遗传密码处理中终止密码子的发现

遗传密码处理中终止密码子的发现

196年获得诺奖的斯克里克（f.h.c.crick，1916-2004）是一位早期的物理家。他的科研兴趣经历了物理学到生物物理学的转变,其研究涉及DNA、蛋白质、遗传密码和人类意识等多个领域。在科研生活的大部分时间里,克里克一直在剑桥大学为“医学研究委员会”工作。克里克非常重视“遗传密码”研究,而且在这个领域贡献卓著基于对克里克论文及论著的研读,发现“终止密码UGA的确定”是克里克在遗传密码的基础性研究之上理论与实验协同发展的一项成果。然而,作为克里克在密码领域科研活动的重要组成部分,这项工作并没有得到史学研究者的重视。本文将从科学史的角度研究克里克在这一工作中的历史贡献,包括逻辑推理和实证探寻,揭示他在研究中执着的科学精神、严谨的学术风格和谦虚的工作作风。一、无义密码子的发现三个碱基一组作为一个“密码子”的概念是克里克在密码研究中的一个重要合作者布伦纳(S.Brenner)首先发明的1962年,本泽尔(S.Benzer)和学生通过对T4rⅡ突变的互补实验发现:野生型T4rⅡ包含顺反子rⅡA和rⅡB,它们共同转录一个多顺反子mRNA,他们将它翻译成分离的蛋白A和蛋白B1964年,扬诺夫斯基(C.Yanofsky)在研究大肠杆菌Trp合成酶A蛋白时推测无义密码子,即:终止密码子的存在1965年,在尼仑伯格(M.W.Nirenberg)与霍拉纳(H.G.Khorana)等研究组的共同努力下,64个密码子中只留下了UAA、UAG和UGA有待确定盖伦(A.Garen)和维特(M.Weigert)在鉴定无义密码子时采用了和布伦纳相似的策略有关无义突变是如何命名的,故事版本颇多。琥珀突变的名称应该与当时进行分离突变体工作的伯恩斯坦(H.Bernstein)有关。伯恩斯坦这个姓氏在德国是“永远的琥珀”之意。因此,将突变基因命名为琥珀突变二、uga的不编码问题克里克确信余下的“UGA”一定是无义密码。他与布伦纳等人发现在受噬菌体感染的大肠杆菌中UGA不编码任何氨基酸。理论上分析可能是此密码子没有tRNA识别它,同时也无法判断UGA在其它有机体中是否仍为无义密码子。因此,研究组把目光转向前期的实验结果,他们想知道实验数据会在多大程度上支持UGA是无义密码的观点。克里克回顾了盖伦等人的工作,并对琥珀和赭石突变体进行了回复突变实验,结果显示UGA可能是无义密码子。实验过程如下:琥珀突变物(UAG当时的大部分遗传学工作都与噬菌体T4rⅡB顺反子的左手端有关。克里克对此区域进行了细致而广泛的研究由于移码突变,其他位置也容易产生UGA。如果出现缺失或插入核苷酸以后的密码,都将成为错误密码,转译出来的氨基酸都是错误的,甚至会提早终止。实验显示这样做的遗传学后果是出现屏障。部分屏障通过回复突变被确定为是UGA。用大肠杆菌的两个顺反子A和B进行实验,结果是UGA和UAG以预计的形式成对出现。前实验证据表明UGA不编码色氨酸Trp,另外UGA确实由于移码突变多次出现。在科学研究中,研究者关心的大多是“接下来的问题是什么?”:除了色氨酸外,UGA不会编码其它氨基酸吗?克里克的确在这一点上相当执著,他坚持UGA是不编码的,重要原因是1966年他提出的摆动假说为此提供了令人信服的诠释摆动假说具有很强的推测性,它指出密码子第三个位点具有“摇摆性”遗传方面的证据是关于从B顺反子的某一结合体产生了异常微小的斑点现象。这个小斑点很清晰,原因是某一方面的错误——存在UGA。结果显示UGA不能翻译成任何正常的氨基酸,即:它是无意义的;从生化方面也能够证明UGA不编码Cys,因来自霍拉纳研究组的实验三、克里克对密码的研究1967年,克里克和布伦纳等人证明了UGA是第三个无义密码子克里克在终止密码方面的研究结果显示:UGA不编码任何氨基酸,且被确定成无义密码子。这个过程体现了克里克严谨和缜密的逻辑思维,深刻而敏锐的科研洞察力。克里克的确是一个根植于实验的理论家,他相当重视实证,用实验来确证预先的设想成为他密码研究中一种强烈的科学诉求。当时,布伦纳还设计了一个复杂的遗传学方法来进行检验,但是实验结果总是难以令人满意。当他们开始整理结果时,发现实验并没有尝试所有的可能性,执著的科研精神使克里克研究组将所有漏掉的实验都一一补上。最后的结果强有力地证明了UGA是无义密码子。这篇关于“UGA是无义密码子”的论文曾计划在《皇家学会会刊》上发表。然而,等全部结果出来以后,研究组的信心大增,改变主意并将论文重新整理转投到更权威的英文《自然》杂志上。当克里克发现文章中有他的名字时特别惊讶,问其究竟,布伦纳回答说:“因为你总是唠叨个没完”不仅如此,在工作组进行的密码研究中,对T4噬菌体实验的积极倡导并且能够身体力行的人并不多。对实验结果真实性和可靠性的预测和信心方面,克里克也一直表现出一个科学家持久和坚定的研究热情。因此,从这一角度讲,窥一斑可见全豹,克里克也未尝不是一个谦虚的人。他在此项研究中贡献很大,包括对遗传学实验材料选取、亲手操作和“UGA”为