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第53章 成功合成核糖核酸

从50年代开始,我国生命科学工作者在探索生命奥秘的过程中取得了一定的成就。

在胚胎学方面,童第周教授等人分析了我国特产脊索动物文昌鱼卵的发育机制,证明了这种卵的调整能力是在器官形成物质的基础上进行的。同时,他还用化学、组织化学和物理方法研究了果蝇、蛙类、小白鼠和鸡等的胚胎发育机制,分析了脱氧核糖核酸对发育的影响,以及核酸、糖元、磷酸酶、氨基转换酶等在生命发育过程中的分布和变化。

50年代,生物化学在蛋白质、酶、代谢、微生物,尤其是在蛋白质和酶的研究中取得了较大成绩。在酶的研究方面,通过对细胞色素及其有关酶系统的研究,提出了一个利用两个酶系统竞争一个共同联系因素的方法。根据酶的研究成果,我国60年代初建立了第一个酶制剂工厂,到80年代共有40多个生产厂,生产有70多种酶制剂,生产的酶品种有χ—淀粉酶、糖化酶、葡萄糖异构酶、蛋白酶和脂肪酶等。

我国生命科学工作者取得的最突出的成就是完成了核糖核酸的人工合成。

由于对核酸、蛋白质等生物大分子的研究,涉及到生命现象最本质的内容,从而成为各国生物学家所关注的焦点。通俗地讲,由于核酸是生物体内最重要的基础物质,它决定着生物遗传、指导和参与生物体内蛋白质合成的重要功能。但由于核酸的分子很大,结构也非常复杂,要人工合成它十分困难。因此,1981年我国完成的酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工合成,标志着中国在核酸合成研究方面已进入世界先进行列。

酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工合成的成功,对于揭示核酸在生物体内的作用,进一步了解遗传及其他生命现象,探索生命的奥秘,具有划时代的意义。同时,这项研究工作还带动了核酸类试剂和酶的研究,也使多种酸类药物的研制和应用得到进一步发展。

我国生物学家把很大精力用在这项研究中,并于1979年人工合成了由41个核苷酸组成的核糖核酸半分子。1981年,又完成了酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工合成,实现了人类在探索生命构成方面的重大突破。

在进行人工合成核糖核酸之前,1965年9月17日,中科院上海生化研究所、上海有机化学研究所以及北京大学等单位的生物学家经过7年的努力,完成了结晶牛胰岛素的人工合成。合成后的结晶牛胰岛素其结构、生物活力、理化性质、结晶形状等都和天然的牛胰岛素完全一样,成为世界上第一个人工合成的蛋白质。

1981年11月20日,中科院上海生化研究所、上海细胞生物学研究所、上海有机化学研究所,以及中科院生物物理研究所、北京大学等单位的王德宝、汪猷、汪恩壁、陈慎、胡美浩等生物学家在进行了13年的系统研究之后,终于完成了酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工全合成。这是世界上第一次用人工方法合成的具有生物功能的核糖核酸,是生命科学界的一项重大成就。

在进行酵母丙氨酸转移核糖核酸的研究中,研究人员第一步是把天然的核糖核酸分成两个部分:5′一半分子(1—35号核苷酸)和3′一半分子(36—76号核苷酸),并使5′一半分子的5′一末端磷酸化;第二步是用有机合成和酶促合成相结合法先合成若干大片段,然后用片段连接法把这些人工合成的大片段逐个连接成5′一半分子和3′一半分子;第三步,将这两个人工合成的半分子进行人工半合成研究,即,使人工合成的5′一半分子与天然的3′一半分子连接,使天然的5′一半分子与人工合成的3′一半分子连接,然后分别测定这两个人工半合成的核糖核酸分子是否具有生物活力。经验证,这两个人工半合成的酵母丙氨酸转移核糖核酸分子在大鼠肝氨酰基tRNA合成酶存在的情况下,能接受丙氨酸,并能将所携带的丙氨酸在兔网织红细胞裂解液体系中参入到蛋白质中去,具有生物活力。同时也证明,其间人工合成的那两个半分子的结构是正确的;第四步,将人工合成的5′一半分子和3′一半分子以某种方式进行配对连接,最后合成整个酵母丙氨酸转移核糖核酸分子(76对核苷酸)。经用我国自己研制的高灵敏度测活法测定:合成的核糖核酸分子与天然的核糖核酸分子具有相同的化学组成和结构,并有完整的生物活力。这种分四步进行人工合成生物大分子的研究方法的确是一大创造。

另外,生物化学工作者在研究成果的活力测定上实现了突破性进展。我国生物学家在合成核糖核酸的过程中认识到,生物活力的测定应包括接受活力和参入活力的测定等两个方面。仅有接受活力,没有参入活力,是不能证明一个完整的tRNA分子已经合成。本着这一原则,我国生物学家所合成的核糖核酸既具有接受活力,又有较强的参入活力。从而突破了世界上关于这方面研究的已有记录,创造了人类第一次用人工方法合成具有与天然生物相同功能的核糖核酸的最新水平。

与此同时,我国生物学家邹承鲁在蛋白质功能基因的修饰与其生物活力之间定量关系方面的研究也取得了处于国际领先水平的研究成果。

中国科学院化学所的研究员白春礼1990年通过将一种脱氧核糖核酸首先加热等办法,首次观察到脱氧核糖核酸的三瓣链状新结构,使得人们对生物储藏、复制和传递遗传信息的这一主要物质基础有了更科学的认识手段,一时间成为国内外专家关注的焦点和人们深化生物学研究的一个重要契机。

以上成绩的取得,说明我国在研究生物信息、生命起源、探索生命奥秘的道路上处于世界领先的地位。

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