按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
霍利分享了
1968年的诺贝尔医学与生理学奖。
基因的结构就这样控制着某种特定酶的合成。当然，还有许
多问题需要解决，因为基因并不是简单地始终以最高的速度组织
酶的生产。现在基因的工作效率可能很高，过一段时间可能就慢
下来，再过一段时间可能完全停止工作。有些细胞以最大的能力
制造蛋白质，速度非常快，每个染色体每分钟大约结合
1 500万个
氨基酸；有些只是慢慢地制造；有些根本就不制造；但是在一个给
定的生物体内，所有的细胞都具有相同的基因结构。此外，还有
一点，生物体内的每种细胞都是高度特化了的，具有自己特殊的功
能和化学行为。一个细胞合成某种给定蛋白质的速度可能时快时
慢，但是，所有的细胞同样在任何时候都具有相同的基因
结构。
很明显，细胞具有阻断和开放染色体
DNA分子的方法。通
过这种阻断和开放的模式，具有相同基因型的不同细胞可以产生
不同的蛋白质组合，而一个没有改变基因型的特定细胞可以不时
阿西莫夫最新科学指南
阿西莫夫最新科学指南
地产生不同的组合。
1961年，雅各布和莫诺提出，每种基因都有自己的抑制剂，由
一个调节基因负责编码。这种抑制剂可以阻断或释放基因（抑制
剂是阻断还是释放取决于其几何构型，细胞内环境的细微变化即
可改变它的构型）。1967年，这种抑制剂被分离了出来，原来是一
种很小的蛋白质。结果，雅各布、莫诺和他们的一位同事利沃夫一
起获得
1965年的诺贝尔医学与生理学奖。
自
1973年以来，经过艰苦的研究，发现
DNA的长双螺旋
似乎在一串组蛋白分子的一个核心周围缠绕形成一个第二螺旋
（一个超螺旋），所以有一个叫做核小体的连续单元。在这些核小
体里，有些基因被抑制，有些则具有活性，这要取决于结构的细节；
组蛋白可能与那种时常使活性基因抑制或活化的物质有点关系。
（照例，一旦深入研究细节，生物系统总是显得比预想的
复杂。）
信息的传递并不完全是单向地从基因传给酶，同样也有“反
馈”。因而，有一种基因能够形成一种酶，这种酶可以催化苏氨酸
转化成异亮氨酸的反应。异亮氨酸的存在不知为什么可以起到激
活抑制剂的作用，抑制剂就开始停止这种基因产生导致异亮氨酸
存在的那种特定酶。换句话说，当异亮氨酸的浓度增高时，它的合
成就减少；如果浓度下降，基因被开放，就会形成更多的异亮氨酸。
细胞里的化学机器（基因、抑制剂、酶、最终产物）非常复杂，而且相
互间有千丝万缕的联系，因此，不可能很快就全部搞清楚。
但是，还有另一个问题：哪一个密码子同哪一个氨基酸在一起
呢？1961年这个问题开始有了答案，这要感谢美国生物化学家尼
伦伯格和马太的研究。他们开始用的是一种人工合成的核酸，是
根据奥乔亚的方法只用尿嘧啶核苷酸制成的。这种多尿苷酸是
由……
UUUUUUUU……一个长链构成的，所以只具有一种密码
第十三章 细 胞
第十三章 细 胞
于
UUU。
尼伦伯格和马太把这个多尿苷酸加到一个含有各种氨基酸、
酶、核糖体以及合成蛋白质所必须的所有其他成分的系统里，从
这种混合液里偶尔发现了一种只由苯丙氨酸组成的蛋白质，这意
味着
UUU与苯丙氨酸是对等的。密码字典的第一个词条找
到了。
下一步是从以尿嘧啶核苷酸为主加入少量腺嘌呤核苷酸的溶
液里制备一种核苷酸；这样，同
UUU密码子一起，偶尔还会出现
UUA、AUU或
UAU密码子。奥乔亚和尼伦伯格证明，在这种情
况下，形成的蛋白质主要是苯丙氨酸，但也偶尔含有亮氨酸、异亮
氨酸和酪氨酸。
利用这类方法，使密码字典逐渐扩大。已经发现密码的确有
简并的。例如，
GAU和
GAC可以分别代表天门冬氨酸，而
GUU、
GAU、GUC、GUA和
GUG全都代表甘氨酸，此外，还代表一些标
点符号。密码子
