📄 第五章.htm
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lang=EN-US style='font-size:10.0pt'>DNA</span><span style='font-size:10.0pt;
font-family:宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:
"Times New Roman"'>分子在特定环境下通过复杂而准确的信息程序处理，拓展为一个四维时空生命体，一个具体的生命体是一个基因组的生动表现。从信息学的角度来看，蛋白质编码区域所包含的信息相当于待加工的“数据”，这样的数据经过加工处理以后产生对应的蛋白质；而非编码区域则相当于“程序”或“指令”，这些程序确定如何对数据进行处理，确定如何在时间和空间方面控制基因的表达和蛋白质的合成。</span><span
lang=EN-US style='font-size:10.0pt'>DNA</span><span style='font-size:10.0pt;
font-family:宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:
"Times New Roman"'>序列好比是计算机上的一串代码，但不是储存在电子芯片上的</span><span lang=EN-US
style='font-size:10.0pt'>0</span><span style='font-size:10.0pt;font-family:
宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:"Times New Roman"'>、</span><span
lang=EN-US style='font-size:10.0pt'>1</span><span style='font-size:10.0pt;
font-family:宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:
"Times New Roman"'>代码，而是储存在染色体上的四字符代码串。在计算机中，数据与程序是相对分立的，而在染色体上，数据与程序则是相互嵌套的。如同计算机程序对输入数据处理以后产生输出结果一样，染色体上的基因经过调控程序的解码和翻译，产生蛋白质，从而发挥生物学功能。无论是数据还是程序，都属于信息，但是，它们的作用不一样，信息组织的规律也不一样。可以用信息学方法区分两者，如前面提到的基因识别。语言的破译与密码的破译紧密联系，用密码学的方法研究遗传语言，可能会得到有益的启示。是否在基因组中仅存在三联的编码方式呢？是否在传递不同信息时采用不同字长的编码呢？三联密码用</span><span
lang=EN-US style='font-size:10.0pt'>4</span><span style='font-size:10.0pt;
font-family:宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:
"Times New Roman"'>种</span><span lang=EN-US style='font-size:10.0pt'>DNA</span><span
style='font-size:10.0pt;font-family:宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";
mso-hansi-font-family:"Times New Roman"'>字符编码蛋白质的</span><span lang=EN-US
style='font-size:10.0pt'>20</span><span style='font-size:10.0pt;font-family:
宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:"Times New Roman"'>种字符，三联密码子的个数为</span><span
lang=EN-US style='font-size:10.0pt'>64</span><span style='font-size:10.0pt;
font-family:宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:
"Times New Roman"'>，大于</span><span lang=EN-US style='font-size:10.0pt'>20</span><span
style='font-size:10.0pt;font-family:宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";
mso-hansi-font-family:"Times New Roman"'>并且最接近于</span><span lang=EN-US
style='font-size:10.0pt'>20</span><span style='font-size:10.0pt;font-family:
宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:"Times New Roman"'>，因此，三联密码是</span><span
lang=EN-US style='font-size:10.0pt'>DNA</span><span style='font-size:10.0pt;
font-family:宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:
"Times New Roman"'>与蛋白质之间传递信息最经济的编码方式。按照这样的推理，可以认为</span><span lang=EN-US
style='font-size:10.0pt'>DNA</span><span style='font-size:10.0pt;font-family:
宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:"Times New Roman"'>到</span><span
lang=EN-US style='font-size:10.0pt'>RNA</span><span style='font-size:10.0pt;
font-family:宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:
"Times New Roman"'>间的信息传递是单联编码，因为</span><span lang=EN-US style='font-size:10.0pt'>DNA</span><span
style='font-size:10.0pt;font-family:宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";
mso-hansi-font-family:"Times New Roman"'>与</span><span lang=EN-US
style='font-size:10.0pt'>RNA</span><span style='font-size:10.0pt;font-family:
宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:"Times New Roman"'>的符号都是</span><span
lang=EN-US style='font-size:10.0pt'>4</span><span style='font-size:10.0pt;
font-family:宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:
"Times New Roman"'>种。从基因转录调控信息来看，对于人类</span><span lang=EN-US style='font-size:
10.0pt'>3</span><span style='font-size:10.0pt;font-family:宋体;mso-ascii-font-family:
