遗传密码的破译过程

遗传密码的破译过程

G161001安夏

1953年，美国生物学家沃森（James Watson,1928-）和英国物理学家克里克（Francis Crick,1916-2004）推断出DNA的双螺旋结构之后，分子生物学蓬勃地发展起来。沃森和克里克在《DNA结构的遗传学意义》中提出：“碱基的排列顺序就是携带遗传信息的密码。”也就是说，碱基的中含有特定的遗传信息，这种遗传信息能被翻译成蛋白质上氨基酸特定的顺序。许多科学家的研究，使人们基本了解了遗传信息的流动方向：DNA→mRNA（信使RNA）→蛋白质。也就是说蛋白质由信使RNA指导合成，遗传密码存在于mRNA上。

从1953年提出遗传密码问题到1966年破译全部遗传密码，先后经历了五十年代的数学推理阶段和1961-1965年的实验研究阶段。

1954年，物理学家伽莫夫（George Gamov）根据在DNA中存在四种核苷酸，在蛋白质中存在二十种氨基酸的对应关系，做出如下数学推理:如果每一个核苷酸为一个氨基酸编码，只能决定四种氨基酸；如果每二个核苷酸为一个氨基酸编码，可决定16种氨基酸。上述二种情况编码的氨基酸数小于20种氨基酸，显然是不可能的。那么如果三个核苷酸为一个氨基酸编码的，可编64种氨基酸；若四个核苷酸编码一个氨基酸，可编码256种氨基酸，以此类推。伽莫夫认为只有三个核苷酸为一个氨基酸编码的关系是理想的，因为在有四种核苷酸条件下，64是能满足于20种氨基酸编码的最小数。而四个核苷酸为一个氨基酸编码的关系，虽能保证20种氨基酸编码，但不符合生物体在亿万年进化过程中形成的和遵循的经济原则，因此认为四个以上核苷酸决定一个氨基酸也是不可能的。

1961年，克里克等人在《自然》杂志上发表了一篇题为“蛋白质遗传密码的一般性质”的论文，提出遗传密码具有下列性质：（1）3个碱基编码一个氨基酸，称为“三联体”，又叫“密码子”；（2）遗传密码互不重叠；（3）碱基序列从固定起点开始读取；（4）有些氨基酸可能对应多个三联体。他们通过对基因的移码突变的分析，发现当构建三重突变体时，只有三次都是添加一个碱基的突变或三次都是减少一个碱基的突变，这个基因产物的功能就不会受到较大干扰，也就是说，添加或删除一个碱基分别对应在其氨基酸序列上添加或删除一个氨基酸，由此证明三个核苷酸组成一个密码子。

美国生化学家尼伦伯格（Nirenberg .M）和德国化学家马特伊（Matthaei .J）用仅含有单一碱基的多聚尿苷酸（Poly-U），做试管内合成蛋白质的研究。把多聚尿苷酸放入无细胞蛋白质合成系统，得到由单一一种氨基酸组成的蛋白质。这样合成的蛋白质中，只含有苯丙氨酸（Phe）。于是，人们了解了第一个蛋白质的密码：UUU对应苯丙氨酸。这个实验指出了完全阐明遗传密码的途径。

随后，又有人用U—G交错排列合成了半胱氨酸—缬氨酸—半胱氨酸的蛋白质，从而确定了UGU为半胱氨酸的密码，而GUG为缬氨酸的密码。这样，人们不仅证明了遗传密码是由3个碱基排列组成，而且不断地找出了其他氨基酸的编码。1966年破译全部64个密码子。进一步研究发现，不论生物简单到只一个细胞，还是复杂到与人一样高等，遗传密码是一样的。也就是说，生物共用一套遗传密码。

参考文献：论文《遗传密码是怎样破译的》作者：向义和

《陈阅增普通生物学》