遗传密码是怎样破译的?

遗传密码是怎样破译的?

1953年,沃森和克里克弄清DNA的双链双螺旋结构之后,分子生物学像雨后春笋蓬勃发展.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→信使RNA→蛋白质.也就是说蛋白质由信使RNA指导合成,遗传密码应该在信使RNA上.　　基因密码的破译是六十年代分子生物学最辉煌的成就.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(41=4);如果每二个核苷酸为一个氨基酸编码,可决定16种氨基酸(42=16).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(43=64);若四个核苷酸编码一个氨基酸,可编码256种氨基酸(44=256),以此类推.Gamov认为只有43=64这种关系是理想的,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44=256以上.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,Brenner和Grick根据DNA链与蛋白质链的共线性(colinearity),首先肯定了三个核苷酸的推理.随后的实验研究证明上述假想是正确的.　　1962年,克里克用T4噬菌体侵染大肠杆菌,发现蛋白质中的氨基酸顺序是由相邻三个核苷酸为一组遗传密码来决定的.由于三个核苷酸为一个信息单位,有4^3=64种组合,足够20种氨基酸用了 　　破译密码的竞赛中,美国的尼伦伯格博士走在前面.他用严密的科学推理对蛋白质合成的情况进行分析.既然核苷酸的排列顺序与氨基酸存在对应关系,那么只要知道RNA链上碱基序列,然后由这种链去合成蛋白质,不就能知道它们的密码了吗?用仅仅含有单一碱基的尿嘧啶（U）,做试管内合成蛋白质的研究.合成蛋白质必须将DNA上的遗传信息转录到RNA上,而RNA的碱基与DNA稍有不同,一般是有UCGA4种（DNA中是TCGA）.这个实验只用了含有单一碱基U的特殊RNA.这样,就得到了只有UUU编码的RNA.把这种RNA放到和细胞内相似的溶液里,如果上述观点正确,应该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.于是,人们了解了第一个蛋白质的密码：UUU对应苯丙氨酸.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.　　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,他的遗传密码是一样的.也就是说,一切生物共用一套遗传密码.