登陆注册
8024800000006

第6章 生命(6)

实际上,早在1947年,法国科学家布瓦旺(A.Boivin)和旺德雷利(R.Vendrely)就在当年的《实验》杂志上联名发表了一篇论文,讨论DNA、RNA与蛋白质之间可能的信息传递关系。一位不知名的编辑把这篇论文的中心思想理解为DNA制造了RNA,再由RNA制造蛋白质。

10年以后,1957年9月,克里克提交给实验生物变形虫学会一篇题为《论蛋白质合成》的论文,发表在该学会的论文集(SymposumoftheSocietyforExperimentalBiology)第12卷第138页。这篇论文被评价为“遗传学领域最有启发性、思想最解放的论著之一”。在这篇论文中,克里克正式提出遗传信息流的传递方向是DNA—RNA—蛋白质,后来被学者们称为“中心法则”。

中心法则在具体细节上经过完善后,在遗传信息流传递方向上又有补充和发展。1970年,巴尔的摩(D.Baltimore)和梯明(H.M.Temin)在致癌的RNA病毒中,发现一种酶,能以RNA为模板合成DNA。他们称这种酶为依赖RNA的DNA多聚酶,现在一般称为逆转录酶。这就是说,遗传信息流也可以反过来,从RNA—DNA。这是一项重要的发现。巴尔的摩和梯明于1975年荣获诺贝尔奖。

巴尔的摩1938年3月7日生于美国纽约,在中学时代就对生物学有浓厚兴趣。

1960年毕业于宾夕法尼亚州斯沃思莫大学,1964年获洛克菲勒大学哲学博士学位。梯明1934年12月10日生于美国费城。1955年毕业于宾州斯沃思莫大学,1959年获加州理工学院哲学博士学位。巴尔的摩与梯明发现了逆转录酶,还发现了逆转录病毒的复制机理。逆转录病毒是RNA病毒,病毒的RNA逆转录出DNA,再整合到寄主细胞的染色体中,使寄主细胞发生癌变,这一成果也使癌症研究进入了一个新阶段。

对于逆转录酶的发现,巴尔的摩的华裔夫人黄诗厚也做出了重大贡献。当巴尔的摩在麻省理工学院进行癌症研究时,寻找逆转录酶遇到困难。当时正好从事病毒学研究的黄诗厚博士发现在某些RNA病毒的蛋白质外壳中带有“转录酶”一一RNA多聚酶。这个发现给了巴尔的摩极大的启示,他也果然在RNA肿瘤病毒的蛋白质外壳中找到了逆转录酶。

根据中心法则,DNA中的信息转录到RNA分子中后,要再进一步转译成蛋白质,才能表达为酶的活性。

1981年,切赫(T.R.Cech)等人在四膜虫发现自催化剪切的tRNAc>1983年阿尔特曼(S.Altman)领导的一个研究小组发现大肠杆菌的核糖核酸P的催化活性取决于RNA而不是蛋白质。这意味着RNA可以不通过蛋白质而直接表现出本身的某种遗传信息,而这种信息并不以核苷酸三联体来编码。这是对中心法则的又一次补充和发展。切赫和阿尔特曼荣获1989年的诺贝尔化学奖。

DNA本身是否也具有酶活性呢?1994年,乔依斯(G.FJoyce)等人发现一个人工合成的DNA分子具有一种特殊的磷酸二酷酶活性。此后,国外又有多例报道人工合成的DNA序列具有各种不同的酶活性。1995年,我国学者王身立等人发现,从多种生物中提取的DNA均具有酷酶活性,能催化乙酸萘酷水解为萘酚和乙酸。这种较弱的酷酶活性并不需要特定序列的DNA编码,而是非特异性DNA的一般性质。王身立推测,在生命起源时,RNA和蛋白质都还未出现,原始海洋营养汤中的DNA可能利用本身的酷酶活性水解萘酷等物质以获得能量。随着生命的进化,酶活性更强的蛋白质出现了,在生命世界中DNA作为酶的作用则为蛋白质所取代。但DNA分子本身的酷酶活性仍作为一种“分子化石”的遗迹,一直保存到今天。

