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生命的起源：所有生命的共同祖先在40亿年前是怎样诞生的？ [:1700256341]
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延伸阅读核糖核苷酸还原酶的工作原理
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DNA当然有可能像RNA一样是地质化学作用的产物。比如就在2019年，一项新研究证明了乙醛等小分子有机物可以循序渐进地从头合成DNA的单体。X
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但是，正如正文里反复讨论过的，如今的生化反应强烈暗示了DNA是RNA改良的产物，而不是一种从头开始的创新，所以，今天的细胞里发生的事情，恐怕更值得思考和借鉴。
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在今天的细胞里，负责制造脱氧核糖的是“核糖核苷酸还原酶”（RNR），但它不是给单独的核糖脱氧，而是给RNA的单体脱氧，直接产生DNA的单体。
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RNR是一类高度保守的酶，它在任何细胞中的催化机制都高度一致，这明显又是从末祖那里继承下来的。而这种催化机制也非常有趣，可以用“威逼利诱”来形容：它先是制造出了一些非常凶猛的“自由基”，去攻击核苷酸上的核糖，使核糖变得非常不稳定；之后又用一些活跃的氢原子引诱核糖，核糖当然会伸“手”去抢，而核糖的“手”正是那个活跃的羟基，这一抢就不可避免地上了当-羟基遇上氢原子，立刻就会结合成稳定的水分子，兀自离去，核糖也就失去了那个氧原子，变成脱氧核糖了。
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如果你想把这个过程了解得再清楚一些，那么就以真核细胞的RNR为例，它的催化过程主要包括三个阶段XI。这三个阶段的研究虽然还在理论推测中，其中有很多细节并不严谨，但这并不妨碍我们试着理解它。
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第一个阶段是制造自由基。XII所谓自由基就是带有不成对电子的化学基团。或者说得粗糙一些，自由基大多是分子被“暴力”夺去了一部分，化学键从中间扯断，形成的“带有半个化学键的分子碎片”。通常来说，这些自由基都极其不稳定，一定要从别的分子上抢回自己失去的部分才甘心，而这又往往造成一个新的自由基，这个新的自由基又会去别的分子上抢别的碎片，由此不断地传递下去，直到一个自由基遇上另一个自由基，合并成一个稳定的分子。
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而在RNR的α亚基的活性中心，就有一对很暴躁的铁原子，它们会联合起来暴力攻击旁边的一个酪氨酸[9]，夺走它的一个氢原子，把它变成一个酪氨酸自由基。那个酪氨酸自由基反应过来，转身就从旁边一个色氨酸上抢来一个氢原子，恢复了稳定，然而那个色氨酸又成了新的自由基……就这样，如图4—27，一连串的氨基酸欺软怕硬地抢劫氢原子，接力的终点是β亚基里一个半胱氨酸自由基。
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第二个阶段，自由基攻击核苷酸的核糖，迫使核糖脱氧。XIII那个半胱氨酸的自由基毕竟是个自由基，一定要从哪儿抢回一个氢原子来，于是瞄向了身旁的核糖核苷酸，从它的核糖上夺走一个氢原子，恢复了稳定。如图4—28，这下又轮到核糖变成自由基，想要抢夺氢原子了。
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接下来的事情就有点儿复杂了，这也是整个“脱氧”过程的关键。RNR左右开弓，一手威逼3号碳原子的羟基，一手利诱2号碳原子的羟基，兜兜转转，巧妙地把2号碳原子上的羟基换成了氢，最终脱掉了那个碍事的氧。
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如图4—29，在红色箭头标记的变化中，RNR预备了一个电离了的羧基，去撕扯3号碳原子上的羟基的氢。如果要在3号碳原子和与它相连的那个氧原子之间构思什么对话，那大概就是这样的：
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图4—27 RNR的α亚基的活性中心用一对铁原子制造酪氨酸自由基，由此开始连续不断的自由基攻击，如箭头指示，一直抵达β亚基的活性中心，虚线框里会发生第二个阶段。（作者绘）
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图4—28 在RNR的β亚基的活性中心，半胱氨酸自由基攻击核糖的3号碳原子，夺走一个氢原子。图中的虚线框与图4—27的虚线框对应，蓝色键线连接的分子是一个核糖核苷酸分子，周围的氨基酸都是RNR的β亚基的氨基酸残基，为了表现方便，这里将它们都画在一个平面上，但它们实际上存在于三维空间里。此外，红色圆点表示自由基的不成对电子，黑色圆点表示负电荷，虚线化学键表示氢键，鱼钩箭头（半箭头）表示不成对电子转移。（作者绘）
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图4—29 红色箭头表示谷氨酸残基从3号碳原子的羟基上夺走一个氢离子，蓝色箭头表示2号碳原子的羟基从附近的巯基上夺走一个氢离子，黑色箭头表示不成对电子转移，最终使得2号碳原子上的羟基变成水分子脱去离开。其中，鱼钩箭头照例表示不成对电子转移，完整箭头表示成对电子转移。（作者绘）
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“3号碳原子先生，现在的局面是鸡毛炒韭菜——乱七八糟，我看不如这样吧：我那个氢就不要了，直接当成离子送给羧基，叫它电荷平衡稳定去；我腾出成对的电子，也能与你做个稳定的羰基；你那个不成对的电子……你和2号碳原子之间地方很大，就随便扔过去吧。”
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“你说得很有道理，好的。”
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话毕，这个氧原子扔掉了氢离子，带着一对电子回过头来做了羰基，那个不成对的电子就转移到了3号碳原子和2号碳原子之间。自由基不稳定是因为有“一个不成对的电子”，这个不成对电子如果暂时不能与其他电子结成对，缔结成完整的化学键，那也可以设法扩大自己的运动范围，这样也能姑且稳定一些，所以它的分布范围就扩张到了2号碳原子上，就如那个黑色箭头标记的。
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这样，我们就看到蓝色箭头标记的事件：2号碳原子上有一个非常能打的羟基，所以RNR早就拿了一个巯基凑在那个羟基跟前。巯基上的氢原子摇摇欲坠，唾手可得，这个羟基早就眼馋心热，与它缔结了一个很强的氢键。这就让羟基上的氧原子同时与两个氢原子建立了联系，非常接近一个水分子。
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现在，一个不成对的电子扩张过来，挤压了2号碳原子上的电子，于是，我们又可以为这个不成对电子与2号碳原子上的氧原子构思这样的对话了：
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“氧原子先生，你带着两个氢去做水分子好了，那样岂不最稳定最惬意？2号碳原子的地盘，以后让给我吧！”
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