每一部書(shū)都用一種特定的語(yǔ)言寫成，基因組也不例外?；虻恼Z(yǔ)言是種簡(jiǎn)單的編碼，它包含的字符是四種核苷酸分子，這些核苷酸分子就是DNA分子珠鏈上的珍珠（參見(jiàn)第42頁(yè)）。每個(gè)核苷酸分子包含一個(gè)所謂的堿基，信息就編碼在堿基當(dāng)中。DNA中有四種堿基：腺嘌呤、胞嘧啶、鳥(niǎo)嘌呤和胸腺嘧啶（分別記作A、C、G、T）。DNA是核苷酸單元組成的線狀聚合物，所以編碼的信息就可以表示成四種字母組成的線狀字符串。字符串可能會(huì)包含如下的一段：

GTGGATTGACATGATAGAAGCACTCTACTATATTC

只包含四種字母的字母表看似非常局限，不適于書(shū)寫復(fù)雜的信息。但如果我們將這個(gè)序列看作一種密碼，而不是嚴(yán)格地看作一種字母表，那么你想要多復(fù)雜它都能做得到。比如，我們可以將每個(gè)羅馬字母表示成若干堿基的序列：GTG表示“a”，GAT表示“b”，等等等等。長(zhǎng)度為三的四字符序列一共有64種，多于整個(gè)字母表的字母數(shù)量。使用這樣的密碼，我們就可以用AGCT的字符序列來(lái)書(shū)寫《圣經(jīng)》。

《圣經(jīng)》里的信息對(duì)細(xì)胞來(lái)說(shuō)沒(méi)什么用，細(xì)胞需要的是能夠用來(lái)制造蛋白質(zhì)的信息。蛋白質(zhì)長(zhǎng)鏈如何折疊是由它的氨基酸序列所決定的（參見(jiàn)第41頁(yè)），因此氨基酸序列就唯一地規(guī)定了制造蛋白質(zhì)所需的“信息”。DNA編制這種信息所用的密碼正如我們前面所提示的：三個(gè)堿基一組代表一種氨基酸。這就是遺傳密碼。注

人們至今尚未完全理解一個(gè)特定的蛋白質(zhì)序列會(huì)如何折疊它的鏈。也就是說(shuō)，我們還不能夠僅憑基因的序列就推斷基因的功能（雖然我們有時(shí)可以大致猜到）。人類基因組的第一幅草圖里面還充滿著目的不明的基因。

不過(guò)細(xì)胞中信息流動(dòng)的原理我們完全理清了。DNA是關(guān)于蛋白質(zhì)信息的手冊(cè)。我們可以認(rèn)為每個(gè)染色體都是獨(dú)立的一章，每個(gè)基因則是這一章中的一個(gè)單詞（它們可是非常長(zhǎng)的單詞?。蛑械拿總€(gè)堿基三元組是單詞中的一個(gè)字母。而蛋白質(zhì)就是單詞翻譯出的另一種語(yǔ)言，新語(yǔ)言的每個(gè)字母是一個(gè)氨基酸。一般而言，只有當(dāng)基因語(yǔ)言翻譯出來(lái)以后我們才能理解它的含義。

DNA是一種雙鏈的聚合物：兩條鏈彼此扭曲盤旋，形成雙螺旋。每條鏈都是一個(gè)核苷酸長(zhǎng)串，信息就編碼在里面。但兩條鏈并非全同。這條鏈上的堿基可以和那條鏈上的堿基之間形成氫鍵（參見(jiàn)第41頁(yè)），兩條鏈就像拉鏈一樣通過(guò)氫鍵相互嵌合。雖然所有的堿基都能形成氫鍵，但它們有特定的結(jié)合選擇，A和T相結(jié)合，G和C相結(jié)合。所以DNA雙螺旋包含的是互補(bǔ)的序列：每當(dāng)A出現(xiàn)在這條鏈上，T就出現(xiàn)在那條鏈上，依此類推。這就意味著每個(gè)基因都寫成了兩個(gè)版本，以鏡像的語(yǔ)言彼此呼應(yīng)。

