遺傳密碼的破譯中的一個(gè)問題

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1、遺傳密碼的破譯中的一個(gè)問題遺傳密碼的破譯自從“一基因一酶”學(xué)說建立（1941年）以后，人們逐步地認(rèn)識(shí)到基因和蛋白的關(guān)系?！爸行姆▌t”提出后更為明確地指出了遺傳信息傳遞的方向，總體上來說是從DNA→RNA→蛋白質(zhì)。那么DNA和蛋白質(zhì)之間究竟是什么關(guān)系？或者說DNA是如何決定蛋白質(zhì)？這個(gè)有趣而深?yuàn)W的問題在五十年代末就引起了人們的極大興趣。早在1944年理論物理學(xué)家ErwinSchriodinger發(fā)表的《什么是生命》一書中就大膽地預(yù)言，染色體是由一些同分異構(gòu)的單體分子連續(xù)所組成。這種連續(xù)體的精確性組成了遺傳密碼。他認(rèn)為同分異構(gòu)單體可能作為一般民用的莫爾斯電碼的兩個(gè)符

2、號(hào)：“·”、“—”，通過排列組合來儲(chǔ)存遺傳信息。此時(shí)遺傳物質(zhì)的化學(xué)本質(zhì)尚未確定，同年Avery雖成功地完成了體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，但尚未改變?nèi)藗冋J(rèn)為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的傳統(tǒng)觀念。十年后DNA雙螺旋模型才得以建立，在這樣的背景下能將遺傳信息設(shè)想成一種電碼式的遺傳密碼形式，實(shí)在是一種超越時(shí)代的遠(yuǎn)見卓識(shí)。1953年雙螺旋模型的建立，給予科學(xué)家們以很大的激勵(lì)。破譯遺傳密碼也就成了勢(shì)在必行的工作。薛丁諤（ESchriodinger）（1887～1963）要破譯一個(gè)未知的密碼，一般的思路就是比較編碼的信息，即密碼和相應(yīng)的譯文。對(duì)于遺傳密碼來說最簡(jiǎn)單的破譯方法應(yīng)是將DNA順序或mRNA

3、順序和多肽相比較。但和一般破譯密碼不同的是，遺傳信息的譯文——蛋白的順序是已知的，未知的都是密碼。1954年Sanger用紙層析分析了胰島素的結(jié)構(gòu)后，對(duì)蛋白質(zhì)的氨基酸序列了解得越來越多。但是直到1965年前后經(jīng)歷了十年時(shí)間，多位科學(xué)家的執(zhí)著研究才破譯了遺傳密碼，其中最為重要的幾項(xiàng)工作其思路之新穎，方法之精巧都閃爍著科學(xué)的智慧之光。一.?遺傳密碼的試拼　1954年科普作家Gamov,G.對(duì)破譯密碼首先提出了挑戰(zhàn)。他以著有《奇異王國(guó)的湯姆金斯》等優(yōu)秀的科學(xué)幻想作品而著稱，具有豐富的想象力，但他不是一位實(shí)驗(yàn)科學(xué)家，所以只能從理論上來嘗試密碼的解讀。他在《Nature》

4、雜志首次發(fā)表了遺傳密碼的理論研究的文章，指出“氨基酸正好按DNA的螺旋結(jié)構(gòu)進(jìn)入各自的洞穴”。他設(shè)想若一種堿基與一種氨基酸對(duì)應(yīng)的話，那么只可能產(chǎn)生4種氨基酸，而已知天然的氨基酸約有20種，因此不可能由一個(gè)堿基編碼一種氨基酸。若2個(gè)堿基編碼一種氨基酸的話，4種堿基共有42=16種不同的排列組合,也不足以編碼20種氨基酸。因此他認(rèn)為3個(gè)堿基編碼一種氨基酸的就可以解決問題。雖然4個(gè)堿基組成三聯(lián)密碼，經(jīng)排列組合可產(chǎn)生43=64種不同形式，要比20種氨基酸大兩倍多，但若是四聯(lián)密碼，就會(huì)產(chǎn)生44=256種排列組合。相比之下只有三聯(lián)體（triplet）較為符合20種氨基酸。后來

5、的實(shí)驗(yàn)證實(shí)這一推測(cè)是完全正確的。但人們不禁要問在三聯(lián)體中的每個(gè)堿基作為信息只讀一次還是重復(fù)閱讀呢？Gamov也許是考慮到效率的問題，認(rèn)為一個(gè)堿基可能被重復(fù)讀多次，也就是說遺傳密碼的閱讀是完全重疊的，因此氨基酸數(shù)目和核苷酸數(shù)目存在著一對(duì)一的關(guān)系。這一假定非常簡(jiǎn)潔地解釋了核苷酸間距和多肽鏈上鄰接氨基酸的間距（0.36nm）之間顯示了明顯的相關(guān)性。若真如此，重迭密碼對(duì)多肽鏈上氨基酸的序列就形成了一種限制。例如，具有完全重迭密碼的密碼子ATC，后面接著的密碼子一定是TC開頭，那么相應(yīng)的氨基酸的順序也會(huì)受到限制。再者若是重迭密碼，那么任何一個(gè)堿基的突變都會(huì)影響到相連的3個(gè)

6、重迭密碼子，即三個(gè)氨基酸都會(huì)發(fā)生改變，但事實(shí)并非如此。1957年Brenner,S.發(fā)表了一篇令人興奮的理論文章，他通過蛋白質(zhì)的氨基酸序列分析，發(fā)現(xiàn)不存在氨基酸的鄰位限制作用，從而否定了遺傳密碼重迭閱讀的可能性。同時(shí)人們也發(fā)現(xiàn)在鐮刀形細(xì)胞貧血的例子中，血紅蛋白中僅有一個(gè)氨基酸發(fā)生改變。說明Gamov的后一推論是錯(cuò)誤的。這就是智者千慮，必有一失。很多著名的科學(xué)家也有過類似的失誤。在資料較少的情況下，對(duì)未知的真理作出推斷，難免會(huì)發(fā)生偏差，人們對(duì)他們的那種敏銳、大膽、睿智和創(chuàng)新的精神，巧妙的構(gòu)思仍敬佩不已?！《??三聯(lián)密碼的驗(yàn)證1961年Crick和Brenner,S

7、.等設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，有力地證實(shí)了三聯(lián)密碼的真實(shí)性。他們用T4染色體上的一個(gè)基因（rⅡ位點(diǎn)）通過用原黃素（proflavin）處理，可以使A插入或刪除單個(gè)堿基，插入叫“加字”突變，刪除叫“減字”突變，無論加字和減字都可以引起移碼突變（圖14-1）。Crick小組用這種方法獲得一系列的T4“加字”和“減字”突變，再進(jìn)行雜交來獲得加入或減少2個(gè)、3個(gè)不同堿基數(shù)的系列突變。悉尼·布雷內(nèi)（S.Brenner,）（1927～）開始用原黃素誘導(dǎo)的突變稱FCO，它們只能在E.coli?B菌株上生長(zhǎng)形成噬菌斑，而不能在K菌株上生長(zhǎng)，然后他們?cè)儆迷S素誘導(dǎo)產(chǎn)生回復(fù)突變，在E.col

8、i?K（λ）菌株中出現(xiàn)了