为什么dna是向右螺旋（从右旋DNA说起DNA双螺旋为什么大多是右旋）

作者 | 内含子

如今，即使非生化专业的人对DNA双螺旋的形象也很熟悉了。不过，很多人并没有注意到DNA双螺旋的“手性”，包括我国很多科普媒体的小编，他们用的双螺旋图几乎两种手性是一半对一半的。

螺旋的手性是什么呢？通俗地说，就像饮料瓶口的螺纹。你买一瓶饮料或者饮用水，想都不想就会逆时针方向把它拧开。假使瓶口的螺纹方向是随机的，有时需要逆时针拧开，有时顺时针才能拧开，你可能会疯掉，大骂生产瓶子的是弱智。可是你知道吗？我看到科普文章或者科技新闻上面左旋DNA的配图也是这种感觉。

DNA双螺旋大多是右旋的。这是为什么呢？

图1

其实左旋DNA双螺旋也是有的（图1-2）。最著名的左旋DNA叫做Z-DNA。显然，Z-DNA和最常见的右旋DNA（B-DNA）的外观并不是镜像对称的关系。B-DNA很柔和，而Z-DNA很峥嵘。这就产生了一个问题：为什么DNA双螺旋大多是右旋的，为什么左旋DNA和右旋DNA看上去并不是对称的关系？

图2

这一步有没有涉及到关于对称性的物理规律呢？并没有。说穿了其实一点都不复杂，因为DNA是一种多聚物，而组成它的小分子本身就是不对称的。DNA的全名叫脱氧核糖核酸，它是由脱氧核糖核苷酸组成的，而每一个脱氧核糖核苷酸又是由脱氧核糖、碱基和磷酸组成的。其中，碱基（嘌呤和嘧啶）是扁平分子，没有手性；脱氧核糖则都是D-型的；磷原子也是手性原子，不过这里我们不讨论了。单单一个核糖就足够了。构成DNA的小分子本身是不对称的，这导致了DNA左旋和右旋的能量状态是不同的，右旋是更稳定的状态。

类似地，组成蛋白质的氨基酸都是L-型的（除了甘氨酸），因此蛋白质最常见的alpha-螺旋是右旋的。左旋的alpha-螺旋也有，但它和右手alpha-螺旋也不是对称的关系。

而且，即使左手螺旋和右手螺旋看上去是对称的，它们实际上仍然不是对称的，因为组成它们的小分子本身是不对称的。就像图3，虽然两个字母乍一看是对称的，但每一个小单位都 是不对称的。

图3

那么，就产生了一个问题：如果我们把生物界的小分子都换成镜像分子，比如核糖、葡萄糖都换成L-型，氨基酸都换成D-型，能不能造出镜像生物，他们有左旋的DNA，和左旋的alpha-螺旋蛋白，右旋的核小体……？

原则上是可以的。这实际上是宇称守恒的问题。迄今人们发现的宇称不守恒仅限于弱相互作用下的情况，并没有发现化学发应中有宇称不守恒的现象。生化反应也是化学反应，理论上在镜像的世界里，生化规律应该是不变的。

那么，有没有办法验证呢？比如造出一个“左旋”生命……

没办法。现在别说造出一个镜像生命，就是造出一个普通的“右旋”生命也办不到。生命活动的基本单位是细胞，我们至今没法把一堆生化物质拼成一个细胞，所有的细胞都是之前的细胞分裂出来的。

那么，退而求其次呢？我们知道病毒和类病毒是介于生命与非生命之间的物质，类病毒连蛋白质都不含，本身就是一个RNA分子。这个倒是可以，我们可以合成一个左旋的类病毒，不过仍然没办法验证它的活性，因为找不到一个左旋的宿主供它们寄生。

如果再退而求其次呢？有些酶不是蛋白质，而是RNA，叫做核酶。最小的核酶就只有十几个核苷酸组成。我们可以合成左旋的核酶，检测它们的酶活性，这只是一步生化反应，不涉及一个生命过程。这方面的实验已经有人做过了，结果左旋的核酶也是有活性的。

可是，基本没办法再推进了。

然后，人们还是要问：既然生命世界是宇称守恒的，为什么我们现在的生物都是右旋的呢？为什么不会同时存在左旋和右旋的生命呢？

一般认为这只是一个偶然的结果。生命的起源经历了漫长的化学进化，可以认为左旋生命与右旋的原始生命产生的机会是均等的，最初甚至可能共存过，维持彼此消长的平衡，可一旦天平倾斜超过某个程度，便再也回不来了，就像螺丝钉的螺纹，最初发明的时候可能两个方向都有，可后来右旋螺纹成了主流，进而成了行业规范，左旋便没有市场了（除了一些特殊的场合）。

生化物质几乎全是生命合成的，自然界本来很少。葡萄糖是光合作用的酶系合成的，磷脂、核糖、氨基酸都是酶催化合成的，酶是基因编码的，基因记录在核酸上，核酸又是酶合成的……这样就形成了一个闭环，不符合这个行业标准的生命就不可能产生了。

-完-