遗传密码的破译中的一个问题

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1、遗传密码的破译中的一个问题遗传密码的破译自从“一基因一酶”学说建立（1941年）以后，人们逐步地认识到基因和蛋白的关系。“中心法则”提出后更为明确地指出了遗传信息传递的方向，总体上来说是从DNA→RNA→蛋白质。那么DNA和蛋白质之间究竟是什么关系？或者说DNA是如何决定蛋白质？这个有趣而深奥的问题在五十年代末就引起了人们的极大兴趣。早在1944年理论物理学家ErwinSchriodinger发表的《什么是生命》一书中就大胆地预言，染色体是由一些同分异构的单体分子连续所组成。这种连续体的精确性组成了遗传密码。他认为同分异构单体可能作为一般民用的莫尔斯电码的两个符

2、号：“·”、“—”，通过排列组合来储存遗传信息。此时遗传物质的化学本质尚未确定，同年Avery虽成功地完成了体外转化实验，但尚未改变人们认为蛋白质是遗传物质的传统观念。十年后DNA双螺旋模型才得以建立，在这样的背景下能将遗传信息设想成一种电码式的遗传密码形式，实在是一种超越时代的远见卓识。1953年双螺旋模型的建立，给予科学家们以很大的激励。破译遗传密码也就成了势在必行的工作。薛丁谔（ESchriodinger）（1887～1963）要破译一个未知的密码，一般的思路就是比较编码的信息，即密码和相应的译文。对于遗传密码来说最简单的破译方法应是将DNA顺序或mRNA

3、顺序和多肽相比较。但和一般破译密码不同的是，遗传信息的译文——蛋白的顺序是已知的，未知的都是密码。1954年Sanger用纸层析分析了胰岛素的结构后，对蛋白质的氨基酸序列了解得越来越多。但是直到1965年前后经历了十年时间，多位科学家的执着研究才破译了遗传密码，其中最为重要的几项工作其思路之新颖，方法之精巧都闪烁着科学的智慧之光。一. 遗传密码的试拼　1954年科普作家Gamov,G.对破译密码首先提出了挑战。他以著有《奇异王国的汤姆金斯》等优秀的科学幻想作品而著称，具有丰富的想象力，但他不是一位实验科学家，所以只能从理论上来尝试密码的解读。他在《Nature》

4、杂志首次发表了遗传密码的理论研究的文章，指出“氨基酸正好按DNA的螺旋结构进入各自的洞穴”。他设想若一种碱基与一种氨基酸对应的话，那么只可能产生4种氨基酸，而已知天然的氨基酸约有20种，因此不可能由一个碱基编码一种氨基酸。若2个碱基编码一种氨基酸的话，4种碱基共有42=16种不同的排列组合,也不足以编码20种氨基酸。因此他认为3个碱基编码一种氨基酸的就可以解决问题。虽然4个碱基组成三联密码，经排列组合可产生43=64种不同形式，要比20种氨基酸大两倍多，但若是四联密码，就会产生44=256种排列组合。相比之下只有三联体（triplet）较为符合20种氨基酸。后来

5、的实验证实这一推测是完全正确的。但人们不禁要问在三联体中的每个碱基作为信息只读一次还是重复阅读呢？Gamov也许是考虑到效率的问题，认为一个碱基可能被重复读多次，也就是说遗传密码的阅读是完全重叠的，因此氨基酸数目和核苷酸数目存在着一对一的关系。这一假定非常简洁地解释了核苷酸间距和多肽链上邻接氨基酸的间距（0.36nm）之间显示了明显的相关性。若真如此，重迭密码对多肽链上氨基酸的序列就形成了一种限制。例如，具有完全重迭密码的密码子ATC，后面接着的密码子一定是TC开头，那么相应的氨基酸的顺序也会受到限制。再者若是重迭密码，那么任何一个碱基的突变都会影响到相连的3个

6、重迭密码子，即三个氨基酸都会发生改变，但事实并非如此。1957年Brenner,S.发表了一篇令人兴奋的理论文章，他通过蛋白质的氨基酸序列分析，发现不存在氨基酸的邻位限制作用，从而否定了遗传密码重迭阅读的可能性。同时人们也发现在镰刀形细胞贫血的例子中，血红蛋白中仅有一个氨基酸发生改变。说明Gamov的后一推论是错误的。这就是智者千虑，必有一失。很多著名的科学家也有过类似的失误。在资料较少的情况下，对未知的真理作出推断，难免会发生偏差，人们对他们的那种敏锐、大胆、睿智和创新的精神，巧妙的构思仍敬佩不已。　二. 三联密码的验证1961年Crick和Brenner,S

7、.等设计了一个实验，有力地证实了三联密码的真实性。他们用T4染色体上的一个基因（rⅡ位点）通过用原黄素（proflavin）处理，可以使A插入或删除单个碱基，插入叫“加字”突变，删除叫“减字”突变，无论加字和减字都可以引起移码突变（图14-1）。Crick小组用这种方法获得一系列的T4“加字”和“减字”突变，再进行杂交来获得加入或减少2个、3个不同碱基数的系列突变。悉尼·布雷内（S.Brenner,）（1927～）开始用原黄素诱导的突变称FCO，它们只能在E.coli B菌株上生长形成噬菌斑，而不能在K菌株上生长，然后他们再用原黄素诱导产生回复突变，在E.col

8、i K（λ）菌株中出现了