前言

本专题旨在分析和总结真核细胞调控方式，包括机制、动力学、能量、结构等多个角度。真核细胞调控及其复杂，可以采用一个简单的例子说明。大肠杆菌是一种简单的原核生物，它的调控也相对简单，例如从外界信号输入开始，大肠杆菌的调控网络需要大约2层就能够产生相应的输出，进而指导自身的复制、运动、分裂等所有生命活动。而真核细胞比如人类细胞，这个过程大概需要7层以上的调控网络，并且，每一层调控网络都有密切的相互沟通和正负反馈，打个比方的话，可能人类的调控网络就像一团被猫扯乱的毛线，而大肠杆菌的调控网络就像被猫扯乱的卫生纸。这个比喻不够形象，但是体现了人类细胞调控网络解析的难度。

本专题主要以人类细胞为例进行分析和总结，由于上述复杂性，也限于作者的能力水平，本文将从多种简单调控案例出发，试图构建起人类细胞的整体调控图景。

最简单的调控案例是调控某种重要化学物质在细胞内的分布和反应变化，因为研究对象只有一种物质。所有细胞中最重要的物质是遗传物质，我们可以从DNA，RNA，蛋白质的状态调控开始。而DNA，RNA，蛋白质的合成和降解调控就已经开始复杂了，放在后面进行分析。

最简单的调控：DNA，RNA，蛋白质的生老病死

DNA的调控特点都出发于其化学性质

很有趣的是，DNA本身就是一个矛盾的集合体，一个脱氧核糖单体包括一个磷酸基团，一个脱氧核糖和一个碱基，磷酸基团容易从外界获取电子，脱氧核糖容易从外界失去电子，两者一拍即合，组成了稳定的磷酸骨架。另一个碱基没同伴，只好和另一种碱基组成较弱得氢键。一切故事都从这里开始。

氢键远不如共价键那样稳定，磷酸二酯键的键能大概在300 kJ/mol，氢键大概在30 kJ/mol。这使得DNA自我复制的第一步变得容易，即打开氢键。但也带来了不稳定的弊端，即容易受其他强相互作用基团的攻击，最终导致DNA损伤。DNA损伤的积累导致衰老、癌症。

于是自然界进化出了许多复杂的令人叹为观止的功能，只是用来解决这小小的氢键不稳定带来的灾难。这其中包括了致密的基因组结构和DNA修复机制。

先讲致密的基因组结构吧。如果我是一个DNA，我会觉得很难为情，我需要协调好几个相互矛盾的功能，对于我所存在于的个体来说，首先，我需要稳定存在，不至于这个个体因为遗传物质解体而痛苦的死去。其次，我需要偶尔敞开心扉，表达一下自己的观点，即RNA和蛋白质。然而这两个需求是矛盾的，稳定存在，意味着离外界干扰物质远一些，敞开心扉，意味着允许暴露在外界环境中，不可避免地要直面环境的复杂性，环境就会造成DNA不稳定。DNA表达观点的原因，大部分是为了产生适应环境变化的某种物质，从更宏观的角度看，人类能够适应自然需要这种功能。如果某一天人类对环境变化完全不敏感了，比如变成了一个机器人，那么DNA就不再是最好的遗传物质了。

可是目前，人类还是要接受自己的DNA非常不稳定的事实，而且进化出了针对上述情况的解决方案，即染色质。