种瓜得瓜种豆得豆——揭开生物遗传的奥秘(3)

破译遗传密码

1958年，克里克在 DNA双螺旋模型的基础上，提出了分子生物学的中心法则：通过DNA复制，生物体的遣传信息传给子代；通过转录和翻译，遗传信息传给RNA和蛋白质，从而决定细胞的表型。当时已经证明蛋白质是在核糖体上合成的。
蛋白质由20种氨基酸按不同的次序排列组成，DNA由4种核苷酸组成，这4种核苷酸的区别就在于它分子里的有机碱基不同：A、G、C、T。蛋白质的氨基酸顺序与核酸的核苷酸顺序之间的联系被称为遗传密码。
不论是动物、植物，还是微生物，它们都把各自的遗传密码传给下一代，下一代就按照这个密码生长发育。就拿“种瓜得瓜，种豆得豆”来说，瓜里有瓜的遗传密码，豆里有豆的遗传密码，代代相传，互不干涉。我们人类祖祖辈辈传下来的遗传性状，都是以核苷酸不同排列次序表现的密码形式，集中“记录”在核酸分子上，由核酸分子带到下一代去的。鸡蛋里没有鸡毛、鸡冠，也没有鸡心、鸡肝，但鸡蛋里有核酸分子，核酸分子上则有他们的密码，这密码传到了下一代，使它在发育过程中，通过蛋白质合成表现为鸡毛、鸡冠、鸡心、鸡肝等等，成为一只小鸡。
DNA上怎样携带大量的遗传基因呢?这正是薛定锷假设的密电码。构成DNA的4种核苷酸，每次取出3个构成一组，这样排列组合，便有了足够多的遗传基因。60年代末用电子显微镜摄到的放大了730万倍的DNA照片已经证明了这一点，而科学家的一个目标就是要破译这些密码。
到1966年，经过克里克、霍拉纳、尼伦伯格等科学家的努力，已经把全部遗传密码都破译了，并且把它们编成了密码表。这些遗传密码全都是三联密码，每3个核苷酸组成 1个“密码子”，由各种密码子组合排列，就能代表成千上万个遗传信息。遗传信息在核酸中以3个核苷酸为一个密码，决定蛋白质中的一个氨基酸，一连串的3个核苷酸密码排列成一个基因储存在DNA分子中，通过RNA聚合酶的作用，依照DNA双链中的一条链为模板，通过碱基配对，转录产生的RNA忠实地接受了来自DNA的信息，细胞内合成蛋白质的机器——核糖体按照RNA的核苷酸序列，每3个核苷酸合成一个氨基酸，最终合成出了相应的蛋白质。
遗传信息以核苷酸顺序的形式储存于 DNA中，这种信息的容量非常大，人类基因组共约有30亿碱基对，估计有10万个基因，迄今已测定的人基因组核苷酸顺序约有1%，大部分基因尚不清楚，迄今为止的研究证明，除了个别情况外，遗传信息流向的中心法则在生物界是普遍适用的，遗传密码在从微生物到人的所有生物中也是通用的。