"Times New Roman";mso-hansi-font-family:"Times New Roman"'>万多个基因需要非常多的调控信息，以形成基因的不同表达模式，因此，需要更复杂的编码方式。这就是生物学家在寻找其他非三联信息编码方式的原因。根据分子生物学中心法则，遗传信息沿着</span><span
lang=EN-US style='font-size:10.0pt'>DNA</span><span style='font-size:10.0pt;
font-family:宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:
"Times New Roman"'>→</span><span lang=EN-US style='font-size:10.0pt'>RNA</span><span
style='font-size:10.0pt;font-family:宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";
mso-hansi-font-family:"Times New Roman"'>→蛋白质这条链传递，在信息传递的最后一个环节中，首先根据</span><span
lang=EN-US style='font-size:10.0pt'>RNA</span><span style='font-size:10.0pt;
font-family:宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:
"Times New Roman"'>合成多肽链，然后，多肽链折叠成特定结构的蛋白质。关于如何折叠，至今人们所知甚少，但是，科学家认为多肽链的氨基酸序列到蛋白质的空间结构之间存在着某种规律，对于这种未知的规律，一些科学家称之为第二遗传密码，这种密码比基因序列到蛋白质序列的编码更加复杂。</span><span
lang=EN-US><o:p></o:p></span></p>
<p class=MsoNormal style='mso-margin-top-alt:auto;mso-margin-bottom-alt:auto;
text-indent:21.1pt;mso-char-indent-count:2.0;mso-char-indent-size:10.55pt;
line-height:150%;mso-char-indent-size:10.5pt'><b><span lang=EN-US
style='color:#EFCE8F'>5.1.3 </span></b><b><span style='font-family:宋体;
mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:"Times New Roman";
color:#EFCE8F'>关于生物复杂性</span></b><span lang=EN-US><o:p></o:p></span></p>
<p class=MsoNormal style='mso-margin-top-alt:auto;mso-margin-bottom-alt:auto;
text-indent:20.0pt;mso-char-indent-count:2.0;mso-char-indent-size:10.0pt;
line-height:150%;mso-char-indent-size:10.5pt'><span style='font-size:10.0pt;
font-family:宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:
"Times New Roman"'>生物的复杂性不仅仅是与基因的数目有关。人基因组中的蛋白编码基因约为</span><span lang=EN-US
style='font-size:10.0pt'>3</span><span style='font-size:10.0pt;font-family:
宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:"Times New Roman"'>多个，而线虫有</span><span
lang=EN-US style='font-size:10.0pt'>2</span><span style='font-size:10.0pt;
font-family:宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:
"Times New Roman"'>万个基因。从基因的个数来看，人基因与线虫基因之比为</span><span lang=EN-US
style='font-size:10.0pt'>3/2</span><span style='font-size:10.0pt;font-family:
宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:"Times New Roman"'>。但是，作为一种生物，人显然比线虫复杂得多，仅仅从基因数目上无法解释这种差异。有科学家将生物的复杂性定义为理论上其基因组可能达到的转录状态的数目。设想一个简单的模型，每一个基因都由“开”或者“关”两种状态来表示，那么包含</span><span
lang=EN-US style='font-size:10.0pt'>N</span><span style='font-size:10.0pt;
font-family:宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:
"Times New Roman"'>个基因的基因组（理论上）就可以编码成</span><span lang=EN-US style='font-size:
10.0pt'>2<sup>N</sup></span><span style='font-size:10.0pt;font-family:宋体;
mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:"Times New Roman"'>个状态。按照这个模型，人与线虫的转录状态数目之比为：<O:P></span><span
style='font-size:10.0pt'> </O:P></span><span lang=EN-US><o:p></o:p></span></p>
<p class=MsoNormal style='mso-margin-top-alt:auto;mso-margin-bottom-alt:auto'><span
lang=EN-US style='font-size:10.0pt'><span style='mso-tab-count:6'> </span>2<sup>30000</sup>/2<sup>20000</sup>=2<sup>10000</sup></span><span
style='font-size:10.0pt;font-family:宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";
mso-hansi-font-family:"Times New Roman"'>≌</span><span lang=EN-US
style='font-size:10.0pt'>10<sup>3000<O:P> </O:P></sup><O:P></O:P></span><span
lang=EN-US><o:p></o:p></span></p>
<p class=MsoNormal style='mso-margin-top-alt:auto;mso-margin-bottom-alt:auto;
line-height:150%'><span style='font-size:10.0pt;font-family:宋体;mso-ascii-font-family:
"Times New Roman";mso-hansi-font-family:"Times New Roman"'>这个比值是巨大的。如此大的数目确实可以说明人类相对于线虫的复杂性和优越性。生物的复杂性是在基因表达调控机制向更复杂、更细微方向发展的同时随之进化的。</span><span
lang=EN-US><o:p></o:p></span></p>
