是一种闭锁的状态，使碱基
处于相对稳定的状态。

当氢键
被“破坏”后，碱基就是开放
性的了，就会使基因获得了活
性，随时俘获周边物质，并发
生一系列化学反应。

下面从不
同于教科书角度，分析基因在
化学反应中的作用。

1. DNA的合成
DNA分子与周边物质发生化
学反应，可以合成另一个DNA
分子，基因作为DNA分子的一
个片断，也参与了合成过程。

当DNA分子遇到某种“解旋酶”的时候，碱基对氢键上的氢原子就被抢夺了，碱基对解锁，双螺旋打开，周围许多游离的核苷酸分子在吸力作用下，蜂拥而来，对号入座，取而代之，分子对分子，碱基对碱基，并由周围的氢原子把碱基“绑”在了一起，相邻的核苷酸也被串成了一条长链，这样两对DNA螺旋就形成了，得到的是两个DNA分子。

在这里，碱基与碱基的结合，需要聚合酶的参与，这样会加快化学反应的过程，聚合酶可能含有大量的氢原子，并能在化学反应中被碱基抢夺。

图6 DNA的复制
在这个化学反应中，基因作为DNA分子的一部分被复制了，但在复制中完全处于被动地位，因为碱基配对具有专一性，A碱基只能配T碱基，G碱基只能配C碱基，只有与原链相同的碱基，才能进入到相应的位置，与对面的碱基配成碱基对，这是由原子或离子的吸力共同决定的。

可见，所谓复制、繁殖是一个正常的化学反应过程。

在化学反应过程中，核苷酸分子串成DNA长链具有必然性。

每一个核苷酸分子是由脱氧核糖、磷酸和碱基三个小分子组成的（有的核苷酸有两三个磷酸），三个分子抱团后还各自伸出一个触手（化学键），形成三个等待结合的点位：脱氧核糖能与相邻核苷酸的磷酸结合，磷酸能与相邻核苷酸的脱氧核糖结合，碱基能与对面核苷酸的碱基结合。

关键的结合点是碱基，碱基配对的专一性决定了哪种核苷酸才能对号入座，另两个结合点对游进来的任何一种核苷酸都起到固定作用，因为任何一个核苷酸都有一个角可以被触手抓住。

换句话说，脱氧核糖和磷酸就像正负极，能够相互吸引结合，由脱氧核糖和磷酸交替连接构成的基座，就是DNA双螺旋的骨架。

三个结合点决定了DNA的双链结构，也决定了只有一种特定的核苷酸分子才能进入，即原来分手的那种核苷酸分子才能进来补缺。

就像一对夫妻离异后，另有一男一女就乘虚而入，分别与他们组成了两个家庭，与女子结合的一定是男子，与男子结合的一定的女子，只有这样才能配成对，道理就这么简单。

这样，每个核苷酸分子失去了什么配偶，就得到了什么配偶；失去了什么
邻居，就得到了什么邻居。

一对螺旋分开后，就得到两对螺旋。

这正是复制、
分裂、遗传、繁殖、生育得以发生的化学机制。

没有这个化学机制，就不会有
今天地球上的所有生物。

2. RNA的合成
RNA与DNA的主要区别，一是大多数是单链分子，二是所含的戊糖是核糖
而不是脱氧核糖，三是所含的碱基是A、U、G、C，即不含胸腺嘧啶T，而含尿
嘧啶U。

RNA的种类很多，主要有信使RNA (mRNA)、核糖体RNA (rRNA)和转移RNA (tRNA)三种，此外还有核不均RNA (hnRNA)和核小分子RNA等。

各种RNA都是在细胞核中，由DNA引导合成出来的，经加工后，进入细胞质，在细胞质中发挥作用。

在各种RNA中，最重要的是mRNA，因为mRNA带有
遗传信息，遗传信息是由DNA转录过来的，在这里主要研究mRNA的合成。

当DNA分子遇到某种“解旋酶”的时候，碱基对氢键上的氢原子被抢夺，碱基对
解锁，双螺旋打开。

但不是呈Y型打开，而是在双螺旋中的某个位置，开了一
个缺口，相应的核苷酸分子进入，进入的核苷酸分子，当然是与DNA分子其中
一条单链上的碱基配型的那种，由于在这个缺口上分布有特定的“聚合酶”，
只能把核糖核苷酸分子粘在一起，因而只有核糖核苷酸分子能进入，并在“聚
合酶”的作用下串成一条单链，而不是双链。