18.什么是遗传密码子的三联体

既然mRNA是DNA与蛋白质合成之间的信使,人们自然设想,mRNA是指导蛋白质合成的模板。但mRNA由4种核苷酸组成,蛋白质却由20种氨基酸组成。4种碱基是如何排列组合起来以决定每一种氨基酸的呢?这就是分子遗传学中著名的“遗传密码”问题。

1954年,美籍俄裔理论物理学家伽莫夫(G.Gamow)应用排列组合计算来研究遗传密码。DNA中的4种核苷酸,每次取3个来进行组合,其组合种数是:恰好与蛋白质中氨基酸的种数20相应。伽莫夫于是提出遗传密码的三联体假说。当时,伽莫夫很得意,他将20称为“生物学上的神c生命孽

伽莫夫认为DNA的3个核苷酸组成一个密码子来决定蛋白质中的一个氨基酸,后来证明是对的。1961年,克里克用吖啶黄引起的移码突变证明遗传密码确实是三联体。当DNA中插入一个或两个核苷而引起“移码”时,基因即失去正常功能成为“突变型”。而当再插人一个核苷酸,即总共插人3个核苷酸时,突变基因又回复成正常的基因。但伽莫夫的计算前提是“组合”(不计核苷酸的排列顺序),后来则证明是错误的。遗传密码的三联体是核苷酸按一定顺序排列而成的。

生物所以能一代一代遗传下去,全在不朽的螺旋圈中。恩格斯曾经说过:“生命是蛋白质存在的方式。”尽管蛋白质的种类成千上万,而组成它们的却只有20种不同的氨桑格基酸。

1953年,英国生物化学家桑格第一次测出牛胰岛素中51个氨基酸的排列顺序,从而使人们相信,各种蛋白质的结构和功能间的千差万别,都是氨基酸的数目和排列顺序不同所致。那么,氨基酸的排列顺序又是怎样决定的呢?这个问题竟引起文学家盖莫夫的兴趣。

他在1954年大胆地设想,DNA分子中的4种核苷酸能形成各种不同组合,每一种组合就是一种氨基酸的符号。他的这个设想在美国当即遭到生物学权威的反对,权威们不能忍受不是他们那个专业的人对自己研究的专业说三道四,认为盖莫夫简直是“异族人侵”。

盖莫夫在美国不能阐述自己的观点,于是他决定求助于丹麦一家科学杂志,这家杂志很快登载了他的文章。出乎意料的是,在他的文章发表之后,立即得到一批物理学家的关注。1955年,这批物理学家,提出了三个核苷酸组合在一起决定着一个氨基酸的设想。按照这批“异族”的想法,如果从DNA的4种核苷酸(A、G、C、T)中任意取两个组合起来,那么将会形成4x4=16种组合,若以每个组合作为一种氨基酸的符号,那么将会有4种氨基酸没有符号,既然两个不行,那么就从4种核苷酸中任取3个搭配起来,这样,4种核苷酸就会形成43=4x4x4=64种不同的组合,这下子不仅使20余种氨基酸都可能有自己的核苷酸组合符号,而且还有40多种核苷酸组合是多余的。物理学家从莫尔斯电码中的“点”、“横”所形成的各种组合代表某种字母和某个数字的原理出发,提出了DNA中的4种核苷酸是以3个核苷酸组合在一起代表蛋白质分子某个氨基酸的电码。

对于缺乏生物学说知识的物理学家来说,他们对生物学的问题做出了这样的回答,也算是尽了最大的努力,尽管并不那么深人。克里克接受了物理学家提出的这种观点,进一步从分子生物学说角度进行了研究。1957年,克里克正式提出了他的假说:在DNA分子中,三个核苷酸是一种氨基酸的密码,即三联体密码假说。并且对多余的核苷酸组合作出了合理推测。按照克里克的看法,除每种氨基酸有自己的“三体密码子’夕卜,有些密码子是蛋白质开始合成和终止合成的符号,此外,也确实存在一种氨基酸有几种不同密码子的情况。

生物界虽然五彩缤纷、品种繁多,但从最简单的病毒到最高等的人类,基本的活动都是合成蛋白质的活动,无一例外地都服从统一的由核苷酸组合而成的密码。

20世纪30年代末,德国的施莱登和施旺确立了细胞学说,在细胞水平上论证了生物体的统一性,到50年代末,克里克提出的“三体密码”假说,在更深的层次上,即从分子水平上论证了生物体的统一性,使生命科学的发展更进了一步。

