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解密生命 作者: 周祥 生命密码 在层层剥离生命的奥秘显现出生命的全部密码之前，很有必要提一提蛋白质。这个名词对于许多人都不会陌生，“高蛋白”几乎成了高营养的代名词。虽然蛋白质在生物学上的重要性并非全在于营养方面，但是，在生命体这座雄伟大厦的图纸上，真正构筑起大厦并行使各种功能的主要还是蛋白质，它是生命功能最忠实的执行者。 蛋白质是一类含氮的生物高分子，其基本组成单位是氨基酸。构成蛋白质的氨基酸只有20种，其中有8种是人体内无法合成的，需要从食物中摄取。蛋白质可以分为两大类，一类是简单蛋白质，它们的分子只由氨基酸组成，另一类是结合蛋白质，它们的分子由氨基酸和部分非蛋白质部分组成，结构相当复杂…··二总之，蛋白质是一种高分子有机化合物，种类繁多。由于不同生命体细胞内存在着不同的蛋白质，所以生命体能显示出不同的性状。 显然，生命体无法直接将它特有的蛋白质传递给后代，犹如父母并不能把他们的眼睛、鼻子、嘴唇直接传给子女一样。在这一具有决定性意义的传递过程中，起关键作用的只有DNA，DNA可以把遗传信息表现为细胞的结构和功能，它可以“指示”细胞合成自身生命活动所需要的一切蛋白质，蛋白质再进而显示出生物体的遗传性状。 那么，DNA如何“指示”细胞合成蛋白质？这一过程的复杂程度在人们没有破译出生命遗传密码之前几乎难以设想。因为DNA是由4种碱基组成，而蛋白质却由20种氨基酸组成，4种碱基若能够决定20种氨基酸的排列组合，一定会有某种特别的编码方式。1944年，著名的量子物理学家薛定愕出版了《生命是什么》一书，提出了遗传密码的思想。薛定愕认为，莫尔斯电码只用了点和划两种符号便可产生几十种代号，基因分子的编码方式必定具有雷同之处。薛定愕未能走得再远一些，而是把这个很伤脑筋的问题留给了业余生物爱好者、美国天文学家盖莫夫。1953年沃森和克里克关于DNA双螺旋结构模型发表之后，盖莫夫在1954年2月便提出了一个大胆的设想：DNA分子中的4种核音酸分解形成各种不同的组合，每一种组合就是一种氨基酸的符号。盖莫夫的设想立即在美国招致非议，倒不是他说得没有道理，而是他作为一个天文学家，“管得太宽了”，不该在生物学界“评头论足”。盖莫夫只好转而求助于丹麦的一家科学杂志，没想到引起了很多物理学家的关注。1955年，这些物理学家凭借着惊人的抽象思维能力，提出了三个核音酸组合在一起决定着一个氨基酸的设想。 1957年，克里克在吸收物理学家关于DNA组合编码的思想、对核苷酸可能是蛋白质合成的密码进行研究时提出了“三联体密码”假说：在DNA分子中，三个核苷酸组成一种氨基酸的密码，除了每个氨基酸有自己的“三体密码子”外，多余的密码子是蛋白质合成或终止合成的符号。此外，也确实存在着一种氨基酸有几种不同的密码子的情况。至此，纷繁复杂的生命最终在三体密码的基础上获得了统一，基因的真实面目也大白于天下：它只是一个密码的系统，而不是人们原先想像的那样是某种神秘的物质实体。生物界从最简单的病毒到最高等的人类，基本活动都是合成蛋白质的活动，而且无一例外地都服从统一的、由核各酸组合而成的密码的支配。所有的生物都在按照这个密码体系进行着生命接力棒的传递。接下来又发生了一件轰动20世纪生命科学界的大事。20世纪60年代，美国生物学家尼伦伯格等人破译了DNA中核苷酸组合成的生命遗传密码。1961年，美国生物学家尼伦伯格等人合成了由许多“尿核青酸”连结成的长链，称为“多聚尿着酸（U－U－U－U……）”，他们把这条人工合成的长链加入含有多种氨基酸、酶、核糖体和一些合成蛋白质所必需的溶液中。不久，奇迹出现了，这种溶液中形成了一条只有苯丙氨酸连接而成的多肽链。于是，尼伦伯格等人断定苯丙氨酸的三联体密码是U－UU。此后，尼伦伯格等人进行了更为复杂的试验，并采用类似的方法确定了亮氨酸、异亮氨酸等多种氨基酸的密码。到了1967年，他们破译了20余种氨基酸的密码，还发现了不少代表着起始、终止和标点的密码。后来，人们把尼伦伯格等人破译的生命遗传密码组合成一部精致的密码字典，利用这部特殊的字典便可以随心所欲地找到各种氨基酸和它所对应的遗传密码。 查阅遗传密码字典的时候，先取左边（第一碱基）的一个字母，再取上面（第二碱基） 的一个字母，最后，再取右边（第三碱基）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。