核糖核酸及其人工合成

李學(xué)健

今年1月，新華社首次報(bào)道，我國(guó)第一個(gè)人工合成了具有活性的酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸。這是繼我國(guó)在世界上第一個(gè)人工合成結(jié)晶牛胰島素之后，在探索生命科學(xué)上取得的又一項(xiàng)突破。

酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸是種類(lèi)繁多的核酸的一種。核酸是什么?它有什么用處?核酸是一種酸性的東西。人們第一次是在細(xì)胞核里發(fā)現(xiàn)了它，因此起名叫核酸。其實(shí)，后來(lái)發(fā)現(xiàn)核酸不僅細(xì)胞核里有，細(xì)胞質(zhì)里也有。

現(xiàn)代科學(xué)已經(jīng)證明，蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)；核酸是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。沒(méi)有蛋白質(zhì)就沒(méi)有生命；沒(méi)有核酸，就沒(méi)有遺傳，也沒(méi)有蛋白質(zhì)。可見(jiàn)核酸對(duì)于生命的重要。

核酸由于化學(xué)組成的不同，主要分成兩大類(lèi)；核糖核酸和脫氧核糖核酸。所謂核糖核酸，顧名思義就是核酸里含有核糖。這兩大類(lèi)核糖核酸又都是由幾十個(gè)或者成千上萬(wàn)個(gè)核苷酸連接而成的，核酸在生物體內(nèi)的含量極微，20億個(gè)雞蛋中的核酸拼起來(lái)只有一個(gè)雞蛋重。

核酸的含量雖少，本領(lǐng)卻很大，用處很多。現(xiàn)在只說(shuō)兩個(gè)主要的：1，核酸是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。比如孩子的大眼睛象爸爸，高鼻梁象媽媽?zhuān)褪且驗(yàn)樨?fù)責(zé)孩子眼睛的那段核酸是爸爸傳給的；負(fù)責(zé)孩子鼻子的那段核酸則是媽媽傳給的。核酸就是這樣把各人的遺傳密碼儲(chǔ)藏起來(lái)，在繁殖時(shí)傳給后代。2，“指導(dǎo)”和參與蛋白質(zhì)的合成。在我們的食物中，豬肉，雞蛋等都含有多種蛋白質(zhì)，經(jīng)人消化后，可分解為各種氨基酸，然后又合成另一種蛋白質(zhì)——人體的蛋白質(zhì)。這些氨基酸只有在核酸作用下才能合成蛋白質(zhì)。所以前面說(shuō)，沒(méi)有核酸，也就沒(méi)有蛋白質(zhì)。此外，核酸還有其它多種功能，這里不一一介紹了，

什么是“轉(zhuǎn)移核糖核酸”呢?就是說(shuō)，這種核糖核酸有一種本領(lǐng)，它能“轉(zhuǎn)移”。打個(gè)比方說(shuō)吧，它好比一輛運(yùn)貨車(chē)，能把貨物轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)地方去。這“貨物”就是氨基酸，這“地方”就是蛋白質(zhì)。酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核惦核酸，就是只能轉(zhuǎn)移丙氨酸的核糖核酸。別的氨基酸，它是不運(yùn)的，那要由另外的轉(zhuǎn)移核糖核酸去轉(zhuǎn)移。因?yàn)樗嬖谟诮湍钢校蚨小敖湍副彼徂D(zhuǎn)移核糖核酸”。

1965年，美國(guó)科學(xué)家霍萊第一次搞清楚了酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)。霍萊因此獲得諾貝爾獎(jiǎng)金。1968年，中國(guó)科學(xué)家便決定用人工方法去合成它。這是一件十分困難、復(fù)雜的工作，它比人工合成胰島素不知難多少倍。胰島素只有11個(gè)氨基酸，分子量為5700~而酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸，含有76個(gè)核苷酸，分子量為26000，從這兩點(diǎn)來(lái)看，后者的困難就比前者大得多。