究其原因，是因为“聚合酶”只
能单向连接核糖核苷酸，而不能逆向连接，另一条DNA单链是方向相反的，因
而不能同时作为模板。

不过，有时另一条链也能逆向组装出一条单链，虽然也
是组装出一条单链，这显得有点神奇，只能用DNA智慧控制来解释了。

RNA的组装就像一条拉链从中间打开一样，往前拉过去，前面的打开，后
面的合上，就依次有一个特定的核糖核苷酸进入缺口，前后核糖核苷酸之间连
接成串，最终形成一条hnRNA单链，从DNA双链的缺口中游了出来，再经剪切、拼接、穿鞋戴帽等加工，就成为一条短些的mRNA单链。

这样，DNA链上的碱基，就被转录到mRNA上了，也就是说DNA链上的基因，被转录到mRNA链上了。

而
原来的DNA双链，打开后就合拢还原了。

当然，还原可能也要“聚合酶”的参与。

DNA双链开口的起点到终点有讲究，通常只是一个基因所含有的碱基，形成这种控制机制有两种可能，一是由DNA分子的智慧控制。

二是由基因末端的“刹车片”程式控制。

因此，复制出来的mRNA分子，只能合成一种相应的蛋白质。

若是DNA 开口打开得太大或太长，就有可能得到两条或多条mRNA链，或得到一条超长的mRNA链，这样往后合成蛋白质就失控了，这可能是致癌的一个原因。

DNA合成RNA的过程可以理解为基因合成了基因，或DNA上的遗传信息转录到了RNA上。

3. 蛋白质的合成
蛋白质是一个大类，人体中的蛋白质有许多种，按一个基因合成一种蛋白质来推测，人体细胞中约有2.5万种蛋白质，具体有多少种人类还未搞清楚，据估计人体中有10万种以上蛋白质，这么多蛋白质是怎么来的，还需要进一步探索。

在人体细胞的DNA分子中，还有数量庞大的“多余”碱基，这些碱基序列不被称为基因，或被称为垃圾基因，但有可能也是具有重大作用的基因，可以合成几十万至几百万种蛋白质，每一种蛋白质可以用来对抗一种特定的微生物，例如对抗艾滋病毒、SARS病毒等。

只要有足够的时间，细胞就能找到相应的蛋白质，并能合成出来对抗入侵的病毒。

蛋白质的合成是一个复杂的过程，有多种物质的参与，若陈述过于详细，反而容易把人搞糊涂。

概略来说，蛋白质的合成是在细胞器官核糖体内进行的，核糖体是合成蛋白质的工厂。

mRNA分子在细胞核中被合成出来后，就游离到细胞质中，由于mRNA是单链分子，链上的碱基是开放性的，每个碱基带有更大的活性，总是虎视眈眈，伺机与周围的物质发生化学反应。

细胞质中有许多核糖体，核糖体像一个糖葫芦，是rRNA 和蛋白质共同组成的复合体，mRNA与核糖体有亲和力，就与核糖体结合在一起了，这个结合体就像一条拉链串上了一个糖葫芦。

mRNA 与核糖体之间的亲和力，显然来自核糖体内的rRNA，两链的碱基之间有配对关系，从而形成吸力。

由此可见，在细胞内营造吸力的主要工具是碱基，无论是DNA上的碱基还是RNA上的碱基，都是为了使两种物质结合在一起，相比之下RNA上的碱基用得更多一些，这正是RNA链种类较多的原因。

细胞质中存在20种氨基酸，种类不少，数量庞大，氨基酸与tRNA有亲和力，细胞内有40种以上的tRNA，20种氨基酸都有对应的tRNA，每种氨基酸与
一种或多种tRNA结合为夫妻，结合后对mRNA链上的核糖体产生亲和力，就向
核糖体游去，并钻进核糖体之内，每个核糖体可以容纳两对夫妻。

也就是说，
在核糖体内的mRNA链上的六个相邻的碱基，能分别吸引两个tRNA与氨基酸的
结合体，即三个碱基为一组合，吸引一个tRNA与氨基酸的结合体。

这样，在核糖体之内就有了六种以上的化学物质：核糖体、mRNA、两种tRNA和两种氨基酸。

于是，核糖体之内就发生了化学反应，在各种吸力与斥力共同作用下，各
种分子推揉拉扯，聚散离合，结果是第一对游进核糖体的氨基酸与tRNA的结合体被拆散了，氨基酸的OH根被扯了下来。

