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什麽是遺傳密碼?

因為他們解讀了遺傳密碼及其在蛋白質合成方面的機能

1968年諾貝爾生理學或醫學獎授獎儀式上

皇家卡羅琳學院諾貝爾生理學或醫學獎評定委員會委員

P·雷卡德教授致詞

陛下、各位殿下、女士們、先生們:

正好是在100年前,1868年的秋季,壹位名叫Friedeich Miescher 的年輕的瑞士醫生,從細胞核中分離出壹種新型的化合物。他把這種化合物稱為核素,今天我們稱之為核酸。Miescher 並不知道,壹位捷克教士格裏戈爾·孟德爾(Gregor Mendel)兩年以前,在布爾諾城完成了壹系列後來證明與Miescher 的發現有密切關系的實驗。孟德爾用豌豆進行了非常簡單的實驗,發現我們的遺傳特征包含於許多獨立的基因之中,孟德爾的工作標誌著遺傳學開始作為壹門科學而被建立起來了。

核酸與基金本來是兩個互不相幹的概念,但它們卻***同構成本年度諾貝爾醫學獎的基礎。霍利、科拉納、尼倫伯格三人因為在遺傳密碼(或稱生命密碼)方面的研究而獲獎,他們的研究就以核酸和基金這兩個概念為基礎的。

在19世紀還沒有設立諾貝爾獎;如果有的話,也未必會授予發現核酸和基因的人。Miescher於1890年逝世,他的作品在他逝世之後方得詳盡發表。1866年孟德爾首次發表了他的觀察結果,但他的報告沒有引起人們的註意,而且很快就被人遺忘了。

很長壹段時間內人們未能註意到基因與核酸之間的關系。25年前,核酸研究仍被認為是壹個相當乏味的只限於少數人涉獵的領域,幾乎沒有什麽科學家對此感到興趣。在少數對此感興趣的科學家中,有壹位便是卡羅琳學院的Einar Hammarsten 教授。他高瞻遠矚,很早就激勵了幾位瑞典科學家--尤其是Trobj?rn Caspersson 在這方面作出重要貢獻,後者證明了核酸有重要的生物學意義。

1944年,核酸研究得到長足的發展。美國科學家Avery 在那年成功地借助於核酸將遺傳性狀從壹種細菌移至另壹種細菌,他用這個實驗證明基因即有核酸構成。Avery 的發現標誌著壹個新的科學分子的建立,這新學科後來被稱為分子生物學,並且至今壹直使用生物化學方法研究遺傳物質。分子生物學建立以來不斷蓬勃發展,下列事實即證明這點:今日的授獎是自1958年以來第五次因這方面的研究而被授予諾貝爾生理學或醫學獎。

那麽,什麽是遺傳密碼?它為什麽被稱為生命密碼?核酸是非常復雜的分子,但它們的結構卻顯示出壹定的規律性,它們由數量有限的較小的構件組成。如果我們將核酸與語言相比,那麽我們便能將它的構件比作語言中的字母。利用這種類比,我們便可以所細胞內核酸中的語言在描述我們的遺傳性狀。它告訴我們,我們的眼珠和我們的孩子的眼珠是藍色的還是黑色的,我們是身強力壯還是羸弱多病。

我們的細胞裏還有第二種語言:用蛋白質字母系統寫成的蛋白質語言。每個細胞含有數以千計的蛋白質,生物體正常生命活動所需的化學反應由這些蛋白質完成。每種蛋白質在某種核酸的指導下合成,黑眼珠的孩子從父母那兒接受了壹些有能力導致形成合成眼內黑色色素所必需的蛋白質的核酸。正是核酸的化學結構決定了蛋白質的化學結構,核酸的字母系統支配了蛋白質的字母系統。遺傳密碼是壹本字典,靠了它我們便能將壹種字母系統譯為另壹種字母系統。

羅塞塔石碑的碑文用希臘文字系統和埃及象形文字系統雕刻而成。當這些銘文解讀成功之後,考古學家便利用這經驗去解讀象形文字。在理論上,人們可以用同樣的方法解讀遺傳密碼:逐個字母地比較某具體核酸的化學結構與相應蛋白質的化學結構。但由於技術上的原因,這是不可能的。

對此,尼倫伯格找到了壹個非常簡單爾巧妙的解決辦法:他認識到,生物化學家能在試管內建立壹個系統,該系統以核酸為模板形成蛋白質,因此與考古學家相比,生物化學家有著無法比擬的優越之處。上述系統可比作翻譯機器,科學家將用核酸字母系統寫成的句子饋入,然後機器將這些句子翻譯成蛋白質字母系統。尼倫伯格合成壹種非常簡單的核酸,它有壹條鏈,有許多反復出現的同壹個字母組成。上述系統用這種核酸產生了壹種蛋白質,她也只含壹個字母,但這是蛋白質字母系統的字母。尼倫伯格用這種方法既解讀了第壹個“象形文字”,又證明了細胞內的機制如何能用來翻譯遺傳密碼。此後,這方面的研究工作進展非常迅速,1961年8月,尼倫伯格報告了他最早的壹些研究結果,又過了不到五年,遺傳密碼的所有細節都搞清了,這方面的主要工作是尼倫伯格和科拉納做的。

最後的工作大部分是科拉納完成的。許多年內他系統地設計了用於下述目的的多種方法,人們用這些方法合成了壹些結構已完全清楚的核酸(這是壹些大分子,每個組成部分在什麽位置已搞清)。科拉納的合成核酸是最終解讀遺傳密碼的先決條件。

什麽是細胞內翻譯遺傳密碼的機制?霍利著手解決這個問題並取得了成功。有壹類特別的核酸,稱為運轉RNA,霍利就是運轉RNA的發現者之壹。運轉RNA能讀出遺傳密碼,並將它翻譯成蛋白質字母系統。經過多年工作,霍利成功地制備了壹種純的運轉RNA,最後於1965年搞清其準確的化學結構。霍利的工作表明,有生物學活性的核酸的化學結構首次得到完全測定。

近20年來,分子生物學突氣猛進,其中最重要的成就便是遺傳密碼的解讀及其功能的闡明,這些成就使人們得以了解遺傳機制的細節。迄今為此的工作可視為基礎研究,但通過這些工作,我們現已開始了解遺傳在其中其主要作用的許多疾病的原因。

霍利博士、科拉納博士、尼倫伯格博士:1958年Edward Tatum 接受了諾貝爾獎,他在授獎儀式上的演講的結尾時凝視著水晶球,試圖預言分子生物學發展的若幹前景。他作了壹些聯想,其中之壹便是:在至少某些聽眾的有生之年,遺傳密碼問題會得到解決。這在當時真是壹個大膽的預言。事實上,解讀頭幾個遺傳密碼字母用了不到三年,而且,由於妳們三位的新穎設計,遺傳密碼的本質和他在蛋白質合成中的許多功能,也在不到八年的時間內真相大白。妳們三位在現代生物學上***同寫下了最激動人心的篇章。

我非常高興能代表卡羅琳學院向妳們表示祝賀,並請妳們從國王陛下手中接受本年度的醫學獎。

----全文摘自《諾貝爾獎獲得者演講集》生理學或醫學(1963-1970),鄭伯承、於英心、揚枕旦等譯,學苑出版社1991年6月