瑞典卡罗林斯卡医学院10月2日宣布,2006年诺贝尔医学奖授予两位美国遗传学家安德鲁·菲尔和克雷格·梅洛,以表彰他们发现了核糖核酸(RNA)的干扰技术。
安德鲁·菲尔1959年生于美国加利福尼亚州圣克拉拉,后入加利福尼亚大学伯克利分校主修数学,仅用3年就取得学位,1983年获麻省理工学院生物学博士学位。他曾在美国和英国多所高校和科研机构执教,现任斯坦福大学病理学和遗传学教授。
克雷格·梅洛生于美国波士顿,1990年获得哈佛大学生物学博士学位,现任马萨诸塞大学分子医学教授。
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安德鲁·菲尔 |
克雷格·梅洛 |
基因理论的创立到遗传密码的破译
经典遗传学的创始人当推孟德尔。1865年,他在奥匈帝国布鲁诺自然科学会上发表了豌豆杂交实验的成果:黄豌豆与绿豌豆植株杂交,子代都是黄豌豆,黄色对绿色来说是显性;当子代自花授粉时,子代豌豆则有黄有绿。他根据实验结果首先提出基因的概念并创立了两个遗传学基本定律。孟德尔第一定律或分离律认为:遗传性状是由成对的遗传因子决定的。在生殖细胞形成时,成对的因子分开,分别进入两个生殖细胞中去。第二定律或自由组合律认为:在生殖细胞形成时,不同对的遗传因子可以自由组合。
现代遗传学的奠基人当推摩尔根。1910年,美国生物学家摩尔根以果蝇为实验模型发现:有些基因的传代在不同性别的果蝇中有着不同的方式,证实了性染色体在性别中的决定作用;并确定了孟德尔提出的遗传基因就在染色体上是直线排列;还探明了基因的一系列遗传变异规律,诸如连锁、交换和不分离现象。他因创建的“基因理论”独获了1933年诺贝尔医学奖。
为了弄清基因的本质和遗传密码的奥秘,诺贝尔医学奖特别青睐这个遗传领域的研究成果。德国学者科塞尔积25年之辛劳,确定核酸是一类不同于蛋白质的物质,为探索遗传奥秘探明了生物化学研究方向,从而获得1910年医学奖。美国学者奥乔亚和科恩伯格于20世纪40年代应用细菌做实验模型研究核酸时发现,根据4种碱基的不同,脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)各有4种不同的核苷酸,核酸分子中核苷酸的排列顺序为核酸的一级结构即基本结构。他们的发现获得了1959年医学奖。美国学者威尔金斯利用X线衍射技术研究各种生物来源的DNA表明:DNA是一些排列成双螺旋形的长分子链。美国学者沃森和克里克证明,有机碱基以特殊方式成对地排列在两条相互缠绕的螺旋上,碱基的精确顺序就是携带遗传信息的密码,他们对DNA三维分子结构的探明,被誉为分子生物学的诞生,理所当然地荣获了1962年医学奖。
美国学者尼伦伯格1961年应用信使RNA(mRNA),以DNA做模板,生产出相应顺序的蛋白质,从而破译了第一个遗传密码,之后柯拉纳参加了生命体遗传密码破译的竞赛,到1966年,64个密码全部破译。这个成就说明,一切生物都使用相同的20个氨基酸,相同的4种核苷酸,相同的密码及差不多一样的蛋白质合成机制,从而荣获了1968年诺贝尔医学奖。
遗传密码的发现和破译证明了基因是通过DNA分子产生RNA分子的转录过程,以及由RNA分子指导蛋白质合成的翻译过程,来控制细胞活动和复制生命的。这就是分子生物学的“圣经”——中心法则。
基因是负责编码RNA或一条多肽链的DNA片段,包括编码序列、编码序列外的侧翼序列及插入序列。编码RNA或蛋白质的DNA序列称为结构基因。大多数生物的遗传信息都是以特定的核苷酸排列顺序贮存在DNA分子中。信使RNA负责将DNA序列中的遗传信息传递给蛋白质,其分子中的密码即三个连续的核苷酸,对应多肽链中的一个氨基酸,来指导蛋白质的合成。真核细胞的一个编码基因转录生成一个信使RNA分子,经翻译生成一条多肽链。
基因表达是指生物基因组中结构基因所携带的遗传信息经过转录、翻译等一系列过程合成特定的蛋白质,进而发挥其特定的生物学功能和反应的全过程。DNA可以作为模板直接指导RNA分子的生物合成,这一过程称为转录。然而DNA不能作为真接模板将其携带的遗传信息转移到蛋白质分子中,需要先通过转录过程将遗传信息传递到RNA分子中,再通过翻译过程将RNA分子上的核苷酸序列信息转变为蛋白质分子中的氨基酸序列。转录和翻译是基因表达过程中的两个主要阶段。原核生物细胞没有细胞核。mRNA的转录、翻译和降解偶联进行;真核细胞中,RNA需要从细胞核转运到细胞质中,转录和翻译两个过程发生在不同的空间。
任何一种生物的细胞都含有该生物的全套基因,但每一个细胞中都不是全套基因同时表达,而是有规律的选择性、程序性、适度地表达。基因表达具有时间特异性、阶段特异性、空间特异性,空间特异性又称为细胞特异性或组织特异性。这就保障了一切生命体的健康、成长和繁衍、进化。
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