一種關於遺傳密碼子起源的假說。遺傳密碼子是生化系統的一部分，因此，必須與生化系統的演化相關聯，而生化系統的核心是能量載體——ATP（各種生化循環，如卡爾文循環、糖酵解和三羧酸循環等，均與ATP相耦聯），它是光能轉化成化學能的唯一終產物，它可以衍生出其它核苷酸，這些核苷酸可以自身縮合成核酸。ATP可活化胺基酸，為多肽鏈的縮合提供了能量基礎。因此，只有ATP才能建立起核酸和蛋白質之間的聯繫——即遺傳密碼系統。遺傳密碼匿藏了生命及其歷史的秘密。因此，如果人們知道了密碼子是如何產生的，生命起源的難題也就迎刃而解了。由於遺傳密碼子是生化系統的一部分，因此，只有在生化系統的演化過程中才能找到它發源的根基。當然，生命的起源歸根結底亦是一個生化系統起源的問題。
基本介紹
- 中文名：ATP中心假說
- 外文名：ATP-centric hypothesis
- 提出者：謝平
- 提出時間：2015
理論背景,基本內容,
理論背景
在生化系統中，沒有什麼比核苷酸ATP的角色更重要的了。ATP是光合作用最重要的產物之一，是能量的載
ATP的結構
ATP的結構體（自身縮合成核酸而不再需要額外的能量、能活化胺基酸生成多肽……），是遺傳信息的載體，協助遺傳指令的執行，等等。構成蛋白質的胺基酸有20多種，而構成核酸的核苷酸僅5種，但在現代生化系統中，胺基酸可以互相轉化，核苷酸亦如此（其它4種核苷酸均可視為從光合作用產生的ATP衍生而來）。其實，細胞內的幾乎所有的有機分子均可以相互轉化，這為代謝調控的靈活性奠定了基礎。
核苷酸之間通過磷酸二酯鍵縮合成核酸核酸區分為DNA和RNA，RNA又進一步區分為mRNA、tRNA和rRNA。DNA以雙鏈的形式存在，既容易保持整齊的鏈狀結構，也方便解鏈（因只是通過非共價的氫鍵聚合在一起）或以單鏈為模板進行複製，而RNA則以單鏈的形式存在，但能形成各種獨特形狀的mRNA和t-RNA。
為何密碼子起源以ATP為中心？從生物能量學的視角來看，太陽光能的獲得與
ATP活化胺基酸生成肽鏈核心就是與ATP相耦聯，或者說將ATP—ADP[當然還有氫的載體NAD(P)H/NAD(P)]與各種代謝（合成與分解）相耦聯。作為能量和信息的載體的ATP在現代細胞中位於生化系統的中心，它在光合作用、代謝通路和遺傳信息之間架起了橋樑。
此外，核酶（與蛋白質相比，催化效率較低）的存在似乎也暗示像ATP這樣的核苷酸支撐著早期的生命運作，因它能夠切割RNA或DNA, 有些具有RNA 連線酶或磷酸酶等的活性。之後，這種低效的原始催化酶才被高效的蛋白質酶全面接管。
基本內容
概述
原始生命系統的演化就是一種光能驅動下的規律性的建構過程，大自然中的生命法則或規律是從隨機性中創造出來的（如各種生化循環），這是一種從混沌走向秩序的過程。譬如，在機緣中，跨膜質子梯度（與肽鏈通道耦聯）導致了ATP合成機構的成型，而ATP又推動了多肽合成體系的誕生。在事件的規律性或重現性中實現了信息化——建立起特定的t-RNA攜帶特定的胺基酸、以及t-RNA胺基酸接受臂吻合反密碼子這樣的結構體系，當然，這亦是一種隨機的篩選過程。最後，迎來了一個統一的蛋白質合成平台——根據mRNA模板來製作多肽鏈的rRNA的誕生。簡言之，原始生命的演化就是一種與光合作用相耦聯、從隨機性中篩選出節律性或規律性的生化系統創建過程，而所有這些篩選均是以生命的個體性存在為前提的。
信息在節律化或規律化的過程中必然產生，因為沒有信息，節律或規律將失去意義，而物質亦只能停留於混沌之中。這樣，信息化就是生命系統演化的必經之路，因此，一個集編碼、保存、複製和翻譯等於一體的信息系統的登場也就瓜熟蒂落了。
ATP（及其衍生的核苷酸）縮合成的核酸承擔了信息的編碼、保存、複製和翻譯的功能（這亦適合其結構特點），它選擇編碼胺基酸去生產蛋白質，而核酸還承擔了蛋白質生產車間的功能。由胺基酸構成的蛋白質高效催化幾乎所有的生化反應（稱之為酶），它按照DNA的指令去構建生命，是生命活動的實踐者。如果以建築一棟房屋為比喻，DNA是一個設計藍圖，RNA是工程師，蛋白質是各種建築工人，形形色色的生命構件就是磚磚瓦瓦的建築材料，他們的有序合作才能建成一棟風格獨特的房屋。
信息整合——從mRNA到DNA