第二对游进核糖体的氨基酸与tRNA
结合体也被拆散了，氨基酸的一个H离子被撕了下来。

这样就等于在两个氨基
酸分子之间发生了“脱水缩合”反应，OH与H结合成水。

前一个氨基酸被撕下OH后裸露出C离子，后一个氨基酸被撕下H后裸露出N离子，C离子与N离子
之间就形成了肽键，把两个氨基酸粘在了一起。

从第二个氨基酸开始，每个氨
基酸都失去一个OH和一个H，前后两个氨基酸以肽键相结合，依次而来的氨基
酸分子，就串成了一条长链，这就是肽链或多肽链，蛋白质就这样被组装出来了。

简单来说，核糖体是个脱水工厂，把氨基酸进行脱水处理，两个氨基酸就
粘在一起了。

众多氨基酸虽是连成一条链，但外形上是乱麻一团。

在这一系列的化学反应中，tRNA实际上是充当了运输工具，源源不断把各
种氨基酸运到核糖体中。

运送哪种氨基酸，由核糖体内mRNA链上的碱基说了算，因为mRNA链上相邻的某三个碱基，与tRNA链上相邻的某三个碱基，形成吸力，正是这种吸力驱使tRNA游进核糖体之中，与mRNA进行短暂结合。

若是核糖体所在mRNA链上的位置不变，每次运进来的都是同样的氨基酸。

问题是，在拆散第一对夫妻的打斗中，mRNA链与核糖体中rRNA链的结合键被
破坏了，彼此失去吸力，位于核糖体之外的mRNA链上的碱基，正好与核糖体中rRNA链的碱基形成配对，产生吸力，就把核糖体拉过去了，从表面上看，是核
糖体滑到了另三个核苷酸分子上，核糖体里面有了另外三种碱基，对另外一种
tRNA有吸力，由于这种tRNA载有特定的氨基酸，实际上也就是对另外一种氨
基酸有吸力，因而每次被带进来的氨基酸都是不同的。

mRNA链上有四种碱基，细胞质中有20种氨基酸，每三种碱基的排列组合，可以吸引一种氨基酸；有些组合略有不同，也能吸引同一种氨基酸。

因此，64种组合决定了20种氨基酸的排列，不同的氨基酸排列决定了不同的蛋白质。

从这个过程来看，是三个核苷酸分子决定一个氨基酸分子，或说是三个碱基决定一个氨基酸。

有一些碱基的组合，不吸引任何一种氨基酸，蛋白质的合成也就到止为止，这种碱基组合就成了“刹车片”，通常位于mRNA链的末端。

值得注意的是，暴露在核糖体之外的mRNA链上的碱基，对tRNA与氨基酸的结合体没有亲和力，不吸引任何氨基酸，只有与核糖体结合的那段碱基，对某种特定的氨基酸有吸引力。

核糖体沿着mRNA链每向前滑动一段，这一段上的碱基就会吸引一种特定的氨基酸，这样氨基酸就按一定的顺序排列起来了，这就是所谓的编码。

听起来似乎这些分子心灵手巧，实际上是由化学反应的规则决定的，一切都取决于电荷的吸力与斥力。

在蛋白质组装中，各种参与化学反应的分子都是不可或缺的，不过人类认为基因发挥了重要作用，因为基因决定吸引哪些氨基酸，不吸引哪些氨基酸；先吸引哪些氨基酸，后吸引哪些氨基酸。

这就决定了合成蛋白质的种类，这就是基因的表达。

实际上，在决定合成哪种蛋白质时，基因也没表达过什么意见，只不过有这样的结构，就合成这样的物质，这是化学反应的法则规定的。

在不同时期，有不同的mRNA分子被DNA合成出来，不同的mRNA分子带有不同的基因，不同的基因合成不同的蛋白质。

正因为细胞内蛋白质的不同，造成了细胞形态的不同，功能的不同，这就是细胞的分化。

可见，基因的作用，也仅仅是在化学反应中起了正常的作用。

DNA、mRNA与细胞内的物质源源不断发生化学反应，不断合成新的物质，细胞外的物质也源源不断进入细胞之内，细胞也就不断膨胀，当大于细胞膜的张力时，细胞就分裂了。

从化学的角度看，这是一个化学反应的自然过程，一切都由化学成分和化学结构决定；从生命的角度看，这是一个受到严格控制的生产过程，各种化学
反应都有一个无形之手在操纵，这个无形之手就是细胞和DNA的智慧，细胞和DNA利用了化学反应规则创造了一切。

细胞分裂是受控的，两部分的物质大体
相等，这是细胞和DNA的智慧起了作用；物质合成也是受控制的，在什么时间，合成什么物质，合成多少，也是细胞和DNA的智慧起了作用。