19.什么是染色体

在孟德尔的成果获得承认后,整个生物界都知道,是孟德尔所说的遗传因子,即基因,决定了生物的遗传。但是,基因究竟在细胞内的什么地方?这是遗传学必须回答的问题。摩尔根以果蝇为试验对象,把基因与染色体确定无疑地联系在一起。

早在1883年,鲁克斯(W.Roux)就观察到细胞核内能被染色的丝状体。1888年,沃尔德耶(W.Waldeyer)称这种丝状体为“染色体”,并猜测染色体与遗传有关。1902年,博韦里(T.Boveri)和萨顿(W.S.Sutton)指出,染色体在细胞分裂中的行为与孟德尔的遗传因子平行:两者在体细胞中都成对存在,而在生殖细胞中则是成单的;成对的染色体或遗传因子在细胞减数分裂时彼此分离,进人不同的子细胞中,不同对的染色体或遗传因子可以自由组合。因而,博韦里和萨顿认为,染色体很可能是遗传因子的载体。这是一个有科学依据的假说,但假说仍然需要科学实验的证实,这一科学历史使命落到了摩尔根(H.Morgan)的肩上。

染色体的主要化学成分是脱氧核糖核酸(DNA)和5种称为组蛋白的蛋白质。核小体是染色体结构的最基本单位。核小体的核心是由4种组蛋白(H2A、H2B、:H3和H4)各两个分子构成的扁球状8聚体。现在我们知道,DNA分子具有典型的双螺旋结构,一个DNA分子就像是一条长长的双螺旋的飘带。一条染色体有一个DAN分子。DNA双螺旋依次在每个组蛋白8聚体分子的表面盘绕约1.75圈,其长度相当于140个碱基对。组蛋白8聚体与其表面上盘绕的DNA分子共同构成核小体。在相邻的两个核小体之间,有长50~60个碱基对的DNA连接线。在相邻的连接线之间结合着一个第5种组蛋白(H1)的分子。密集成串的核小体形成了核质中的100埃左右的纤维,这就是染色体的“一级结构”。在这里,DNA分子大约被压缩了7倍。

染色体的一级结构经螺旋化形成中空的线状体,称为螺线体或核丝,这是染色体的“二级结构”,其外径约300埃,内径100埃,相邻螺旋间距为110埃。螺丝体的每一周螺旋包括6个核小体,因此DNA的长度在这个等级上又被再压缩了6倍。

300埃左右的螺线体(二级结构)再进一步螺旋化,形成直径为0.4pm的筒状体,称为超螺旋体。这就是染色体的“三级结构”。到这里,DNA又再被压缩了40倍。超螺旋体进一步折叠盘绕后,形成染色单体一一染色体的“四级结构”。两条染色单体组成一条染色体。到这里,DNA的长度又再被压缩了5倍。从染色体的一级结构到四级结构,DNA分子一共被压缩了7x6x40x5=8400倍。例如,人的染色体中DNA分子伸展开来的长度平均约为几个厘米,而染色体被压缩到只有几个微米长。

染色体在细胞分裂之前才形成。在细胞的代谢期或间期,染色体分散成一级结构或伸展开的DNA分子,组成细胞核内的染色质或核质。

20.染色体的变化是怎么回事

染色体是基因的载体,染色体的任何变化都将产生显著的遗传效应。染色体的变化包括染色体数目的变化与染色体结构的变化。

染色体数目的变化又可分为倍数性变化与非整倍性变化两类。各种生物的染色体数目恒定。除了细菌、蓝藻等原核生物之外,一般的真核生物,它的体细胞产生生殖细胞(配子)时,都会经过“减数分裂”,即染色体数目减半的细胞分裂。因此,一般生物的体细胞中染色体数目为生殖细胞中染色体数目的两倍,称为“二倍体”。遗传学上把生殖细胞中所包含的全部染色体称为一个“染色体组”。体细胞中的染色体组数目发生变化,即倍数性变化。例如体细胞中仅含有一个染色体组,则称为“单倍体”。

