解读生命密码
1953年夏,在美国冷泉港学术讨论会上,沃森和克里克作关于DNA的结构及其遗传含意的报告。围绕着DNA碱基顺序和蛋白质的氨基酸顺序之间的关系,与会的学者们展开了热烈讨论。讨论的心是:4种不同的碱基是怎样排列组合的,才能使进行编码表达出20种不同的氨基酸。
俄国出生的美国物理学家伽莫夫,第一个提出具体设想。1953年,DNA双螺旋结构模型发表后,伽莫夫在同年2月提出了一个假想:在DNA分子中,4种核苷酸可以分解形成各种不同的组合。而每一种组合就是一种氨基酸的符号。在美国,伽莫夫的设想立即招到了抨击。伽莫夫通过丹麦的一家科学杂志发表了这一设想。没想到这一设想得到了很多物理学家的关注。1955年,这些物理学家提出了三个核苷酸组合在一起决定着一个氨基酸的设想:不同组合的碱基可以决定氨基酸,利用排列组合计算,两个碱基组成密码太少,只有42=16种;四个碱基组成密码又太多,有44=256种,如果是三个碱基,那么组成密码有43=64种。这似乎是相对最合适的了。进一步推论:一种氨基酸可能有不止一个密码。
1961年,克里克和布伦纳等人用噬菌体突变体实验研究密码的比例和翻译的机制。实验证实了密码确是以三联体核苷酸的形式代表着20种不同的氨基酸,而且是由一个固定点开始,朝着一个方向一个接一个地读下去,如果中间有一个核苷酸发生了增或减的差误,以下的密码都会发生变化。他还提出,很可能密码有同义语。不过不只一个密码代表着一个氨基酸。这就为原来数学推论的种种可能性提供了实验的根据。
德裔美国生物化学家尼伦贝格是第一个用实验给遗传密码以确切解答的人。1961年,他和美国科学家马太人工合成了由许多“尿嘧啶核苷酸”连结成的长链。他们在长链上加入了含有多种氨基酸、酶、核糖体和一些合成蛋白质所必需的溶液。不久,溶液中形成了一条只有苯丙氨酸连接而成的多肽链。西班牙裔美籍生物化学家奥乔亚和尼伦贝格分别测定了各种氨基酸的遗传密码。截止到1963年,氨基酸的遗传密码都被测出来了。在20世纪60年代,巴基斯坦裔美国生物化学家霍拉纳用化学的方法合成了64种可能的遗传密码。并且他还测试了这些遗传密码的活性。1969年64种遗传密码全部被破译出来。从此,“遗传密码辞典”问世了,利用它可以找到各种氨基酸和它所对应的遗传密码。
用遗传密码字典查阅时,先取左边的一个字母,再取上面的一个字母,最后,再取右边的一个字母,合起来就是一个氨基酸。例如GAG代表谷氨酸,AAU代表天冬酚胺等。密码里的句号表示氨基酸连成了一个段落。从遗传密码字典中可以找到从细菌到人类的所有生物的遗传密码。
遗传密码的破译作为20世纪生命科学中最令人激动的巨大成就之一,它对生物工程的意义相当于元素周期表对化学意义。这等于编著了一本生命科学的辞典,而这本辞典适应于从细菌到人类的一切生物。这些生物都是按照这本辞典翻译转录自己的蛋白质并营造和传递着生命。