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生物化学家、遗传密码之父尼伦伯格
尼伦伯格(Nirenberg,MarshallWarren,1927-2010),美国生物化学家,美国科学院院士和美国艺术与科学院院士,遗传密码之父,阐明白遗传密码及其在蛋白质合成中的作用,曾获获诺贝尔生理学或医学奖、美国科学院分子生物学奖、美国国家科学奖章、盖尔德纳基金会国际奖、富兰克林奖章、霍维茨奖、拉斯克基础医学奖等。
1927年4月10日,尼伦伯格诞生于美国纽约市的布鲁克林,十几岁时,尼伦伯格就对自然界充溢了科学上和美学上的观赏,很擅长视察四周的生命世界,如植物、昆虫和鸟等,并将视察结果具体记录下来。在奥兰多他还特别喜爱探究沼泽和洞窟地带,以收集大量蜘蛛来探讨。
1945年,尼伦伯格考入佛罗里达高校读动物学专业,并于1948年获得学士学位。此后,尼伦伯格先后作为生物学教学助理和养分试验室探讨助理工作了两年,于1950年回到佛罗里达高校进行探讨生学习,1952年获得动物学硕士学位,论文是《果蝇的解剖学和分类学探讨》。除动物学外,尼伦伯格还对生物化学产生了爱好,因此进入密歇根高校生物化学系跟随霍格进行博士阶段的学习,主要探讨腹水肿瘤细胞摄取己糖的机制,于1957年获得生物化学博士学位。由于在肿瘤方面的探讨,博士毕业的尼伦伯格获得了美国癌症学会授予的博士后奖学金,得以进入美国卫生探讨院的关节炎、代谢和消化疾病探讨所进行博士后探讨,并先后在小斯特腾试验室和雅各比试验室工作,进一步驾驭了生物化学的基础学问和试验方法。1959年,尼伦伯格转入NIH的代谢酶探讨所工作并于翌年正式加入NIH,在NIH始终工作到退休。
1959年,克里克和布伦纳在理论上确立了遗传密码由三个连续核苷酸构成,即三联体密码,并于1961年用一个设计精致的试验证明白这种推想,但却无法进一步供应证据说明具体的遗传密码。
就在1959年,尼伦伯格也对遗传密码产生了巨大爱好,部分缘由在于这个问题充溢了挑战,极大地吸引了他的求知欲。尼伦伯格想知道RNA是否是遗传物质DNA与功能物质蛋白质之间的信使或者说中介分子,但是尼伦伯格未受过正规的分子遗传学训练,只是业余时间学习了少许相关学问。因此,他起先向四周有相关探讨背景的同事请教。当同事获知尼伦伯格的探讨安排时,都纷纷劝他放弃,他们认为对于缺乏分子遗传学背景的生物化学家而言,起先一个全新领域显得特别无趣,其中一个同事甚至认为尼伦伯格的确定无异于“学术自杀”。尼伦伯格仍坚持着自己的想法,着手进行遗传密码方面的探讨工作,特殊是1960年马特伊的到来更是加速了遗传密码的探讨。马特伊来自德国波恩高校,当时正在康奈尔高校进行博士后探讨,他特别擅长试验探讨,娴熟的操作对尼伦伯格的胜利是一个极大保障。
为了破译遗传密码,尼伦伯格首先须要建立一个稳定的试验体系,而对于生物化学探讨背景的他而言,无细胞体系最为志向。在尝试了几种生物后,尼伦伯格最终选定大肠杆菌无细胞体系作为探讨对象。他首先想搞清晰的是DNA还是RNA干脆指导了蛋白质的合成。尼伦伯格先制备了大肠杆菌无细胞体系,经过一段时间保温后可破坏细胞原有DNA和RNA(为保证没有DNA还添加了DNA酶),此时蛋白质合成基本停止,随后分别加入DNA和RNA,结果发觉只有RNA而不是DNA可加快蛋白质的合成,这个结果清晰地说明RNA干脆指导了蛋白质合成。在此基础上,尼伦伯格设想,假如可将已知序列的RNA加入到无细胞体系,将合成由特定氨基酸构成的蛋白质,进一步依据氨基酸的类型就可确定相应的遗传密码。当时NIH其他科学家已合成一系列线性多聚重复核苷酸,如多聚A、多聚T等,尼伦伯格获得肯定量由多聚U(即…UUUUU…)构成的RNA(之所以选择U是因为这是RNA区分于DNA的碱基,进一步保证是RNA指导了蛋白质的合成),随后制定了一个破解遗传密码的试验程序让马特伊来实施、完成。
1961年5月的某天晚上,马特伊将多聚U加入到包含核糖体和其他蛋白质合成所需细胞元件的无细胞蛋白质合成体系中,同时将该体系分为20份,每份添加1种氨基酸,共20种,其中只有一种为放射性标记,结果在添加了放射性标记的苯丙氨酸体系中检测到合成的蛋白质也拥有放射性,而其他氨基酸均没有这种效应,考虑到多聚U只有一种三联体组合,即UUU,因此这个结果就意味着UUU代表苯丙氨酸的遗传密码。这个经典试验又被称为尼伦伯格-马特伊试验,它一方面鉴定出第一个遗传密码,另一方面为存在信使RNA(mRNA)供应了第一个证明,试验结果最终发表在当年的《美国科学院院刊》。
现在已知道,蛋白质翻译时须要核糖体首先识别mRNA的起始密码才可进行随后的翻译,但多聚U不具备这种特征,因此应无法完成翻译,这个事实尼伦伯格在当时并不知情。但巧合的是,尼伦伯格和马特伊应用的无细胞蛋白质合成体系中加入了正常数量两倍的镁离子,后来发
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