Biology 版 (精华区)

发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Biology
标  题: 5---生命密码
发信站: 哈工大紫丁香 (Thu Mar 11 13:43:49 2004), 站内信件

发信站: 瀚海星云  

    在层层剥离生命的奥秘显现出生命的全部密码之前，很有必要提一提蛋白质。这个

名词对于许多人都不会陌生，“高蛋白”几乎成了高营养的代名词。虽然蛋白质在生物

学上的重要性并非全在于营养方面，但是，在生命体这座雄伟大厦的图纸上，真正构筑

起大厦并行使各种功能的主要还是蛋白质，它是生命功能最忠实的执行者。
    蛋白质是一类含氮的生物高分子，其基本组成单位是氨基酸。构成蛋白质的氨基酸

只有20种，其中有8种是人体内无法合成的，需要从食物中摄取。蛋白质可以分为两大
类，一类是简单蛋白质，它们的分子只由氨基酸组成，另一类是结合蛋白质，它们的分

子由氨基酸和部分非蛋白质部分组成，结构相当复杂…··二总之，蛋白质是一种高分

子有机化合物，种类繁多。由于不同生命体细胞内存在着不同的蛋白质，所以生命体能

显示出不同的性状。
    显然，生命体无法直接将它特有的蛋白质传递给后代，犹如父母并不能把他们的眼

睛、鼻子、嘴唇直接传给子女一样。在这一具有决定性意义的传递过程中，起关键作用

的只有DNA，DNA可以把遗传信息表现为细胞的结构和功能，它可以“指示”细胞合成自

身生命活动所需要的一切蛋白质，蛋白质再进而显示出生物体的遗传性状。
    那么，DNA如何“指示”细胞合成蛋白质？这一过程的复杂程度在人们没有破译出
生命遗传密码之前几乎难以设想。因为DNA是由4种碱基组成，而蛋白质却由20种氨基酸

组成，4种碱基若能够决定20种氨基酸的排列组合，一定会有某种特别的编码方式。
1944年，著名的量子物理学家薛定愕出版了《生命是什么》一书，提出了遗传密码的思

想。薛定愕认为，莫尔斯电码只用了点和划两种符号便可产生几十种代号，基因分子的

编码方式必定具有雷同之处。薛定愕未能走得再远一些，而是把这个很伤脑筋的问题留

 给了业余生物爱好者、美国天文学家盖莫夫。1953年沃森和克里克关于DNA双螺旋结构

模型发表之后，盖莫夫在1954年2月便提出了一个大胆的设想：DNA分子中的4种核音酸分

解形成各种不同的组合，每一种组合就是一种氨基酸的符号。盖莫夫的设想立即在美
国招致非议，倒不是他说得没有道理，而是他作为一个天文学家，“管得太宽了”，不

该在生物学界“评头论足”。盖莫夫只好转而求助于丹麦的一家科学杂志，没想到引起

了很多物理学家的关注。1955年，这些物理学家凭借着惊人的抽象思维能力，提出了三

个核音酸组合在一起决定着一个氨基酸的设想。
    1957年，克里克在吸收物理学家关于DNA组合编码的思想、对核苷酸可能是蛋白质
合成的密码进行研究时提出了“三联体密码”假说：在DNA分子中，三个核苷酸组成一
种氨基酸的密码，除了每个氨基酸有自己的“三体密码子”外，多余的密码子是蛋白质

合成或终止合成的符号。此外，也确实存在着一种氨基酸有几种不同的密码子的情况。

至此，纷繁复杂的生命最终在三体密码的基础上获得了统一，基因的真实面目也大白于

天下：它只是一个密码的系统，而不是人们原先想像的那样是某种神秘的物质实体。生

物界从最简单的病毒到最高等的人类，基本活动都是合成蛋白质的活动，而且无一例外

地都服从统一的、由核各酸组合而成的密码的支配。所有的生物都在按照这个密码体系

进行着生命接力棒的传递。接下来又发生了一件轰动20世纪生命科学界的大事。20世纪

60年代，美国生物学家尼伦伯格等人破译了DNA中核苷酸组合成的生命遗传密码。1961
年，美国生物学家尼伦伯格等人合成了由许多“尿核青酸”连结成的长链，称为“多聚

