葉梓

摘 要：早先人類一直不知道DNA中的遺傳信息是如何轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)的，這種情況即使持續(xù)到雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)和中心法則提出也沒有得到改觀。直到美國分子生物學(xué)家尼倫伯格首先破譯出了第一個遺傳密碼，才籍此揭開了遺傳密碼的神秘面紗。

關(guān)鍵詞：遺傳密碼；氨基酸序列；馬歇爾·尼倫伯格；美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）；萊德-尼倫伯格實驗

1 前言

尼倫伯格在1927年4月1日出生，自小就對生物學(xué)有著非同尋常的熱愛，能經(jīng)常從自然中觀察并且發(fā)現(xiàn)問題。在密歇根大學(xué)獲得博士學(xué)位后，他因?qū)z傳密碼這一方面的濃厚興趣便一直在美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）研究蛋白質(zhì)合成的相關(guān)問題。1953年，DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)被英國的克里克和美國的沃森所發(fā)現(xiàn)，這奠定了DNA分子生物學(xué)研究的基礎(chǔ)，卻仍舊解釋不了人類對DNA發(fā)揮功能的機制的疑問。1958年，中心法則被克里克提出，闡述了 DNA的遺傳信息轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息的思想。在當(dāng)時，人們已知DNA的遺傳信息蘊藏在4種堿基A、T、G、C的排列順序之中，而蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)信息則在20種氨基酸的排列順序中，這種對應(yīng)關(guān)系被稱為遺傳密碼，但其具體的對應(yīng)關(guān)系仍然是未知的，這是1950年代末分子生物學(xué)領(lǐng)域急需解決的重大問題之一。

2 遺傳密碼破譯及其在蛋白質(zhì)合成中的作用發(fā)現(xiàn)歷程

1959年，三聯(lián)體密碼在理論上被克里克和布倫納確立，他們提出信使核糖核酸（mRNA）傳輸信息的理論，此理論又在 1961被一個實驗所證實。但是這64個密碼子分別蘊含著怎樣的意義？哪些對應(yīng)著相應(yīng)的氮基酸？應(yīng)該如何破解？諸多問題仍然困擾著當(dāng)時的人類。

同樣是在1959年，尼倫伯格對遺傳密碼這個問題產(chǎn)生了濃厚的興趣。他想知道RNA是否是DNA與蛋白質(zhì)之間的信使，但他未受過正規(guī)的分子遺傳學(xué)訓(xùn)練，只是業(yè)余時間學(xué)習(xí)了少許相關(guān)知識。因此，他開始請教周圍有相關(guān)研究背景的同事。但同事們卻都勸他放棄，他們認為尼倫伯格從事一個全新領(lǐng)域是一種十分不智的行為，相當(dāng)于是 “學(xué)術(shù)自殺”。但尼倫伯格沒有放棄他的研究，尤其是1960年擅長研究的馬特伊的到來更是加速了他的研究進程。

1961年5月的某天晚上，按照尼倫伯格的想法，馬特伊利用放射性進行了著名的尼倫伯格-馬特伊實驗，并通過這個實驗確定了UUU代表苯丙氨酸的遺傳密碼。他們也因此確定了信使RNA（mRNA）的存在并破解出了首個遺傳密碼。此外，同年8月的國際生物化學(xué)大會，他的論文在科學(xué)界以及大眾媒體上引發(fā)的轟動更讓尼倫伯格堅定了全面破譯遺傳密碼的決心。

1963年，醫(yī)學(xué)博士萊德加入了尼倫伯格的團隊，他根據(jù)當(dāng)時已發(fā)現(xiàn)了的三種RNA，及它們在蛋白質(zhì)翻譯過程中的作用開發(fā)出了萊德-尼倫伯格實驗即三聯(lián)體-核糖體結(jié)合實驗。利用這種實驗，尼倫伯格的研究小組迅速破譯了所有20種氨基酸的遺傳密碼，與此同時威斯康星大學(xué)生物化學(xué)家哈爾·柯拉納也用其他方法獲得了和尼倫伯格一致的結(jié)果，進一步證明了結(jié)果的可靠性。到了1966年，人們用破譯出的64種遺傳密碼建立了第一張遺傳密碼表，同時密碼的通用性也被尼倫伯格團隊所發(fā)現(xiàn)。這項發(fā)現(xiàn)具有十分重要的哲學(xué)意義，它意味著地球上所有生命形式都使用相同的語言，隨后對其廣泛的研究更是進一步證實了這個結(jié)論。

3 遺傳密碼之父尼倫伯格在遺傳密碼研究的貢獻

1968年，尼倫伯格因為對遺傳密碼及其在蛋白質(zhì)合成過程方面做出的突出貢獻與霍利、科拉納獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎，他多年研究遺傳密碼的努力自此也終于得到了認可。之后，遺傳密碼破譯項目的完成也使得尼倫伯格去選擇了更有挑戰(zhàn)性的神經(jīng)生物學(xué)。就在他最初撰寫諾貝爾獎頒獎典禮的演講稿時，也曾考慮將遺傳密碼和神經(jīng)密碼類比的內(nèi)容寫入，雖然后來考慮到嚴(yán)謹(jǐn)性刪除了這些材料。但他對神經(jīng)細胞瘤十幾年的研究，也為他自己在生物化學(xué)和分子生物學(xué)方面積累了更多的寶貴經(jīng)驗。

尼倫伯格先后獲得過哈佛大學(xué)、密歇根大學(xué)和芝加哥大學(xué)等多所大學(xué)的榮譽博士學(xué)位，同時還是美國科學(xué)院院士以及美國藝術(shù)與科學(xué)院院士，除諾貝爾獎外，他還獲得過許多重大的科學(xué)獎項，如美國科學(xué)院分子生物學(xué)獎（1962年）、美國國家科學(xué)獎?wù)拢?965年）、蓋爾德納基金會國際獎（1967年）、富蘭克林獎?wù)拢?968年）、霍維茨獎（1968年）和拉斯克基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)獎（1968年）等。尼倫伯格還意識到自己科研工作的廣泛社會影響力，他認為公眾需要知道并理解這些科學(xué)進展，以更好地決定如何正確運用知識，因此他也一直致力于宣傳科學(xué)。由于他的知名度并不高，他也總被稱為被遺忘的“遺傳密碼之父”，這與他淡泊名利性格以及他所研究的方向太過深奧是不無關(guān)系的。但是他本身就是一個不在乎榮譽的人，NIH主任科林斯稱尼倫伯格為“科學(xué)巨人之一”。萊德說他“對科研總是充滿激情和熱情，每兩到三分鐘就會出現(xiàn)一個新思想”。2010年1月15日，對生物學(xué)的發(fā)展和人類社會的進步做出了不可磨滅的貢獻的尼倫伯格由于一種罕見的神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤而在曼哈頓家中去世了，享年82歲。

4 結(jié)語

當(dāng)前，遺傳密碼子的起源進化及擴張領(lǐng)域已經(jīng)成為了遺傳密碼子新的研究重心并且成為當(dāng)今基因組學(xué)研究的熱點命題之一。此外，無義密碼子的再定義及遺傳密碼的擴張等研究也使遺傳密碼子的科學(xué)內(nèi)涵更加豐富，使得生命學(xué)研究得到了進一步的發(fā)展。相信隨著遺傳密碼研究信息的不斷積累，其在基因組學(xué)、醫(yī)學(xué)等研究領(lǐng)域的應(yīng)用價值將會越來越明朗。

參考文獻

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（作者單位：河南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院）