AUG不仅代表甲硫氨酸，而且显然还表示一条
链的开始，可以说它就是一个大写字母；
UAA和
UAG却表示一
条链的终止：它们是句号。
到
1967年，密码字典就全部完成了（见表
13…1）。尼伦伯格
和他的同事印度血统的美国化学家科拉纳和霍利一起共同获得
1968年的诺贝尔医学与生理学奖。
然而，搞清楚遗传密码并不等于有了一个“愉快的结局”，即现
在所有的秘密都可以解释清楚了。（科学上大概没有这种愉快的
结局，这也是一件好事，因为一个没有秘密的世界该是多么的无
趣。）
遗传密码主要是通过细菌实验搞清楚的，而在细菌里染色体
和负责蛋白质合成编码的工作基因是挤在一起的。细菌是原核生
物，它们没有细胞核，但在整个小细胞里分布着染色体物质。
阿西莫夫最新科学指南
阿西莫夫最新科学指南
表 13…1遗传密码表
左行是 RNA四个碱基的字头（尿嘧啶 U，胞嘧啶 C，腺嘌呤 A，鸟嘌呤
G），分别表示密码子三联体的头一个“字母”。顶上横排的四个字头分别表
示第二个字母。第三个比较不重要的字母排在最后一行。例如，酪氨酸或用
UAU编码，或用 UAC编码。
第一个第二个位置第三个
位置位置 U C A G
U
苯丙氨酸
苯丙氨酸
亮氨酸
亮氨酸
丝氨酸
丝氨酸
丝氨酸
丝氨酸
酪氨酸
酪氨酸
终止信号
终止信号
半胱氨酸
半胱氨酸
终止信号
色氨酸
U
C
A
G
C
亮氨酸
亮氨酸
亮氨酸
亮氨酸
脯氨酸
脯氨酸
脯氨酸
脯氨酸
组氨酸
组氨酸
谷酰胺
谷酰胺
精氨酸
精氨酸
精氨酸
精氨酸
U
C
A
G
A
异亮氨酸
异亮氨酸
异亮氨酸
甲硫氨酸※
苏氨酸
苏氨酸
苏氨酸
苏氨酸
天门冬酰胺
天门冬酰胺
赖氨酸
赖氨酸
丝氨酸
丝氨酸
精氨酸
精氨酸
U
C
A
G
G
缬氨酸
缬氨酸
缬氨酸
缬氨酸※※
丙氨酸
丙氨酸
丙氨酸
丙氨酸
天门冬氨酸
天门冬氨酸
谷氨酸
谷氨酸
甘氨酸
甘氨酸
甘氨酸
甘氨酸
U
C
A
G
※还有甲酸甲硫氨酸，密码子 AUG为起始信号。
※※密码子 GUG为起始信号。
第十三章 细 胞
第十三章 细 胞
对有细胞核（除细菌和蓝绿藻以外，所有的细胞都有细胞核）
的真核生物来说，情况就不同了。整个核酸和工作基因并不是牢
固地挤在一起。核苷酸链上用来给
mRNA编码的那些部分和蛋
白质（外显子）最终被可以说是毫无意义的链的片段（内含子）穿插
其间。控制生产一种酶的一个基因可能是由被内含子分开的一些
外显子组成的，而核苷酸链的缠绕方式可以把外显子集中在一起
给
mRNA编码。因此，本章前面估计人体细胞里有
200万个基
因，如果是指工作基因的话，则估计得太高了。
真核生物为什么要携带这种似乎非常沉重的负担，至今仍然
是个谜。也许基因一开始就是这样形成的。在原核生物里，为了
制造比较短的核苷酸链，使它们能够更迅速地复制，以利于更快地
生长和繁殖，所以把外显子处理掉了。在真核生物里，外显子没有
被删去，大概是因为它们可以提供某种不能立即看到的好处。无
疑，这个答案如果找到，一定会非常惊人。
同时，科学家们已经发现直接参与基因活性的方法。
1971
年，美国微生物学家内森斯和
H。 O。史密斯对限制酶进行了研究。
限制酶能够在一个特定的核苷酸连接处（而不是别的地方）以特殊
的方式把
DNA链断开。还有另一种型式的酶，叫做
DNA连接
酶，能够把二股
DNA结合起来。美国生物化学家伯格用限制酶
把
DNA的二股切断，再重新组合成与原来型式不同的股。一个
重组
DNA分子就这样形成了，这个分子与原来的不同，大概与以
前存在过的任何分子都不同。
这项研究的结果使人们开始能够修饰基因或设计新基因：把
它们插入细菌细胞里（或真核细胞的细胞核里），就会形成具有新
的生化特性的细胞。结果，内森斯和
H。 O。 史密斯分享了
1978年
的诺贝尔医学与生理学奖，而伯格分享了
1980年的