尿着酸（U－U－U－U……）”，他们把这条人工合成的长链加入含有多种氨基酸、酶、

核糖体和一些合成蛋白质所必需的溶液中。不久，奇迹出现了，这种溶液中形成了一条

只有苯丙氨酸连接而成的多肽链。于是，尼伦伯格等人断定苯丙氨酸的三联体密码是U
－UU。此后，尼伦伯格等人进行了更为复杂的试验，并采用类似的方法确定了亮氨酸、

异亮氨酸等多种氨基酸的密码。到了1967年，他们破译了20余种氨基酸的密码，还发现

了不少代表着起始、终止和标点的密码。后来，人们把尼伦伯格等人破译的生命遗传密

码组合成一部精致的密码字典，利用这部特殊的字典便可以随心所欲地找到各种氨基酸

和它所对应的遗传密码。
    查阅遗传密码字典的时候，先取左边（第一碱基）的一个字母，再取上面（第二碱

基）的一个字母，最后，再取右边（第三碱基）的一个字母，合起来就是一个氨基酸。

例如GAG代表谷氨酸，AAU代表天冬酚胺等。非常有趣的是，密码里还有句号，用来表示

氨基酸连成I一个段落。不妨借助这部生物字典翻译下列一段密码：GCA（丙氨酸）、
AAC（天冬酚胺）、UCC（丝氨酸）。GGU（甘氨酸）、AUC（异亮氨酸）、UAC（酪氨
酸）、UAA（句号）、UAG（句号）、GGA（甘氨酸）、UUA（亮氨酸）、CCC（脯氨酸）、

AUG（甲硫安酸）、UCG（丝氨酸）、AAG（赖氨酸）、ACA（苏氨酸）、AAG（赖氨酸）。

原来，它就是噬菌体R17身上的部分遗传密码。科学家指出，从细菌到人类的一切生物
的遗传密码都能从遗传密码字典上找到（附：遗传密码字典）。
    当科学家们破译了决定生命基础的蛋白质的氨基酸合成密码后，遗传信息的传递机

理便成了人们迫切渴望获知的热门话题。可是，在当时，对遗传信息的传递过程作出合

情合理的解释，实在令人望而生畏。因为细胞学所掌握的事实是，所有DNA都在细胞核
内，而蛋白质却存在于细胞质中，像DNA这样硕大的分子是无法随意进入细胞质的。但
是，DNA的遗传密码如果不能被带入细胞质就无法合成特定的蛋白质，换言之，这个密
码就无所作为。于是，科学家们大胆地推测，一定有一个传递信息的使者，从DNA那里
拷贝了一份密码文件，并带入了细胞质中。那么，这个传递信息的使者染色体是由许多

记录遗传信息的小基因区段组成，每一个基因区段负责控制生物一种性状或者负责几种

相关的性状，或者是几个基因区段负责控制生物体某方面的性状等等，一旦这些正常基

因发生变化就会变成异常基因，相应地由它决定的正常性状也就变成了异常性状。突变

基因产生后就会通过精、卵、受精卵传给下一代。但在DNA模型尚未建立之前，弗里斯
无法很好地解释突变的内在机制。
    弗里斯的突变理论后来不断得到证实。较为著名的有这样一个实例：是谁呢？经过

