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第二章 DNA生命密码(第4页)

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当年沃森与克里克原论文上的DNA图像,那幅结构如两条阶梯互相旋转缠绕的图像,是由克里克的艺术家妻子欧迪勒(Odile)绘制的,半个世纪来不断被重复使用,从未改动(图2.2)。

20世纪60年代,沃森所写的《双螺旋》描绘了现代科学的面貌,这本书的影响力如此之大,以致让生命都艺术了起来。

我还在读书时就因看了这本书,整天梦想着获得诺贝尔奖和能名留青史的贡献。

在那时,我对于科学的印象几乎全部来自沃森的书。

之后进入大学,发现现实与我对科学的期望并不一致,梦想破灭是必然的,其间我开始攀岩寻求刺激。

等到好几年之后,我才渐渐领悟研究的魅力,重新找回科学带来的兴奋。

然而当时我在大学所学的,几乎全部都是沃森与克里克1950年还不知道的,但在现在已是理所当然的事。

比如“基因编码蛋白质”

,这一观点在20世纪50年代早期还未在科学家之间达成共识。

沃森1951年来到剑桥大学时,还因为被怀疑论者如马克斯·佩鲁茨(MaxPervtz)和约翰·肯德鲁(JohnKendrew)等人质疑而感到恼怒。

然而对于佩鲁茨与肯德鲁而言,连最基本问题,比如“基因”

到底是DNA还是蛋白质,都还没有被完全证实,更遑论其他。

尽管当时并不清楚DNA的分子结构,我们却已摸透了它的化学成分,也知道它的成分在各物种间几乎一样。

如果说基因是遗传物质,并且决定了每个个体甚至每个物种之间的巨大差异,那么像DNA这种化学组成单调的东西,从细菌到植物到动物的几乎都一样,怎么可能解释生命的丰富与多样性?反而组成成分变化无穷的蛋白质,看上去更适合承担这项遗传工作。

图2.2 DNA的双螺旋结构,显示这两条螺旋如何互相缠绕。

把这两条螺旋解开的话,每一条都可以当作模板,合成全新而互补的另一条。

当时只有沃森以及少数的生物学家深信美国生物化学家奥斯瓦德·艾弗里(OswaldAvery)的实验结果。

艾弗里在1944年发表的研究显示,遗传物质是DNA。

沃森的热忱与信念鼓舞了克里克,促使他动手解决DNA的结构问题。

一旦结构问题被解决,解码就近在咫尺。

然而当时关于这方面的知识是如此缺乏,必定会再次让现代人觉得惊讶。

DNA看起来就是一连串字母随机组合成的无尽长链。

要找出这个序列的某段顺序如何对应某种蛋白质,在理论上似乎并不困难,因为蛋白质是由一连串的子单元组成的,所谓的子单元就是氨基酸。

因此,想必DNA序列可以与氨基酸序列一一对应。

而如果DNA字母是万物通用的,毕竟似乎所有物种的DNA成分都一样,那么DNA对应氨基酸的方式应该也是万物通用的。

但这一切在当时还不为人知,而且几乎也没人想过这种对应关系,直到沃森与克里克在老鹰酒吧里坐下来,在午餐时间写出那经典的20种氨基酸,就是今天教科书里会写的那20种。

惊讶吗?这两人都不是生物化学家,但他们却是第一个找到正确答案的人。

现在问题变成了一个数学游戏,和详细的分子机制无关(我们却要死记硬背这些分子机制)。

四种DNA字母要编码20种氨基酸。

绝不可能是一对一编码,也不可能是二对一编码,因为两个字母最多只能组成16种组合(4×4)。

因此,最低要求是三个字母,也就是DNA序列里面最少要有三个字母对应到一个氨基酸,被称为三联密码,后来被克里克和西德尼·布伦纳(SydnegBrenncr)证实。

但是这样看起来似乎很浪费,因为用四种字母组成三联密码,总共可以有64种组合(4×4×4),这样应该可以编码64个不同的氨基酸,那为什么只有20种氨基酸呢?一定有一个神奇的答案来解释为什么4种字母,3个一组,拼成64个单词,然后编码20种氨基酸。

很巧的是,第一个尝试解答这个问题的人也不是生物学家,而是热情洋溢的俄裔美籍天文物理学家乔治·伽莫夫(Geamow),他因提出大爆炸理论而广为人知。

伽莫夫认为,DNA序列可以直接生产蛋白质,氨基酸分子可以嵌入双螺旋间的钻石型凹槽内来合成蛋白质。

不过伽莫夫的理论是纯数学的,因此当他知道蛋白质并非在细胞核里合成,所以也就不可能和DNA直接接触时,也完全不在意。

这个想法只剩下理论性的内容,而没有生物方面的意义。

伽莫夫主张一种相互重叠的三联密码,这是密码学家的最爱,因为这可以使信息密度最大化。

假设有一段DNA序列为ATCGTC,那第一个“字”

(术语叫作密码子)就是ATC,第二个字是TCG,第三个字是CGT,以此类推。

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