光合作用只生產ATP。因攜帶有高的活化能，三磷酸化核苷酸可以自動縮合成各式各樣的mRNA，而既然可以聚合成mRNA，那再拼接出更長的核酸（DNA）亦是水到渠成之事。從mRNA走向DNA是生化系統信息化逐漸完善的一個標誌，用DNA來記錄所有的遺傳信息，而mRNA變為專門司職於遺傳指令執行的一個環節（信使）。
在信息的整合過程中，終產物DNA與RNA在結構上出現了細微的差異：在核糖的第二個碳原子處前者是—H後者是—OH，鹼基也變換了1個，即DNA中的胸腺嘧啶T在RNA中被尿嘧啶U所取代，當然兩者的差別十分細微，也就是T多了一個甲基。沒人能回答為何鹼基相異的是1個而不是4個。在結構上或許並無多大意義，只是在於區別，因為類似的例子亦不罕見（譬如NADPH和NADH），除非RNA多樣的立體結構來源於核糖或鹼基的細微變化。這或許僅僅只是一種隨機篩選的結果。
DNA和RNA基本結構的比較
DNA和RNA基本結構的比較為何生命要分離出兩套獨立的系統——RNA和DNA？這似乎是為了實現對細胞內成百上千同時發生的生化反應進行有序的信息管控，因為在生命構建與運行過程之中，mRNA的使命完成之後，馬上就被銷毀掉，而DNA所記錄的遺傳信息則是要永久保存的，這是種族延續的根本。
密碼子——從混沌走向秩序
原始生化系統應該就是光合作用演化的產物，在光合產物不斷堆積、細胞不斷破裂的循環過程中，逐漸從混沌走向秩序，在不斷完善的信息化過程中，實現了同質性個體（當然並非絕對）的生產，最終形成了一套對生化系統進行有序管控並能在母體分裂過程中向子代穩定傳遞的密碼系統。細胞只有能成功進行信息化管控，重複產生出同質性個體，才是真正生命實體的開端，才出現了真正意義上的物種，才開始了物種的演化歷程。
密碼子是生化系統自我組織的產物。在脂質囊泡中，以ATP為代表的核苷酸可自身縮合，一些可攜帶胺基酸，一些構建胺基酸縮合的平台，合成的多肽又可參與構建細胞膜中親水分子/離子的跨膜通道，強力助推光合效率，並高效地催化核苷酸的自我縮合……這是一個從隨機性中篩選出規律性的過程（即所謂的“自組織”），通過個體的生存選擇不斷地對生化系統進行最佳化與完善。多肽的秉性是參與催化幾乎所有的生化反應過程。
由於核苷酸能夠活化胺基酸，因此，最初的肽鏈生成可能是一種隨機過程。在同質性個體選擇壓力下秩序化的結果可能導致了在特定的模具（rRNA）中，逐漸發展出根據mRNA鏈來合成特定多肽鏈的機構和規則（如在立體化學機製作用下的反密碼子和密碼子的配對原則）。
密碼子的形成並不需要外在的設計，它不過是從隨機性中篩選出合理性（通過個體存在的選擇壓力）的一種化學過程。而三聯體密碼子正好可以處理20多個胺基酸的分類管控，少了不行，多了累贅，即它是滿足胺基酸編碼最低需求的密碼子數。
ATP——遺傳密碼子的發明者
如果從能量的普適性以及現代生化系統的結構特徵來看，生命最有可能始於光合系統的演化。支持這一觀點的一個重要分子證據就是細胞色素（一類以鐵卟啉或血紅素為輔基的電子傳遞蛋白），這是一個存在於幾乎所有生物之中的電子載體，而血紅素可能就是從光合色素——葉綠素衍生而來的（現存生物中兩者生物合成途徑亦十分相似），只是葉綠素含有鎂卟啉環，它可能由卟啉環與長鏈脂肪酸（可能來自膜）加合而成。
因此，密碼子及其耦聯的生化系統應該是在太陽光能驅動下、在相對封閉的系統（如脂質囊泡，可以推測原始地球上的脂肪酸就能自動形成類似於細胞膜的雙層球狀結構）中物理化學過程的產物，而這個過程的核心就是光能的捕獲、傳遞以及由此推動的水的生化裂解過程，並伴隨著跨膜電子與質子的流動或傳遞。在這樣的事件之鏈中，一個看似平凡的有機分子——ATP卻創造了諸多生命世界的奇蹟：（a）它是光能轉化成化學能的終端；（b）導演了一系列的生化循環（如卡爾文循環、糖酵解和三羧酸循環等）及令人眼花繚亂的元素重組；（c）它通過自身的轉化與縮合將錯綜複雜的生命過程信息化——篩選出用4種鹼基編碼20多個胺基酸的三聯體密碼子系統（4 =64，還有相當大的編碼冗餘）、精巧地構建了一套遺傳信息的保存、複製、轉錄和翻譯以及多肽鏈的生產體系；（d）演繹出蛋白質與核酸互為因果的反饋體系，並在個體生存的方向性篩選中，構築了對細胞內成百上千種同步發生的生化反應進行秩序化管控（自組織）的複雜體系與規則，並最終建立起個性生命的同質化傳遞機制——遺傳。因此，在無數的有機分子中，只有ATP才是遺傳密碼子的發明者！
光合作用介導的ATP中心假說示意圖