<p class=MsoNormal style='mso-margin-top-alt:auto;mso-margin-bottom-alt:auto;
text-indent:21.25pt;line-height:150%'><span style='font-size:10.0pt;font-family:
宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:"Times New Roman"'>传统的分子生物学习惯于分析单个基因。但是生命现象并不是单基因的简单堆积，而是高度有组织的多基因网络。生命组织是高度有序的，而这种有序性来自于基因之间的协同作用，来自于复杂的基因调控系统。在特定的时刻、特定的生物体部位，一些特定的基因得到激活，而其它基因处于抑制状态。处于激活状态的基因在调控系统的控制下协同工作，产生对应的蛋白质，完成特定的生物学功能。调控的信息存贮在</span><span
lang=EN-US style='font-size:10.0pt'>DNA</span><span style='font-size:10.0pt;
font-family:宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:
"Times New Roman"'>序列中，但是执行调控动作的则是一些特殊的调控蛋白。那么，调控蛋白又是受什么调控的呢？依次追究下去，就会发现生物体中存在着一个极为复杂的调控网络。有些科学家正在用系统的思想和数学的方法对基因调控系统进行分析研究，他们认为在基因层次上，生物的调控作用符合控制论原理，并建立起一些调控系统的数学模型。</span><span
lang=EN-US><o:p></o:p></span></p>
<p class=MsoNormal style='mso-margin-top-alt:auto;mso-margin-bottom-alt:auto;
text-indent:21.1pt;mso-char-indent-count:2.0;mso-char-indent-size:10.55pt;
line-height:150%;mso-char-indent-size:10.5pt'><b><span lang=EN-US
style='color:#EFCE8F'>5.1.4 </span></b><b><span style='font-family:宋体;
mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:"Times New Roman";
color:#EFCE8F'>基因组学研究带来的希望</span></b><span lang=EN-US> </span><span
style='font-size:10.0pt;font-family:宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";
mso-hansi-font-family:"Times New Roman"'>到目前为止，我们对遗传语言了解得还很少，特别是仍不清楚编码在</span><span
lang=EN-US style='font-size:10.0pt'>DNA</span><span style='font-size:10.0pt;
font-family:宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:
"Times New Roman"'>序列上的一维程序如何在四维时空中控制生命体的生长发育，不知道遗传信息怎样从空间形式转化为它的时间形式。然而，随着生物学的迅速发展，特别是人类基因组计划的顺利推进，人类已获得大量的与基因相关的实验数据，并且实验数据的积累速度在不断地增加。这些实验数据不仅包含</span><span
lang=EN-US style='font-size:10.0pt'>DNA</span><span style='font-size:10.0pt;
font-family:宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:
"Times New Roman"'>序列的信息，也包含</span><span lang=EN-US style='font-size:10.0pt'>DNA</span><span
style='font-size:10.0pt;font-family:宋体;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";
mso-hansi-font-family:"Times New Roman"'>功能的信息，特别是包含基因在四维时空中的表达信息。这些信息具有丰富的内涵，其背后隐藏着人类目前尚不知道的生物学知识。实验数据的迅速增加对于揭示新规律是一个非常有利的因素，并为全面破译遗传密码创造了很好的条件。充分利用这些数据，通过数据分析与处理，揭示这些数据的内涵，得到对人类有用的信息，将是科学家们面临的一个严峻的挑战。在生物信息学研究领域中，生物学家、数学家和计算机科学工作者协力合作，将实验研究与理论分析相结合，努力探索遗传语言的奥秘，深刻揭示生物界遗传信息的本质。生物信息学的最终目标是使人类彻底了解、掌握遗传信息的编码、传递及表达，从根本上认识自我。</span><span
lang=EN-US><o:p></o:p></span></p>
<p class=MsoNormal align=center style='mso-margin-top-alt:auto;mso-margin-bottom-alt:
auto;text-align:center;text-indent:21.0pt;mso-char-indent-count:2.0;mso-char-indent-size:
10.5pt;line-height:150%;mso-char-indent-size:10.5pt'><span lang=EN-US><!--[if gte vml 1]><v:shape
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<p align=right style='text-align:right'><b><span lang=EN-US style='font-size:
18.0pt;font-family:隶书'><!--[if gte vml 1]><v:shape id="_x0000_i1027" type="#_x0000_t75"
alt="" style='width:36pt;height:43.5pt'>
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href="http://www.lmbe.seu.edu.cn/chenyuan/xsun/bioinfomatics/web/Index.html">返回总目录</a></span></b><span
lang=EN-US><o:p></o:p></span></p>
<p align=right style='text-align:right'><span lang=EN-US><!--[if gte vml 1]><v:shape
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lang=EN-US style='font-size:18.0pt;font-family:隶书'><a
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</a></span></b><b><span lang=EN-US style='font-size:18.0pt;mso-ascii-font-family:
隶书;mso-fareast-font-family:隶书'> </span></b><span lang=EN-US><o:p></o:p></span></p>
<p class=MsoNormal><span lang=EN-US><![if !supportEmptyParas]> <![endif]><o:p></o:p></span></p>
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