无细胞蛋白质合成对合成多聚核糖核苷酸的依赖
给细胞喂一串 U,它便造出一条全是苯丙氨酸的蛋白质——遗传密码的第一个词,就此被读出。
为了读懂生命的密码,两位科学家给细胞喂了一条最简单的讯息——再听它回答了什么。
核心想法
基因是用一套四个字母的字母表写成的(RNA 中的碱基 A、U、G、C),但生命体是由蛋白质构成的,而蛋白质是 20 种不同氨基酸连成的链。所以,一定存在一套密码——一种把 RNA 的字母翻译成氨基酸的办法。人人都相信这套密码真实存在,可到 1961 年,还没有人读出过它的哪怕一个词。
尼伦伯格与马特伊,找到了读出一个词的办法。他们自己写出一条最简单的讯息:一条只由一个字母 U 一遍遍重复构成的 RNA。当他们把这条「poly-U」喂给一台细胞的造蛋白机器时,它造出的蛋白质,竟也是由唯一一种氨基酸——苯丙氨酸——一遍遍重复构成的。讯息「UUU」的意思,就是「苯丙氨酸」。密码的第一个词,被读出来了。
它是如何诞生的
到 1961 年,编码问题已是新生的分子生物学中那个最大的未解之谜,许多绝顶聪明的人,写满了一本本笔记本,构想出种种巧妙的密码——而其中绝大多数是错的。马歇尔·尼伦伯格,一位年轻、默默无闻、供职于美国国立卫生研究院的科学家,选了另一条路:做实验。他与德国生物化学家海因里希·马特伊一道,搭起一套「无细胞」系统——把细菌打破后取出的、仍能运转的内部机器,养在试管里,依旧能造出蛋白质。
1961 年 5 月 27 日凌晨,马特伊做了那支决定性的试管:细胞汁液、各种原料,再加一条纯由 U 构成的合成链。它迸发出一阵苯丙氨酸蛋白质。当那年夏天尼伦伯格在莫斯科的一次大会上宣布此事时——起初台下几乎空无一人——这消息令整个领域为之一震。一套曾让最聪明的理论家们束手无策的密码,竟被一个直截了当的实验破解了。
它为何重要
它把遗传密码,从一个想法,变成了可以一个字母、一个字母去读的东西。方法一旦确立,密码余下的部分便迅速破译,给了我们那部通用字典——把 DNA 翻译成构建一切生命的蛋白质。这正是现代遗传学、医学与生物技术的根基。
一个可以想象的画面
想象你捡到一条很长的加密讯息,却没有密钥。于是你「作弊」:自己写一条只含字母「U」、重复上千遍的讯息,塞进解码机里。出来的译文,是只有「苯丙氨酸」这个词、重复上千遍。现在你确知了一件事——「U」(每三个一组)的意思,是「苯丙氨酸」。再用一整页纯「A」、纯「C」如法炮制,一次一项,你便能把整把密钥重建出来。生命的密码,最初正是这样被读出来的。
它的位置
沃森与克里克(1953)揭示了 DNA 的结构;克里克的中心法则(1958)说,信息沿 DNA → RNA → 蛋白质流动。但二者都没说字母「如何」翻译。这个实验,补上了那部缺失字典的第一项;短短几年内,整套密码便为人所知——这正是基因与蛋白质之间的纽带,也是今天读取、编辑基因的一切所赖以建立的。