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基因的革命

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第一章 寻找基因(10 / 10)
的腺瞟呼和胸腺嘴徒对的形状,和以同样方式维系的鸟瞟吟和胞喷晚对的形状相同,这种互补的联系不仅能形成氢键,还表明DNA螺旋的直径是一样的,这种互补关系还正好说明了查哥夫提出的两类碱对1:1的对等关系。因此,他们认定了DNA接着酸链只有两条。此外,有关X衍射图诺表明,两条链应呈螺旋形的,其直径约为20A,相邻核音酸间的距离是3.4A,旋转一周(正好十个核音酸)为34A,根据这些情况,他们制成了DNA金属立体模型。

    沃森和克里克指出:“在这种结构中两条链围绕着一条共同的轴线缠绕,并通过核音酸碱基之间的氢键彼此连接起来……。两条链都是右手旋转的螺旋,但原子在糖一磷主链上的顺序是反方向的,并成对地垂直于螺旋轴线。糖和磷酸基因在外侧,而碱基在内侧(沃森、克里克:《核酸的分子结构》,载《遗传学经典论文选集》,科学出版社1984年版,第148页),全部结构象沿轴心旋转的梯子,形成了一个特定的螺旋模型。根据计算和分析,这个模型既符合X衍射图谱有关结晶分子的各个数据,又和立体化学的原则一致。沃森和克里克终于建立生命史上具有巨大意义的基因(DNA)模型。人们把这个发现誉为分子生物学新时代的开端。

    DNA双螺旋结构作为遗传物质,它的生物学特性在以后若干年中陆续得到证实,这种特性具体表现在DNA的功能上。确定DNA的基本功能大致有以下几个方面:第一,它的自我复制机制。沃森和克里克在制作DNA模型时已经想到DNA的自行催化的繁殖机制。由于双螺旋的对称性,它们的互补性质十分明显,当基因增殖时两条链分开,每条链实现自我复制,即各自成为配对物的模板,借助其互补特性形成新的双链,构成了新的DNA分子链。沃森和克里克掼出:“……我们的脱氧核糖核酸模型实际上是一对样板。这两条样板是彼此互补的。我们假定,在复制之前氢键断裂,两条链解开并彼此分离。然后,每条链都可以作为样板,在其上形成一条新的互补链。这样我们最后得到了两对链,而此前我们仅有一对链,而且在复制过程中,也是严格符合碱基对顺序的”(沃森:《双螺旋》,中文版第155页)。这种复制称半保留复制,即原先的链保留,而后分开来分别到子分子中成为新链的模板。1958年,梅塞尔森和斯塔尔证明DNA的复制确如沃森和克里克所描述的是一种半保留的复制机制。

    第R-NA)单链“翻译”成蛋白质氨基酸。由于每个tRNA都有一个特定的“反密码子”,能认别遗传密码,它的另一端和特定的氨基酸相结合。处在核糖体内的mRNA,由每个特定的tRNA携带着某种氨酸,借助反密码子在mRNA上找到自己的位置,按照mRNA核音酸排列顺序,把不同的氨基酸排列起来组成多肽(蛋白质或酶)。

    由此可知,从DNA到蛋白质是一个单向的信息流。沃森在从事DNA结构模型设计时已想到基因指导蛋白棋会成过程,当时,他记下了DNAnRNAn蛋白质这样单向性流动公式,表示遗传信息从DNA传到蛋白质的作用过程。这种遗传信息传递过程称为“中心法则”。

    后来,梯明等人发现了“反向转录酶”,可指导RNA中的信息转录到DNA上,表明DNA与RNA之间在少数情况下可以发生逆转。但是,核酸指导蛋白质合成的法则依然是正确的。

    第三,基因突变的分子基础是DNA核音酸排列顺序发生了变化。早在1949年,鲍林曾推测镰状红细胞贫血症的起因是血红蛋白多肽链内部发生变化所致。1957年,英格拉姆证明镜状红细胞贫血症是因为在血红蛋白分子中的B链上,第六位上的谷氨酸突变成激氨酸造成的,如果追溯组成谷氨酸的密码,它是GAA,突变成绿氨酸后密码子为GUA,其中的A(腺瞟吟)变成了U(尿障院),正是这个碱基发生了突变才引起氨基酸成分的变化,从而5!起了镰状红血球贫血症。以后,人们了解到:通过核音酸碱基的代换,或者通过核音酸碱基的添加或缺失,发生碱基序列的变化,从而引起基因突变,并影响到有机体表型以及有机体生理生化反应等方面的变化。

    总之,DNA双螺旋结构模型在揭示生命的基本问题上已取得了极其辉煌的成就。由于DNA双螺旋的发现,现在知道:基因就是DNA分子上的多核高酸片段,它决定特定的多肽链氨基酸顺序,即指导蛋白质或酶的合成,是实现基因自我复制和发生突变的基本单位。这样的单位也叫一个“顺反子”,基因就是一个“顺反子”。

    随着时代的进展和科学的发展,基因从假定中的“诞生子’和承担专一遗传作用的“种质”,到孟德尔实验中推导出的遗传因子,再到摩尔银通过果蝇杂交后代中出现的重组频率推导出基因的重组的存在,把基因落实到染色体上作直线排列的领料。但自DNA双螺旋结构模型建立后,人们终于找到了遗传和发生变异的实在物,找到了生物的遗传和变异的机制。(张乃烈)