北京航空航天大学教授谈基因

小夏 教育 更新 2024-01-19

数以百计的思想流派讲述了故事。

叶晟,北京航空航天大学教授。

根据孟德尔的研究,基因是颗粒状的遗传信息,在很大程度上是既定的。 但此时,基因还是一个虚无缥缈的概念,它被记录在什么分子上?它是如何记录的,它是如何继承的?

在20世纪初,科学界已经知道细胞主要由蛋白质分子组成,其次是核酸分子,即DNA(脱氧核糖核酸)和RNA(核糖核酸)。 基因的信息是记录在蛋白质上还是核酸上?当时,普遍的观点是遗传信息记录在蛋白质中,蛋白质是细胞中最丰富的生物分子。

上世纪三四十年代,分子水平的生物学还在黑暗中摸索前进,而同一时期的物理学已经在相对论、量子力学等方面取得了一系列令人惊艳的成就。 这时,量子力学的创始人之一欧文和薛定谔开始转向研究生物学问题,并于2024年编纂出版了一本名为《生命是什么?》。

在这本书中,他认为蛋白质是遗传信息的载体。 这本书吸引了物理学领域的许多读者,其中包括两位年轻的英国物理学家,他们对书中讨论的生命问题非常感兴趣,以至于他们放弃了物理学领域,转而研究更神秘的生物学。 这两个人是詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克。

当沃森和克里克进入该领域时,人们越来越怀疑DNA(脱氧核糖核酸)分子是基因的载体,但缺乏关键证据。 要知道DNA(脱氧核糖核酸)也是一种长链分子,但是上面只有四个碱基的ACTG,就像一根只有四个字母的ACTG的字符串,能记录复杂的遗传信息吗?

另一方面,DNA(脱氧核糖核酸)分子的三维结构在当时仍然未知。 这些信息究竟是如何记录的?蛋白质在其中起什么作用?沃森和克里克对DNA(脱氧核糖核酸)分子结构的研究进展缓慢,直到他们从另一位物理学家那里获得了关键的证据和灵感。

这个人就是罗莎琳德·富兰克林,她用一种叫做X射线晶体衍射的方法研究了DNA(脱氧核糖核酸)的结构,并提出了许多关键的几何指标,以及DNA(脱氧核糖核酸)的这种螺旋构型。

在阅读了富兰克林的报告后,沃森和克里克迅速采取行动,根据这些限定提出了DNA(脱氧核糖核酸)分子的双螺旋模型。 在这个模型中,两条螺旋链处于互补关系中,就像两个相互固定在一起的拉链。 到了复制的时候,你只需要打开这个拉链,用这两条链作为模板,合成两个新的DNA(脱氧核糖核酸)双螺旋。

蛋白质是DNA(脱氧核糖核酸)链的编码产物,细胞根据DNA(脱氧核糖核酸)序列合成蛋白质,编码蛋白质的DNA序列就是我们所说的基因。 至此,基因携带者之争终于尘埃落定。

然而,唯一遗憾的是,给出这一关键证据的富兰克林,因长期暴露在X射线下,患上了卵巢癌,最终英年早逝,无法与华生、克里克一起站在诺贝尔奖的领奖台上。 虽然我们已经知道基因负责编码蛋白质,但基因与遗传性状之间的关系仍然不为人所知。

孟德尔其实很幸运,他研究的这些豌豆的性状是由一个基因决定的,所以3:1的数学关系被清晰地呈现出来。 然而,更多的生物学性状是由多基因决定的,多基因是细胞中不同蛋白质共同作用的结果,因此存在更复杂的遗传规律。

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