蜜蜂的雄蜂就是单倍体。对于植物,可以用花药培养法来获得单倍体植株。单倍体再经过秋水仙碱处理诱导染色体加倍,又成为二倍体。花药培养法主要用于植物杂交育种的后代培育。杂交子一代先培育成单倍体,再诱导加倍,它的全部基因都是实大,在生产实践中颇有利用价值。但四倍体植物的种子少,不适合利用种子的农作物(如禾谷类)。

二倍体与四倍体杂交,可以得到“三倍体”。三倍体的减数分裂不正常,不能产生种子。无籽西瓜就是这样杂交得到的三倍体。香蕉是自然产生的三倍体(其祖先也可能是由二倍体与四倍体杂交而来)。

染色体的结构变化包括缺失、重复、倒立和易位。

人类的许多遗传病都是由染色体的结构变化引起的。

同类推荐
  • 拓展我们认识的目光(科普知识大博览)

    拓展我们认识的目光(科普知识大博览)

    要想成为一个有科学头脑的现代人,就要对你在这个世界上所见到的事物都问个“为什么”!科学的发展往往就始于那么一点点小小的好奇心。本丛书带你进行一次穿越时空的旅行,通过这次旅行,你将了解这些伟大的发明、发现的诞生过程,以及这些辉煌成果背后科学家刻苦钻研的惊心时刻。
  • 舰艇:海中雄狮

    舰艇:海中雄狮

    《青少年科学探索·求知·发现丛书·舰艇:海中雄狮》一书教你用专业的眼光看兵器,是一部关于军用舰船知识的普及读物。全书以图文并茂的形式介绍了美国、日本、意大利、俄罗斯、英国、法国、中国等国家的战列舰、航空母舰、驱逐舰、护卫舰、两栖舰、潜艇等。全书语言生动活泼,深入浅出,故事性强。
  • 生命需要绿色

    生命需要绿色

    绿色是生命的本色。生命需要绿色,地球需要绿色,让世界处处是绿色,已成了我们所向往的生活。地球是生命的摇篮,是我们人类的家园。我们的地球母亲只有穿着蓝白相间的衣服,才会美丽动人。可是,现在我们大家看到的却是南极上空的空洞,逐渐变黄变黑的江河湖海,一天又一天的灰蒙蒙的天空,堆积如山的垃圾,日渐频繁的沙尘暴……长此以往,我们的家还像家吗?我们人类还能生存吗?所有这些都给我们敲响了警钟,我们人类的生存与发展正面临着严重的威胁。为了我们的天更蓝、水更清,我们每个人都要从我做起,从点点滴滴做起,大力宣传环保,为保护生态环境作出努力。
  • 家庭生活知识百科(现代生活知识百科)

    家庭生活知识百科(现代生活知识百科)

    家庭,是当今社会的基本细胞,几乎找不到哪一个人能超然于家庭之外的。人们在成长和生活的每一个阶段和时期,都与家庭有着密切的关系。我们在家庭中诞生,在家庭中成长,在家庭中生活和休息……家庭与我们每个人息息相关,伴随着我们的一生。家庭日常关系、家庭成员关系、家庭与家庭朋友间的处世交往、家庭日常杂事的处理等,这些都是家庭生活中重要的内容。可是,在现实中,家庭生活也是最烦琐最复杂,也是最不容易处理好的。
  • 绿色世界(地球一小时)

    绿色世界(地球一小时)

    大气污染严重,草木植被日渐被高楼和工厂覆盖,稀有物种濒临灭绝,下一个会不会就是人类?杨小川的《绿色世界》倡导人们重建美好世界,珍惜地球,珍惜我们的世界。
热门推荐
  • 心武无双

    心武无双

    2030年,天地阴晴圆缺大劫在地球上爆发,武道宗师李轩然在大劫来临前斩尽东方修炼界最后的先天强者后,含笑而逝。当他再次睁开双眼后,见到的,不是阴曹地府,黄泉彼岸,而是一片蓝天……这是一个武(节)道(能)宗(伪)师(娘)在这个激情而又浪漫的世界肆(教)意(书)纵(育)横(人)的故(吐)事(槽)?
  • 异能:风行者