非常有趣的是，密码里还有句号，用来表示氨基酸连成I一个段落。不妨借助这部生物字典翻译下列一段密码：GCA（丙氨酸）、AAC（天冬酚胺）、UCC（丝氨酸）。GGU（甘氨酸）、AUC（异亮氨酸）、UAC（酪氨酸）、UAA（句号）、UAG（句号）、GGA（甘氨酸）、UUA（亮氨酸）、CCC（脯氨酸）、AUG（甲硫安酸）、UCG（丝氨酸）、AAG（赖氨酸）、ACA（苏氨酸）、AAG（赖氨酸）。原来，它就是噬菌体R17身上的部分遗传密码。科学家指出，从细菌到人类的一切生物的遗传密码都能从遗传密码字典上找到（附：遗传密码字典）。 当科学家们破译了决定生命基础的蛋白质的氨基酸合成密码后，遗传信息的传递机理便成了人们迫切渴望获知的热门话题。可是，在当时，对遗传信息的传递过程作出合情合理的解释，实在令人望而生畏。因为细胞学所掌握的事实是，所有DNA都在细胞核内，而蛋白质却存在于细胞质中，像DNA这样硕大的分子是无法随意进入细胞质的。但是，DNA的遗传密码如果不能被带入细胞质就无法合成特定的蛋白质，换言之，这个密码就无所作为。于是，科学家们大胆地推测，一定有一个传递信息的使者，从DNA那里拷贝了一份密码文件，并带入了细胞质中。那么，这个传递信息的使者染色体是由许多记录遗传信息的小基因区段组成，每一个基因区段负责控制生物一种性状或者负责几种相关的性状，或者是几个基因区段负责控制生物体某方面的性状等等，一旦这些正常基因发生变化就会变成异常基因，相应地由它决定的正常性状也就变成了异常性状。突变基因产生后就会通过精、卵、受精卵传给下一代。但在DNA模型尚未建立之前，弗里斯无法很好地解释突变的内在机制。 弗里斯的突变理论后来不断得到证实。较为著名的有这样一个实例：是谁呢？经过试验和观察，人们终于发现，这个信使就是RNA。RNA在合成蛋白质过程中的作用很快被实验所证明：科学家们用一种除去DNA的酶除去细胞中99％的DNA，结果发现细胞仍有合成蛋白质的能力，而如果用另一种除去RNA的酶，只要除去35％的RNA，细胞就彻底失去了合成蛋白质的能力。 RNA的结构与DNA极为相似，也是由核苷酸连接而成的长链，只不过DNA是双链，RNA是单链。如果在DNA单链的鸟源吟（G）处连上一个跑呼咬（C），在腺瞟吟（A）处接上一个尿喷院（U），这样形成的一条新链就是RNA。 现在，人们已经知道，细胞核内DNA的遗传信息必须由RNA翻译过来并带入细胞质才能合成蛋白质。可是，细胞为什么不直接把氨基酸直接运到细胞核中的DNA那里合成，却必须要经过RNA的翻译呢？科学家们的回答近似神话，听起来饶有趣味：生物细胞中的DNA可是生物体传宗接代的根本，它如同一份绝密的构造生命的图纸，是万万不能遗失的。所以这份蓝图只能锁在保险箱——细胞核中，只许抄写，不能借出或销毁。此外，DNA分子太大太长，细胞核这个工作车间太小了，装配起来甚为不便，因此，必须依靠翻译家的帮助，才能完成如此程序化的工。于是，在DNA的指挥下，翻译家RNA不辞辛劳，帮助生物体合成各种各样的蛋白质。 在生物界，蛋白质的种类是一个天文数字。仅就人体而言，细胞内的蛋白质可能就有1 种以上，这就是人体表现出各种性状的物质基础。例如子女有的地方像父亲，有的地方像母亲，那是因为子女从父母那里得到了一张独特的生命蓝图，从而合成了表现一定性状的蛋白质，产生了一定的遗传性状。至于子女和父母有许多不像的地方则是因为有些遗传性状受到环境的影响而无法表现。 完成把“密码”语言译成蛋白质的20多种氨基酸语言的重任是由三种RNA共同肩负的，一种是信使RNA（m－RNA）；另一种是转运RNA（t－RNA）；再一种是核糖体RNA（r－RNA），它们不知疲倦地分工协作，有条不紊地进行着自己的本职工作。 当细胞开始制造蛋白质时，细胞核内双螺旋的DNA便分解成为两个单链，信使RNA把DNA上合成蛋白质的密码“抄录”下来，然后被派往细胞质，在细胞质中与蛋白质的制造车间核糖体结合起来。这时候，转运RNA便忙活起来，它能够识别信使RNA上的遗传密码，因此充当了“译员”的角色。转运RNA表现得相当活跃，它来回工作，把相应的游离氨基酸“领到”核糖体那里报到，使不同的氨基酸在核糖体上依据信 |
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