堿基這種兩兩成對(duì)的特性是它們的形狀所決定的。堿基A和堿基G是相似的分子，C和T也是相似的分子。于是A-T組合體與C-G組合體的形狀和大小大致相同。堿基對(duì)在兩條螺旋鏈的內(nèi)側(cè)連接，像螺旋樓梯的臺(tái)階。只有臺(tái)階的尺寸都一致，兩條鏈才能平順地盤旋下去。若A與G結(jié)合就會(huì)鼓出一塊，發(fā)生扭曲變形，破壞兩條鏈的結(jié)合。同樣，若C與T結(jié)合就會(huì)陷下去一塊。另外，臺(tái)階中氫鍵的位置決定了A-C和G-T的組合也是不成立的。因此，其實(shí)是搭檔間吻合的互補(bǔ)性造就了堿基兩兩成對(duì)的偏好。

生物信息流動(dòng)的一個(gè)關(guān)鍵要點(diǎn)是：數(shù)據(jù)的傳輸通過(guò)分子識(shí)別過(guò)程進(jìn)行，確保信息的每一部分都得到正確的解讀。

當(dāng)細(xì)胞分裂時(shí)，DNA會(huì)進(jìn)行復(fù)制，也就是基因組得到復(fù)制。因?yàn)閮蓷l鏈完全互補(bǔ)，所以它們都可以作為模板來(lái)組裝新鏈。如果A總是優(yōu)先與T配對(duì)，且依此類推，一條“赤裸的”單鏈就能引導(dǎo)游離的單個(gè)核苷酸按正確的順序連成一線，形成一條互補(bǔ)鏈。

為了扮好模板的角色，雙鏈?zhǔn)紫葧?huì)在特殊的酶的作用下拆成兩條單鏈。然后沿著暴露的單鏈，互補(bǔ)鏈就被組裝起來(lái)；稱作DNA聚合酶的酶就催化了新核苷酸的加入。于是兩組新的雙螺旋都各含原先雙螺旋中的一條鏈。

盡管酶能夠幫助這一過(guò)程進(jìn)行，但復(fù)制過(guò)程所必要的信息都已寫入DNA模板當(dāng)中了。1980年代初，加利福尼亞州索爾克研究所的萊斯利·奧格爾和同事們展示了在沒(méi)有酶輔助的條件下，單體核苷酸也能夠基于互補(bǔ)核苷酸的模板組裝成聚合物。例如，一段八個(gè)C組成的RNA核苷酸序列，可以作為模板組裝起八個(gè)G的核苷酸序列。不過(guò)奧格爾也不得不在其中做一點(diǎn)手腳，用的G核苷酸是通過(guò)加入活性化學(xué)基團(tuán)“激化”過(guò)的，于是幫助它們連接起來(lái)。

這種模板輔助的聚合本身并不是復(fù)制：新鏈與模板是互補(bǔ)的，而不是全同的。第一例真正的人工分子復(fù)制是在1986年由德國(guó)化學(xué)家君特·馮·凱德羅夫斯基報(bào)告的。他使用同樣的模板組裝過(guò)程，但選擇的是自補(bǔ)的模板，即自己與自己形成互補(bǔ)。他的模板是個(gè)含六核苷酸的DNA分子，序列為CCGCGG。因?yàn)殡p螺旋兩條鏈的頭尾方向關(guān)系是頭對(duì)尾、尾對(duì)頭，兩者逆向?qū)?，所以模板的互補(bǔ)序列與自身完全相同。君特·馮·凱德羅夫斯基從兩種三核苷酸的片段出發(fā)，組裝成模板的互補(bǔ)鏈，其中同樣需要活化幫助它們連接起來(lái)（如圖38）。