只有38亿年前出现的早期细胞和DNA，才完全是天然产物。

不同的是，这两种天然产物存在较
高的智慧。

细胞物质的合成，主要是DNA、RNA和蛋白质（当然还有糖和脂）。

DNA需要量最少，在人体细胞核中只需合成46个DNA分子。

RNA和蛋白质需要量最大，RNA主要是过渡物质，作为合成蛋白质的工具，合成蛋白质后就分解了，蛋白
质则是所需的终产物。

合成这些物质的关键，是控制DNA分子上基因的活性，什么时间让哪个基
因活跃起来，就能合成什么类型的mRNA，有什么类型的mRNA就能合成什么类
型的蛋白质。

控制DNA分子的关键，在于控制拉链——双螺旋上碱基对上的氢键，抢夺了哪些氢原子，哪些碱基就打开，抢夺了组成一个基因的数千计碱基
对上的氢原子，一个基因就开启了，活跃了，一系列连锁的化学反应就发生了。

抢夺氢原子的任务是由化学物质完成的，这种化学物质不论是什么成分，都不
妨称为“解旋酶”。

细胞正是通过合成或输送“解旋酶”的方式控制物质的合成。

当细胞合成或输送“解旋酶”的工作失控，或从体外撮入一种“解旋酶”，让DNA分子上的基因始终处于开启状态，问题就严重了，这个细胞就会成为一
个三班倒的工厂，不断制造出新的细胞，这些细胞就是癌细胞了。

不过，外源性“解旋酶”必须冲破多道封锁线。

先穿破细胞膜，游过细胞质，再穿过核膜，进入细胞核中，向DNA分子碱基对上的氢键发起攻击，才能
解开DNA双螺旋链。

这就不难理解，为什么DNA分子深藏在细胞核中；这也不
难理解，为什么DNA分子呈双螺旋结构，而且要把碱基对紧紧抱在怀中。

一切
都是为了安全起见，若不慎被别人打开了潘多拉魔盒，事情就不可收拾了。

另一方面，“解旋酶”剪开了DNA分子链，也需要“聚合酶”来把开口拉上，不然，物质的合成也会源源不断，不可收拾。

也就是说，体内缺乏“聚合酶”也是致癌的重要原因。

简单来说，DNA分子双螺旋链打开，细胞物质合成和分裂就开始。

从一端
打开，从头裂解到尾，就合成了另一个DNA分子；从中间打开，开口裂解一段，又重新合拢，终产物是合成一个mRNA分子。

这两个环节失控，都会导致细胞分裂的失控。

这两种口子可能是由两种“解旋酶”打开的，一种解旋力较强，另一种解旋力较弱，从而造成了不同的开口。

口子被打开，就是所谓基因的激活，开了哪段口子，就激活哪些基因。

用人造化学物质的方法，也能打开和激活某些基因或全部基因，合成所需要的DNA、mRNA和蛋白质。

DNA的口子打开后，
需要一种特定的“聚合酶”把开口合上。

细胞控制物质合成，可能还有另外一些渠道，比如程序控制。

在DNA分子的两个基因之间，有一段惰性碱基或无偶碱基，这样每次合成mRNA分子链时，就限定了头尾，只把所需的基因转录出来，制造出所需的蛋白质。

这就是DNA
分子链上的“刹车片”。

如果这段起刹车作用碱基丢失，合成出来的mRNA分子链可能就很长，一条链可以合成多种蛋白质，有些蛋白质却是多余的，癌细胞还是被生产出来了。

蛋白质合成之后，mRNA链就分解了，若不分解，问题也严重了，也能源源不断合成出蛋白质，源源不断生产出癌细胞。

以上所述，均是在人类研究的基础上，对基因的工作原理和化学机制，从化学反应的角度上进行一些分析和推测，试图破解基因以及生命的一些核心机密。

DNA合成自身、RNA和蛋白质的原理，最终将会使人类受益无穷，不仅可以用来治癌，还可以用来生产各种细胞、组织和器官，治愈各种疾病，当然也可以让人长生不老。

另外，运用这个原理就可以在工厂里大量生产各种蛋白质了，把人类从又脏又累的养殖业中解放出来。

人类当前最迫切、最实际的意义，就是用于攻克癌症，癌之所以久攻不克，在于人类弄不清基因的工作原理和化学机制。

若上文所述就是基因的工作原理和化学机制，抑癌、治癌就是简单的了，起码在理论上是简单的。

癌只不过是基因在合成物质的过程中出了问题，找准问题加以解决，癌就治愈了。

⑴阻止、阻断、破坏“解旋酶”的合成和输送。

从源头或路途抑制、阻断或破坏“解旋酶”，包括全链打开DNA的“解旋酶”和局部打开DNA的“解旋。