無細胞蛋白質合成對合成多聚核糖核苷酸的依賴
給細胞餵一串 U,它便造出一條全是苯丙胺酸的蛋白質——遺傳密碼的第一個詞,就此被讀出。
為了讀懂生命的密碼,兩位科學家給細胞餵了一條最簡單的訊息——再聽它回答了什麼。
核心想法
基因是用一套四個字母的字母表寫成的(RNA 中的鹼基 A、U、G、C),但生命體是由蛋白質構成的,而蛋白質是 20 種不同胺基酸連成的鏈。所以,一定存在一套密碼——一種把 RNA 的字母翻譯成胺基酸的辦法。人人都相信這套密碼真實存在,可到 1961 年,還沒有人讀出過它的哪怕一個詞。
尼倫伯格與馬特伊,找到了讀出一個詞的辦法。他們自己寫出一條最簡單的訊息:一條只由一個字母 U 一遍遍重複構成的 RNA。當他們把這條「poly-U」餵給一台細胞的造蛋白機器時,它造出的蛋白質,竟也是由唯一一種胺基酸——苯丙胺酸——一遍遍重複構成的。訊息「UUU」的意思,就是「苯丙胺酸」。密碼的第一個詞,被讀出來了。
它是如何誕生的
到 1961 年,編碼問題已是新生的分子生物學中那個最大的未解之謎,許多絕頂聰明的人,寫滿了一本本筆記本,構想出種種巧妙的密碼——而其中絕大多數是錯的。馬歇爾·尼倫伯格,一位年輕、默默無聞、供職於美國國立衛生研究院的科學家,選了另一條路:做實驗。他與德國生物化學家海因里希·馬特伊一道,搭起一套「無細胞」系統——把細菌打破後取出的、仍能運轉的內部機器,養在試管裡,依舊能造出蛋白質。
1961 年 5 月 27 日凌晨,馬特伊做了那支決定性的試管:細胞汁液、各種原料,再加一條純由 U 構成的合成鏈。它迸發出一陣苯丙胺酸蛋白質。當那年夏天尼倫伯格在莫斯科的一次大會上宣布此事時——起初台下幾乎空無一人——這消息令整個領域為之一震。一套曾讓最聰明的理論家們束手無策的密碼,竟被一個直截了當的實驗破解了。
它為何重要
它把遺傳密碼,從一個想法,變成了可以一個字母、一個字母去讀的東西。方法一旦確立,密碼餘下的部分便迅速破譯,給了我們那部通用字典——把 DNA 翻譯成構建一切生命的蛋白質。這正是現代遺傳學、醫學與生物技術的根基。
一個可以想像的畫面
想像你撿到一條很長的加密訊息,卻沒有密鑰。於是你「作弊」:自己寫一條只含字母「U」、重複上千遍的訊息,塞進解碼機裡。出來的譯文,是只有「苯丙胺酸」這個詞、重複上千遍。現在你確知了一件事——「U」(每三個一組)的意思,是「苯丙胺酸」。再用一整頁純「A」、純「C」如法炮製,一次一項,你便能把整把密鑰重建出來。生命的密碼,最初正是這樣被讀出來的。
它的位置
沃森與克里克(1953)揭示了 DNA 的結構;克里克的中心法則(1958)說,資訊沿 DNA → RNA → 蛋白質流動。但二者都沒說字母「如何」翻譯。這個實驗,補上了那部缺失字典的第一項;短短幾年內,整套密碼便為人所知——這正是基因與蛋白質之間的紐帶,也是今天讀取、編輯基因的一切所賴以建立的。