就拿這76個(gè)核苷酸來(lái)說(shuō)，電很復(fù)雜。它一共分11種。其中4種是常見(jiàn)的，另外7種卻是稀有的。要人工合成，首先得把這些核苷酸制造出來(lái)。打個(gè)不太確切的比方；一個(gè)酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸好比一列火車(chē)，它一共有76節(jié)車(chē)廂。其中4種車(chē)廂是常見(jiàn)的，11種是不常見(jiàn)的。要合成這列火車(chē)，先得制造車(chē)廂。當(dāng)11種不同的車(chē)廂制造出來(lái)以后，把4節(jié)左右的車(chē)廂連接成小片段，然后再連接成大片段，再把大片段連成半分子：其中一個(gè)半分子有41節(jié)車(chē)廂，另一個(gè)半分子有35節(jié)車(chē)廂。最后把兩個(gè)半分子連接起來(lái)，就成了一列火車(chē)——一個(gè)完整的酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸分子。

在我們敘述這個(gè)人工合成的時(shí)候，只用了幾行字，是非常方便的。其實(shí)，真正做起來(lái)，卻是十分困難的。就說(shuō)這些車(chē)廂——核苷酸吧，小得微乎其微，看不見(jiàn)，摸不著。你可閉上眼睛想一想，一個(gè)細(xì)胞放大幾百倍，只不過(guò)是一個(gè)小圓圈兒，和一粒黃豆差不多。這個(gè)細(xì)胞里蛋白質(zhì)是多數(shù)，核酸是少數(shù)。核酸又有好多好多種，核糖核酸又有好多種，轉(zhuǎn)移核糖核酸又有好多種，其中酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸還有76個(gè)核苷酸，那每個(gè)核苷酸有多大一點(diǎn)兒呢?

再說(shuō)，這一列火車(chē)的11種車(chē)廂，各有各的位置，弄錯(cuò)了位置也不行。

還有，把兩個(gè)或幾個(gè)核苷酸連接起來(lái)的時(shí)候，不是象連接車(chē)廂那樣，火車(chē)頭稍一動(dòng)，兩節(jié)車(chē)廂之間的鉤子就接上了。而核苷酸的連接用的是磷酸二酯鍵，也是個(gè)看不見(jiàn)、摸不著的東西。這也是很困難的。這個(gè)連接工作不是象火車(chē)那樣在野外進(jìn)行的，而是在試管里進(jìn)行的。而且接對(duì)了沒(méi)有，只有用儀器來(lái)測(cè)試，眼睛是根本看不見(jiàn)的。此外，還要“測(cè)活”。用通俗話來(lái)說(shuō)，就是測(cè)試一下，它是活的，還是死的。也就是說(shuō)，要看看它同天然的酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸是一樣的，還是不一樣的。中國(guó)科學(xué)家們?cè)谕瓿稍囼?yàn)以后。曾重復(fù)測(cè)試五次，結(jié)果都是一樣。這樣，這項(xiàng)偉大的科學(xué)研究才被認(rèn)為是完全成功的。

人工合成核糖核酸研究成功，把人們帶進(jìn)一個(gè)新的領(lǐng)域，它預(yù)示著人類(lèi)有可能合成新的核糖核酸和脫氧核糖核酸，來(lái)替換變壞的這些核酸，以減少或消除遺傳疾病，提高人類(lèi)健康水平。

這項(xiàng)研究成功，帶動(dòng)了有關(guān)核酸化學(xué)、核酸類(lèi)試劑等方面的研究和制備，帶動(dòng)了很多種核酸類(lèi)藥物的生產(chǎn)和應(yīng)用。這些藥物對(duì)治療，抵抗至今尚無(wú)特效藥物可治療的癌癥以及由于病毒引起的疾病，將會(huì)產(chǎn)生一定的甚至特殊的作用，如果能達(dá)到這一點(diǎn)，人類(lèi)將比今日更加健康長(zhǎng)壽。