    异能:风行者

    每个人生来就是不同的,这由不得自己。一个与众不同的年轻人,忽然想要寻找一份答案,哪怕不是自己所期望的,哪怕会面对一个危机四伏的世界。主角身怀异能,算不上强大,孤单的生活着,小心翼翼。偶然间找到了同类,发现了一个新的世界,神奇而强大的异能者,扑朔迷离的历史谜题,突如其来的血缘关系,模糊无踪的漫漫前路。正义和责任是强者的专利?邪恶和背叛是弱者的迷途?谁去引领徘徊之人,谁又去拯救迷失之人,这个故事没有英雄,只有选择。
  • 吻上高冷异姓王

    吻上高冷异姓王

    他尊贵如天神,她卑微进泥里。异世轮回,灵魂交换的诅咒。吻上他,才能回归现代。一个是呼风唤雨的高冷世子,一个是受尽屈辱的丑丫鬟。这一吻,该如何动唇——
  • 都市超级德鲁伊

    都市超级德鲁伊

    游浪青年陈运在海岛上得到了来自魔幻世界的德鲁伊传承,从此翻身变超男。红酒,雪茄,松露,鱼子酱,金枪鱼,黄唇鱼,长江三鲜,世界顶级美食由我掌控。癌症,艾滋病,白血病,类风湿,减肥,祛皱,延长生命,我的药剂实验室都可以解决。精金,秘银,固铁,单晶叶片,蜂巢雷达,隐身材料,我的黑科技炼金实验室都可以出产。白金海豚,赤金马,白头海雕,黑虎,女皇蜂,我的孩子们脾气不是很好,请不要招惹它们。
  • 中日大谍战

    中日大谍战

    日军统治下的伪满洲国歌舞升平,长春笼罩在东洋文明的迷雾之下。日本天皇御弟巡视伪满洲国,情报外泄,专列被抗联军炸毁,关东军司令官梅津美治郎为找出敌方间谍。汉奸、奴才、反日分子……各类身份掩盖下隐藏着层层谜团,神龙见首不见尾的大掌柜究竟是谁?
  • 飞花逐月

    飞花逐月

    飞花逐月中的八大美女——小议飞花逐月中的恩怨情仇之一
  • 世纪商战

    世纪商战

    高级理财师陈少泽重生于1995年19岁的大二,崛起于亚洲金融危机,发展实业,建立起含IQ即时通信、GM搜索、全球购、E支付、百家连锁超市等一体的世纪集团,更有CA财富管理公司雄视全球,被亚洲泰国、印尼、新加坡、日本称为“金融恐怖份子”,故事很精彩,走过路过的朋友千万不要错过!
  • 解鬼

    解鬼

    没有茅山道士,没有驱鬼大师,更没有神仙菩萨,只有菜鸟般的我……遇到鬼怎么办?看着办吧。感谢阅文书评团提供书评支持!
  • 福妻驾到

    福妻驾到

    现代饭店彪悍老板娘魂穿古代。不分是非的极品婆婆?三年未归生死不明的丈夫?心狠手辣的阴毒亲戚?贪婪而好色的地主老财?吃上顿没下顿的贫困宭境?不怕不怕,神仙相助,一技在手,天下我有!且看现代张悦娘,如何身带福气玩转古代,开面馆、收小弟、左纳财富,右傍美男,共绘幸福生活大好蓝图!!!!快本新书《天媒地聘》已经上架开始销售,只要3.99元即可将整本书抱回家,你还等什么哪,赶紧点击下面的直通车,享受乐乐精心为您准备的美食盛宴吧!)
  • 笑蛋CP:我家萌蛋变凤凰

    笑蛋CP:我家萌蛋变凤凰

    中考结束O(∩_∩)O~!一次爬山丢三次手机,又三次是后面的帅哥捡还,,,O__O"…其实帅哥脾气火爆o(╯□╰)o骂了我三次,就这样,孽缘开始。哦,不,我林淡淡的那啥故事开始。呵呵呵······然后然后。大家捧起小说,准备大笑吧。(此文很爆笑,次文值得一看,O(∩_∩)O哈哈哈~,每天笑笑更健康,每天笑笑更美丽,嚯嚯嚯^_^)