[论文解读] Genetic Code as a Harmonic System

Miloje M. Rakočević|ArXiv.org|Oct 24, 2006

RNA and protein synthesis mechanisms参考文献 22被引用 10

一句话总结

本文提出，通过氨基酸侧链原子组成的精确数值关系，遗传密码作为谐波系统运作，利用高斯算术算法揭示了诸如 G+V=11、P+I=21 等模式，直至 91。所有 20 种氨基酸中一致的谐波结构支持了遗传密码从一开始就完全形成的观点，为生命起源提供了统一且连贯的框架。

ABSTRACT

In a certain way, this paper presents the continuation of the previous one which discussed the harmonic structure of the genetic code (Rakocevic, 2004). Several new harmonic structures presented in this paper, through specific unity and coherence, together with the previously presented (Rakocevic, 2004), show that it makes sense to understand genetic code as a set of several different harmonic structures. Thereby, the harmonicity itself represents a specific unity and coherence of physico-chemical properties of amino acid molecules and the number of atoms and/or nucleons in the molecules themselves (in the form of typical balances). A specific Gauss' arithmetical algorithm has the central position among all these structures and it corresponds to the patterns of the number of atoms within the side chains of amino acid molecules in the following sense: G+V = 11; P+I = 21; S+T+L+A+G = 31; D+E+M+C+P = 41; K+R+Q+N+V = 61; F+Y+W+H+I = 71; (L+M+Q+W) + (A+C+N+H) = 81; (S+D+K+F) + (T+E+R+Y) = 91; (F+L+M+S+P) = (T+A+Y+H+I) = (Q+N+K+D+V) = (E+C+W+R+G) = 51. Bearing in mind all these regularities it make sense to talk about genetic code as a harmonic system. On the other hand, such an order provides new evidence supporting the hypothesis established in the previous paper (Rakocevic, 2004) that genetic code has been complete from the very beginning and as such was the condition for the origin and evolution of life.

研究动机与目标

• 调查遗传密码是否基于原子组成表现出潜在的谐波结构。
• 检查氨基酸侧链中的原子数是否遵循一致的数值模式。
• 检验此类谐波是否意味着遗传密码从一开始即已完整形成。
• 将氨基酸的物理化学性质与分子结构中的数值平衡统一起来。

提出的方法

• 应用高斯算术算法分析氨基酸侧链中原子总数。
• 根据总原子数相等对氨基酸进行分组（例如，G+V=11，P+I=21）。
• 识别不同氨基酸组合中反复出现的数值模式，如 31、41、51、61、71、81 和 91。
• 将这些数值分组映射出来，以展示整个遗传密码在结构和数值上的一致性。
• 使用 11 张表格和 10 幅图表可视化谐波关系与原子平衡。
• 基于先前工作（Rakocevic, 2004）扩展谐波模型，引入新模式和统一原理。

实验结果

研究问题

• RQ1 氨基酸侧链的原子组成是否在遗传密码中遵循一致的数值模式？
• RQ2 高斯算术算法能否解释氨基酸侧链中原子数的分布？
• RQ3 观察到的数值分组（例如 11、21、31、...、91）是否反映了遗传密码更深层次的谐波组织？
• RQ4 这种谐波结构是否支持遗传密码在生命起源之初即已完全形成的观点？
• RQ5 在该谐波框架下，氨基酸的物理化学性质如何与它们的原子数平衡相关联？

主要发现

• 甘氨酸和缬氨酸侧链中原子总数之和为 11，构成第一组谐波对。
• 脯氨酸和异亮氨酸的原子总数为 21，确立了第二组谐波。
• 丝氨酸、苏氨酸、亮氨酸、丙氨酸和甘氨酸的原子总数为 31，形成第三组谐波。
• 天冬氨酸、谷氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸和脯氨酸的原子总数为 41，证实了第四组谐波模式。
• 赖氨酸、精氨酸、谷氨酰胺、天冬酰胺和缬氨酸的原子总数为 61，构成第五组谐波。
• 多个三元组中均存在 51 个原子的等量关系——(亮氨酸+甲硫氨酸+谷氨酰胺+色氨酸)、(丙氨酸+半胱氨酸+天冬酰胺+组氨酸)、(丝氨酸+天冬氨酸+赖氨酸+苯丙氨酸) 和 (苏氨酸+谷氨酸+精氨酸+酪氨酸)——展示了高水平的数值对称性。