试验和观察，人们终于发现，这个信使就是RNA。RNA在合成蛋白质过程中的作用很快被

实验所证明：科学家们用一种除去DNA的酶除去细胞中99％的DNA，结果发现细胞仍有合

成蛋白质的能力，而如果用另一种除去RNA的酶，只要除去35％的RNA，细胞就彻底失去

了合成蛋白质的能力。
    RNA的结构与DNA极为相似，也是由核苷酸连接而成的长链，只不过DNA是双链，RNA

是单链。如果在DNA单链的鸟源吟（G）处连上一个跑呼咬（C），在腺瞟吟（A）处接上

一个尿喷院（U），这样形成的一条新链就是RNA。
    现在，人们已经知道，细胞核内DNA的遗传信息必须由RNA翻译过来并带入细胞质才

能合成蛋白质。可是，细胞为什么不直接把氨基酸直接运到细胞核中的DNA那里合成，
却必须要经过RNA的翻译呢？科学家们的回答近似神话，听起来饶有趣味：生物细胞中
的DNA可是生物体传宗接代的根本，它如同一份绝密的构造生命的图纸，是万万不能遗
失的。所以这份蓝图只能锁在保险箱——细胞核中，只许抄写，不能借出或销毁。此外,

DNA分子太大太长，细胞核这个工作车间太小了，装配起来甚为不便，因此，必须依靠
翻译家的帮助，才能完成如此程序化的工。于是，在DNA的指挥下，翻译家RNA不辞辛劳

，帮助生物体合成各种各样的蛋白质。
    在生物界，蛋白质的种类是一个天文数字。仅就人体而言，细胞内的蛋白质可能就

有1    种以上，这就是人体表现出各种性状的物质基础。例如子女有的地方像父亲，
有的地方像母亲，那是因为子女从父母那里得到了一张独特的生命蓝图，从而合成了表

现一定性状的蛋白质，产生了一定的遗传性状。至于子女和父母有许多不像的地方则是

因为有些遗传性状受到环境的影响而无法表现。
    完成把“密码”语言译成蛋白质的20多种氨基酸语言的重任是由三种RNA共同肩负
的，一种是信使RNA（m－RNA）；另一种是转运RNA（t－RNA）；再一种是核糖体RNA（r

－RNA），它们不知疲倦地分工协作，有条不紊地进行着自己的本职工作。
    当细胞开始制造蛋白质时，细胞核内双螺旋的DNA便分解成为两个单链，信使RNA把

DNA上合成蛋白质的密码“抄录”下来，然后被派往细胞质，在细胞质中与蛋白质的制造

车间核糖体结合起来。这时候，转运RNA便忙活起来，它能够识别信使RNA上的遗传密码

，因此充当了“译员”的角色。转运RNA表现得相当活跃，它来回工作，把相应的游离氨

基酸“领到”核糖体那里报到，使不同的氨基酸在核糖体上依据信
基因突变与改造生命
    中国有句谚语：“一母生九子，母子十不同”，道理很简单，就是说生命不仅是一

个遗传、复制的重复过程，同时也是一个不断变化的过程。到了20世纪基因的密码完全

破译之后，“世界上从未出现过两个性状完全一样的个体”这个显而易见的事实便上升

到科学的高度而合乎逻辑地解释为生命遗传中的变异。
    生命遗传中的变异与基因突变密切相关，最先较为系统地阐述突变理论的人是19世

纪荷兰学者德·弗里斯。早在1886年，弗里斯就开始用月见草进行遗传与突变试验，并

于1901年到1903年间发表了“突变”理论。在突变理论中，弗里斯认为，突变是不需要

经过中间过渡而突然出现的，而且突变一旦产生，便可能一代代遗传下去。弗里斯把
“突变”定义为：
    由种种原因而引起的基因结构和功能上的改变。弗里斯认识到，贮存生命遗传信息

的使RNA的密码“对号入座”，这样就合成了各种不同性质的蛋白质。在蛋白质工厂核
糖体内，RNA合成蛋白质的工作效率相当惊人，有的每分钟可以连接1500个氨基酸。
    以上过程可以综合为：遗传信息由DNA流向RNA，再由RNA流向蛋白质。这一过程就是

