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现在问题变成了一个数学游戏,和详细的分子机制无关(我们却要死记硬背这些分子机制)。
四种DNA字母要编码20种氨基酸。
绝不可能是一对一编码,也不可能是二对一编码,因为两个字母最多只能组成16种组合(4×4)。
因此,最低要求是三个字母,也就是DNA序列里面最少要有三个字母对应到一个氨基酸,被称为三联密码,后来被克里克和西德尼·布伦纳证实。
但是这样看起来似乎很浪费,因为用四种字母组成三联密码,总共可以有64种组合(4×4×4),这样应该可以编码64个不同的氨基酸,那为什么只有20种氨基酸呢?一定有一个神奇的答案来解释为什么4种字母,3个一组,拼成64个单词,然后编码20种氨基酸。
很巧的是,第一个尝试解答这个问题的人也不是生物学家,而是热情洋溢的俄裔美籍天文物理学家乔治·伽莫夫,他因提出大爆炸理论而广为人知。
伽莫夫认为,DNA序列可以直接生产蛋白质,氨基酸分子可以嵌入双螺旋间的钻石型凹槽内来合成蛋白质。
不过伽莫夫的理论是纯数学的,因此当他知道蛋白质并非在细胞核里合成,所以也就不可能和DNA直接接触时,也完全不在意。
这个想法只剩下理论性的内容,而没有生物方面的意义。
伽莫夫主张一种相互重叠的三联密码,这是密码学家的最爱,因为这可以使信息密度最大化。
假设有一段DNA序列为ATCGTC,那第一个“字”
(术语叫作密码子)就是ATC,第二个字是TCG,第三个字是CGT,以此类推。
重叠密码必定会减少氨基酸的可能排列方式,因为如果第一个密码子ATC可以对应某个特定氨基酸,那第二个氨基酸所用的密码子,一定要是TC开头才行,然后第三个一定要是C开头。
当你费力演算完所有的排列组合之后会发现,符合这些规则的三联密码不会太多,因为A旁边一定是T,而T旁边一定是C,以此类推,很多密码子都会因不符合重叠规则而被排除。
那么计算之后还剩下多少种可能的三联密码呢?伽莫夫用魔术师从帽子里变出兔子的口吻说:正好20个!
然而这是第一个被冷酷无情的实验数据否定的聪明点子,之后还有更多被否定的。
所有的重叠密码都会作茧自缚。
首先,根据这种编码方式,某个氨基酸一定要排在另一个氨基酸旁边。
然而生物化学家弗雷德·桑格尔(这位安静的天才获得了两次诺贝尔奖,一次因为蛋白质测序,一次因为DNA测序)那时正好在帮胰岛素测序(破解胰岛素蛋白质的氨基酸排列顺序)。
不久他发现,任何氨基酸都可以排在其他氨基酸旁边,蛋白质的序列没有任何限制。
第二个问题是,根据重叠密码理论,任何点突变(也就是一个字母被换成另一个)都会改变一个以上的氨基酸,但是实验结果指出,点突变往往只会改变一个氨基酸。
显然真正的密码并没有重叠,伽莫夫的重叠密码理论早在我们知道正确答案之前就被推翻了。
基因密码学家已经开始思考我们的大地之母或许就是这么浪费。
克里克接着提出了另一个十分漂亮的理论,很快就被所有人接受了,他本人却对此有些顾虑,因为该理论尚未被实验证实。
克里克结合了许多来自不同分子生物实验室的新发现,特别是沃森在哈佛大学新成立的实验室的结果。
沃森那时候钟情于RNA,它像一小段单链的DNA,既存在于细胞核中,也存在于细胞质中。
更有趣的是,沃森认为RNA是某个小细胞器的一部分(现在称为核糖体),而这个小细胞器似乎是细胞合成蛋白质的场所。
所以沃森认为,DNA长链安静地待在细胞核里不动,而当细胞要生产蛋白质时,其中一小部分序列就可以作为模板,复制出一小段RNA,这一小段RNA则会离开细胞核,与等在外面的核糖体结合。
这段敏捷的RNA很快就被命名为“信使RNA”
或mRNA。
早在1952年,沃森就写信告诉克里克:“DNA合成RNA,RNA合成蛋白质。”
而现在克里克真正感兴趣的问题是,这一小段mRNA的字母序列,如何翻译成蛋白质里面的氨基酸序列。
克里克思考着,他认为mRNA可能需要一系列“适配器”
来帮助完成翻译,每一个适配器都负责携带一个氨基酸。
当然每一个适配器一定也是RNA,而且都带有一段“反密码子”
序列,这样才能和mRNA序列上的密码子配对。
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