诱人的应用前景

DNA 双螺旋结构的发现，为生物学的发展开拓了广阔的前景。比如：“许多新的生物技术的创立；限制性内切酶的发现；DNA重组技术的建立；DNA测序方法的创立；基因突变技术的发明；DNA扩增技术等等。这些技术都是建立在DNA双螺旋基础上的，它们已成为分子生物学基础研究的极有用的工具，同时，也为生物技术的应用带来了革命性的变化，蛋白质工程、酶工程的发展都是应用这些技术的结果。
1965年，中国科学家在世界上第一次人工合成了胰岛素。这种胰岛素过去都是从牛、猪、羊等牲畜胰腺中提取的，产量很低，100公斤原料中只能生产几克，1头牛的胰腺中制出的胰岛素也只够7个病人治疗1天。1977年，美国科学家已经成功地把大白鼠的胰岛素基因转移到大肠杆菌里，使大肠杆菌获得了生产胰岛素的基因，得到了初步成果。1978年，美国科学家将人工合成的人胰岛素基因引入大肠杆菌，使大肠杆菌成为生产人胰岛素的“活工厂”。这种“细菌工厂”生产的胰岛素，它的化学成分与人胰岛素完全一样，它还可以避免用动物脏器生产胰岛素所产生的副作用，如过敏反应、抗体反应等等。
1973年，美国科学家第一次实现了按人的意志来制造新的生物，他们将大肠杆菌的一个抗四环素与一个带抗链霉素的遗传信息的基因重新组合，又放回大肠杆菌中复制，结果，新的菌种就同时既抗四环素又抗链霉素。这预示着人类在生命领域也将要大显身手了。比如，脑激素是治疗糖尿病的良药，但是，过去要从牲畜的脑浆中提取，10万只羊脑才能提取1毫克。1977年，日本科学家已经能人工合成脑激素的遗传基因，让那个繁殖很快的大肠杆菌按照这个基因去复制脑激素，它果然顺利地完成了任务。提取1毫克脑激素，只需要2升大肠杆菌培养液，成本只有30美分。
用生物的方法固定空气中的氮，也是生物学的一大发展。1972年，美国科学家把一种能固氮的细菌的固氮基因转移到大肠杆菌里，获得成功。1976年，英国科学家用限制性核酸内切酶，把一种带有固氮基因的质粒切开，接到另一种质粒上，获得成功。这样，就有可能把豆科植物根瘤菌的带有固氮基因的质粒用同样的方法接在某种植物的质粒上，然后引入植物细胞，实现固氮基因由细菌到植物的转移，从而不再需要施用化肥。
1974年，科学家进行了将动物细胞里的 DNA分子在细菌细胞里进行复制的试验，获得了成功，科学家把限制性核酸内切酶切下来的南非蟾蜍的DNA片段，在连接酶的作用下，转接到大肠杆菌质粒的 DNA上，并且带到大肠杆菌细胞里去，结果，产生出具有蟾蜍特性的DN A分子。
1995年 5月，又有新消息传来：美国科学家雷格·文特尔第一次破译了一种天然生长有机物——流感嗜血杆菌的全部遗传密码，揭示了组成生命的1830121个DNA碱基链。威斯康星大学的弗雷德里克·布拉特纳博士对此评论说：
“这的确是难以置信的历史性时刻，这项成果表明，科学家有能力以某种有机物的整个遗传序列为对象，并且从序列分解至基因。这是遗传学家长期以来一直梦寐以求的。”
“这项发明的意义在于，在获得有机物基因全套序列方面，遗传学整个模式发生了翻天覆地的变化。”
人类认识世界是为了改造世界，科学家们还在不断地取得新的研究成果，随着人类解开遗传之谜和生命科学的发展，在不远的将来，人类将可以按自己的意志来制造新的生物，将可以通过修复和调节基因来治疗疾病，改造生命自身。例如：癌症是人类的大敌，现在已经知道，导致细胞癌变的物理或化学的因素都直接或间接地作用在脱氧核糖核酸上。细胞癌变是基因表面调节控制失灵引起的，表现在蛋白质、酶、细胞表面性质等的紊乱，这就为利用生物工程控制与治疗癌症提供了可能。人类的遗传病多种多样，其原因就是因为基因发生了突变，有时只要是其中一个碱基的变化，也会合成异常结构的蛋白质。蛋白质结构异常，功能随着改变，于是出现相应的病理变化，这就是遗传疾病。如果把健康的基因引入到患者的细胞中，取代或矫正有缺陷的基因以根治疾病，这种方法就是所谓的“基因治疗”。
试想，当人类对大自然还不甚了解时，曾经是那样的盲目、被动地受着自然的嘲弄，但是，随着自然之谜的揭开，一天天地，人类终于成了自然的主人。今天，随着生命之谜的揭开，人类对自身的认识已出现了一个飞跃，其意义绝不亚于当初哥白尼创立日心说。从此，人类已经不但能够改造世界，而且还能改造自己的生命。科学将使人类在宇宙间获得最充分的自由。

摘自：南京科普之窗
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(责任编辑：admin)

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