遗传学中的“中心法则”，这一法则最终阐明了DNA、RNA和蛋白质三者的关系。在遗传

的“中心法则”被发现之后，科学家们又发现了一种新的情况，即在“逆转录酶”的作

用下，能够发生以RNA为模板、合成DNA的逆转录现象，因此，他们认为，在蛋白质合成

的过程中，DNA能决定RNA，RNA也同样可以决定DNA，再通过转运RNA翻译成蛋白质。这一

发现设置了一个至今未能解开的谜团：到底是先有DNA呢，还是先有RNA？此外，科学家

还发现，这种逆转录现象不只是少数病毒所特有，甚至在高级机体内也有可能存在。据

此，有人断言，这种现象可能和生命的起源有些渊源。回日本东京大学育种科学研究所

孵化鸡卵时，偶然发现了一只两股全有缺陷的小鸡雏，而且它的左右两爪都缺第三趾。

据了解，这只小鸡雏双亲系统上从未出现过如此性状，而且又不是近亲繁殖的于代。这

只缺趾鸡随后茁壮成长，孵化185无后，它便开始提前产蛋，蛋重60克。它与品种内或
品种外的雄鸡交配而生的后代中，一部分不同程度地存在着缺趾现象。
    自从建立了DNA的双螺旋模型之后，人们都已经知道，当细胞进行分裂时，细胞中
所有的DNA都要进行复制，使每一个新细胞都能得到一套与原来细胞完全相同的DNA。在

大多数情况下，DNA的复制都能以严格的方式进行着，但是，偶尔也会出现差错。举例
说明，一条裂开的基因核昔酸链的碱基顺序．A－AA－A－，依据配对规律，新形成的核

苷酸链应当是一T－T－T－T一的碱基顺序与之匹配，但由于某种意外，一个带C的核苷
酸投错了位置，于是就形成了如下螺旋结构：．A．A．A．A．D雷ID－T－C－T－T一这
个错误的螺旋就封存于新形成的细胞中，当这个细胞再次分裂时，新复制的DNA中就出
现了一A－G－A－A一的碱基顺序。这就是基因突变的内在机理。
    基因突变既可以给生物带来好处，也可以给它们带来坏处。如果突变给有机体带来

了某种有利的因素，那么，这个变异了的个体适应环境的能力就很强，成活的可能性就

比较大，而且极有可能将突变的性状遗传给后代。反之，这些个体常常会因为不适应生

存环境而死亡，甚至绝种。亿万年来，无数的生物都经历了这样的风风雨雨，在物竞天

择的天律下生灭繁衍，延伸着生命的漫漫长河。
    在许多科学家看来，基因突变的价值远不止于解释生物世代遗传性状的改变导致生

物进化过程中的自然选择，研究基因突变的诱因则对于改造生命具有现实意义。早在20

世纪初，一些科学家便开始利用自然界中的各种存在因素，比如提高温度、紫外线照
射以及化学物质处理等方法进行诱导突变实验。此外，科学家还发现，生物体内有一些

化学物质在某些条件下会引起生物体的自然突变，这些化学物质被称为诱变剂。1927年,

美国遗传学家穆勤发现，用X射线照射果蝇精于，后代发生突变的个体数会大大增加。
同年，苏联学者斯塔德列尔用X射线和Y射线照射大麦和玉米种子也得到了类似的结论。

当人们掌握了人工诱发突变的方法以后，改造生命便成了一项时髦的科学活动。比如今

天人们熟知的无籽西瓜就是人工诱发突变的杰出成果。因此，作这样的设想绝非是科学

家的异想天开：将来如果有一天人们能像使用手枪那样地使用诱变剂，想让哪个基因发

生突变，就用手枪的“子弹”射中哪个基因的“靶子”，那么人们就可以按照自己的意

愿来改造某些对人类有利用价值的生命了。当然，人类是否具有这样的权利或者人类是

否愿意为这种生命游戏制订规则却是另外一个问题了



--
╔═══════════════════╗
║★★★★★友谊第一  比赛第二★★★★★║
╚═══════════════════╝

※ 来源:．哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn [FROM: 202.118.229.162]