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標 題Re: [問題] 分子生物學的發展歷史(二)
發信站KKCITY (Fri Apr 21 19:58:07 2006)
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二、現代分子生物學的
建立和
發展階段
這一階段是從50年代初到70年代初,以1953年 Watson 和 Crick 提出的 DNA雙螺旋
結構模型作為現代分子生物學誕生的里程碑,開創了分子遺傳學(molecular genetics)
蓬勃發展的黃金時期。發現 DNA雙螺旋模型最深刻的意義在於:確立核酸的化學結構,並
提出「鹼基配對」是核酸自我複製及傳遞訊息的基本方式,闡釋了核酸與蛋白質分子之間
的關係,以及兩者在生命活動中所扮演的角色。
在此期間的主要進展包括:
1. 遺傳訊息傳遞的「
中心法則」(central dogma)的建立
在發現 DNA雙螺旋結構後不久(1958),Crick 大膽提出遺傳訊息傳遞的規律,
即是所謂的「中心法則」。其後的研究主題之一為
DNA的複製:
(1)1956年 A.Kornberg 首先發現 DNA聚合蹆Ⅰ(DNA polymeraseⅠ),並嘗試在
試管內(in vitro)合成出 DNA;
(2)1957年 Meselson 及 Stahl以同位素標記法和 CsCl密度梯度離心法,為DNA複製
是採「半保留」(semi-conservative)的方式提出了證明;
(3)1968年 Reiji Okazaki(岡畸,日本人)提出 DNA 有leading strand 及
lagging strand 的概念,於是lagging strand 即被稱為 Okazaki fragment;
(4)1972年,證實了DNA複製之初,需要RNA作為引子(primer);
(5)70年代初,獲得 DNA拓撲異構蹆(DNA topoisomerase),並對真核 DNA聚合蹆
之特性進行分析、研究。
這些努力都使 DNA複製的機制更加明瞭。
另一項研究主題則是
RNA如何擔任訊息傳遞的媒介:
(1)有人提出「RNA在遺傳訊息傳遞的過程中,扮演媒介角色」的假說。
(2)1958年 Weiss 及 Hurwitz等人發現 DNA依賴性 RNA聚合蹆(DNA-dependent
RNA polymerase)之存在;
(3)1959年,美籍西班牙裔科學家 Uchoa發現細菌的多核㏘酸磷酸化蹆(polynuclo-
tide phosphorylase),並成功合成了 RNA,重建了將基因內的遺傳訊息藉由
RNA媒介轉譯成為蛋白質之過程;
(4)1961年 Hall 和 Spiegelman 用 RNA-DNA 雜合(RNA-DNA hybridization),
證明 mRNA 與 DNA 序列確實互補。
藉由 RNA的研究,逐步解開 mRNA 轉錄(transcription)的機轉。
第三項焦點則是
蛋白質如何被合成(轉譯 translation 的過程)
依照「中心法則」,蛋白質是按照 RNA上的遺傳訊息而合成的。
(1)50年代初 Zamecnik等人在細胞組成分分離(cellular fractionation)的實驗
中已確定微粒體(microsome,其實是粗糙面內質網 rER 的碎片)是細胞內合成
蛋白質的部位;
(2)1957年 Hoagland、Zamecnik 及 Stephenson等人則分離出tRNA(transfer RNA
),並對這種 RNA 在轉譯過程中,負責運送胺基酸的功能提出了假說;
(3)1961年 Brenner 及 Gross等人觀察到轉譯過程中,mRNA 與核糖體(ribosome)
有結合的現象;
(4)1965年 Holley 首次測出了酵母菌丙胺酸-tRNA(Ala-tRNA)的核㏘酸序列,並
證實所有的 tRNA 具有結構相似性;
(5)60年代,Nirenberg、Ochoa以及Khorana等幾組科學家,協力破譯了RNA上編碼
合成蛋白質的遺傳密碼(genetic codes),即三聯體密碼子(triplet condon
)與胺基酸之間的對應關係;隨後的研究也顯示這套遺傳密碼的通用性(所有生
物皆適用),從而認識了蛋白質被轉譯合成的基本過程。
上述三個方向的研究與重大發現,以「中心法則」為基礎,建立了分子遺傳學的基本
理論體系。而後在1970年, H.M.Temin 和 D. Baltimor分別發現某些病毒具有反轉
錄蹆(reverse transcriptase),因此可在該酵素的催化下,以 RNA 為模板合成
DNA。此發現又進一步地補充並修正了 Crick 於1958年提出的「中心法則」,至此
,分子遺傳學的根基已經相當穩固了!
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