生命的密码

生命的密码

了解了蛋白质的合成过程，你可能会提出这样一个问题：为什么遗传密码是三联体密码呢？提起解读密码，人们马上会想到战争时期的间谍活动，谍报人员从杂乱无章的数字或符号中寻找出某种意思。生命的密码与敌人的情报不一样，生命的密码是隐藏于自身的密码，揭开它的秘密更不是一件容易的事。

自从20世纪50年代末至60年代初，科学家们对遗传密码的解读发生了浓厚的兴趣。在密电码传递信息的启发下，美国物理学家盖莫夫首先对这个问题进行了挑战。盖莫夫既不是生物学家，也不是实验科学家，他只能从理论上用简单的数学演算方法尝试密码的解读。盖莫夫没有用核酸的碱基A、T、G、C符号，而是用扑克牌中的梅花、黑桃、方块和红桃来代替。他设想，如果每种纸牌与1种氨基酸相对应，那么只能产生4种氨基酸，“门不当，户不对”。氨基酸有20种，碱基只有4种，不可能一一对应，1个字母（碱基）与1种氨基酸相对应是不可能的。那么，2个碱基与1种氨基酸对应又如何呢？4×4＝16，只能产生16种氨基酸，还不够数。因此，盖莫夫认为可能是3个碱基决定1种氨基酸。3种碱基组合的方式有4³＝64，也就是说可以产生64种氨基酸。这又比20种氨基酸的数字大了2倍以上，怎样解决这个矛盾呢？于是他又假设1种氨基酸可以用几组碱基密码来表达，这样便把氨基酸和碱基组对应了起来，整个假设的数学形式也就很完美了。

但是，这纯粹是想当然的数学假说。究竟在生物体内是否是事实呢？难道一个千古之谜就这样轻易地被一个生物学的“外行”解开了吗？

1958年，当盖莫夫的假说几乎被人们遗忘的时候，克里克出人意料地提出了生命信息传递的“中心法则”，他确认遗传密码存在于DNA中，并被转录到RNA上，在蛋白质的合成中，RNA上的每3个碱基像密码子一样，决定着某种氨基酸，同时又决定着蛋白质的种类。克里克提出这个法则以后，虽然被公认了，但仍面临着一项重大的任务：某种氨基酸的产生，究竟是哪3个碱基的怎样的排列组合呢？也就是说，构成遗传密码的基本内容到底是什么呢？

在20世纪60年代第一个春天，美国著名科学家尼伦伯格领导的生物化学研究小组，应用人工合成核苷酸链进行蛋白质合成实验首战告捷。他们首先合成了全由一种尿嘧啶核苷酸组成的RNA链，比如UUUUUU U……利用它在试管中合成了全是由苯丙氨酸组成的肽链。从而确定了苯丙氨酸的密码是UUU，终于破译了第一个遗传密码。以后，尼伦伯格和另外一些实验小组用相似的方法进行着蛋白质合成试验。如用人工合成的AAAAAA……链，在试管中合成的全是由赖氨酸组成的蛋白质；用CCCCCC……合成的全是由脯氨酸组成的蛋白质。这样便又了解到：AAA是赖氨酸的密码；CCC是脯氨酸的密码。然后利用各种核苷酸的搭配，最终找出了64种密码子对应的氨基酸，编出了一本“密码字典”。在这个“密码字典”中，左、上、右三面的U、C、A、G字母都代表RNA碱基。因为细胞里合成蛋白质时，是由RNA到DNA那里转录出的副本，所以知道副本就可以推算正本的内容。查“密码字典”的时候，你先取左边（第一个碱基）一个字母，再取上面（第二个碱基）的一个字母，最后取右边（第三个碱基）的一个字母，合起来就是一个氨基酸，也就是一个“字”。例如CUU代表亮氨酸、CCC代表脯氨酸、CAU代表组氨酸、CGA代表精氨酸……从“密码字典”中可以看出，除甲硫氨酸和色氨酸外，其他氨基酸都具有两组以上的对应密码子。更有趣的是，密码里还有句号，没有对应的氨基酸：用来表示氨基酸连成一个段落，蛋白质合成到此为止。这部“天书”的发现，使生物学家们惊叹不已，生命的密码竟如此精密无瑕。

然而，科学家们又面临着一个严肃的问题：这些在生物体外破译的密码与生物体内的是否一致呢？美国的一些科学研究小组很快就解答了这个问题。他们以大肠杆菌和噬菌体为研究对象，在试验过程中积累了大量的资料，并对此进行了详细的分析、对照，他们兴奋地发现，通过体外试验破译的密码，跟在大肠杆菌和噬菌体中检测出的密码完全吻合。

更令人瞠目结舌的是，从大肠杆菌和噬菌体上检测出的密码，竟然与地球上所有的生物都毫无两样（后来发现也有很少量差别）。这也就是说，整个生物界，从病毒到高等植物，从变形虫到人类，在细胞里合成蛋白质的基本原理是一致的，都包括两个基本步骤：转录和翻译；都用基本上相同的遗传密码；都涉及到三种RNA；都用相同的能源；都需要相似的酶。特别是整个生物界的最基本的生命活动都服从于密码表的规定。因此，如果说19世纪30年代德国细胞学家施莱登和施旺确定的细胞学说（所有的生物都是由细胞构成的），是从细胞水平上论证了生物界的统一性，那么，20世纪60年代中期分子遗传学家们所揭露的遗传密码表则是从分子水平上论证了生物界的统一性。

遗传密码表的发现不仅具有重要的理论意义，而且具有重大的实践价值。因为既然生命密码在生物界是统一的，那么必然也是通用的。这样，在了解了核苷酸和氨基酸对应关系的基础上，人们才有可能去着手解决人工合成基因的问题，才有可能对生命的堡垒实行大胆突破。由于遗传密码在生物界是通用的，人们也才有可能实现不同生物之间的基因转移，从不同的生物里选取有用的基因，进行增删、修补和替换，从而创造出举世无双的新生物。例如，有人把烟草花叶病毒的密码放入大肠杆菌中，大肠杆菌就制造出了烟草花叶病毒蛋白质；有人把鸭子血红蛋白的信使RNA密码，注入兔子的卵细胞里，结果受精后发育出来的兔子的红细胞中出现了鸭子血红蛋白。有人把大老鼠的生长素基因注入到小老鼠的受精卵里，结果长出了大老鼠，而且代代相传。你看，发现生命密码的意义有多重大呀！世界人民为了感谢他们，对破译密码有功的科学家，如尼伦伯格、柯拉纳等都给予了极高的荣誉，使他们得到了科学最高的奖赏——诺贝尔奖。