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诺贝尔生理学或医学奖名人堂:尼伦伯格

97诺贝尔生理学或医学奖名人堂

     1968:尼伦伯格

    马歇尔·沃伦·尼伦伯格(Marshall Warren Nirenberg,1927.4.10-2012.1.15),美国生物化学家、遗传学家,他破译了生命的遗传密码,阐明了它们在蛋白质合成中的作用。

美国生物化学家尼伦伯格

     尼伦伯格出生于美国纽约市的布鲁克林,1939年全家移居到佛罗里达州的奥兰多。他从小就对自然界感兴趣,善于观察周围的植物、昆虫和鸟类,还将观察到的现象认真记录在本子上。1945年,他考入佛罗里达大学动物学专业,1948年获理学学士学位。此后他先后作为生物学教学助理和营养实验室研究助理工作了两年,于1950年开始读研究生,1952年获佛罗里达大学动物学硕士学位。除了动物学,他还对生物化学充满了兴趣,因此进入密歇根大学生物化学系跟随霍格进行博士阶段的学习,主要研究腹水肿瘤细胞摄取己糖的机制。1957年,他获得了密歇根大学生物化学博士学位。

     博士毕业后,美国癌症学会给尼伦伯格颁发了博士后奖学金,使他得以进入位于马里兰州贝塞达斯的美国国立卫生研究院(NIK)的关节炎、代谢和消化疾病研究所进行博士后研究。1960年,他转入NIK酶代谢研究部工作,并在NIK一直工作到退休。

     进入六十年代,生物化学领域中突出的课题是遗传密码问题。沃森和克里克等人已经明确了DNA的双螺旋结构,而且对形成蛋白质的主要机制也已有所认识。沿着DNA链的三种核苷酸的每一组合对应着一种特定的氨基酸,它借助于信使RNA(mRNA)、转运RNA(tRNA)和核糖核蛋白体进入蛋白质链中一定的位置,这已经得到了证实。现在的问题是:哪一个DNA三联体相应于哪一个氨基酸?

     这是一个充满了挑战性的课题,极大地激起了对DNA、RNA和蛋白质合成有着极大兴趣的尼伦伯格的求知欲。他抖擞起精神,收集了大量的相关资料,全身心投入到关于遗传密码的研究之中。他要搞清楚究竟是DNA还是RNA指导了蛋白质的合成?他制备了大肠杆菌的无细胞体系,经过一段时间保温后可破坏体系中原有的DNA和RNA,为保证没有DNA还专门添加了DNA酶。之所以要除去DNA和RNA,是因为要验证人工合成的、明确其序列的多聚核苷酸能合成什么样的多肽,如果原有的DNA和RNA不清除干净会影响这个实验,以至于最后弄不清楚新合成的多肽是原有的DNA或RNA指导合成的,还是由人工合成的多聚核苷酸指导合成的。清除了原有的DNA和RNA后,再分别加入DNA和RNA,结果发现只有RNA可以促进蛋白质的合成,DNA没有这个功能。实验结果非常清楚地回答了尼伦伯格的疑问:是RNA指导了蛋白质的合成!

莫桑比克(2010):1968年诺贝尔生理学或医学奖获得者尼伦伯格,邮票主图为尼伦伯格正在做实验

     尼伦伯格在此基础上又制定了下一步的实验计划:将已知序列的RNA加入到无细胞体系,指导合成由特定氨基酸构成的蛋白质,然后根据氨基酸的类型就可确定相应的遗传密码了。1961年,他的研究有了突破。他利用合成的RNA作mRNA,这种合成的RNA是按奥乔亚的方法构成的,它只有一种核苷酸,尿嘧啶核苷酸,因此其结构为多聚U(…UUUUUU…),其中唯一可能的核苷酸三联体是UUU,当它形成只含有苯丙氨酸这种氨基酸时,显然UUU就与苯丙氨酸相对应,说明UUU代表了苯丙氨酸的遗传密码。这个实验不但确定了密码“词典”中的第一个遗传密码,还为存在mRNA提供了第一个证明。

      尼伦伯格将实验结果写成了论文,并将论文递交给1961年8月在莫斯科召开的国际生物化学大会。大会组织者邀请尼伦伯格在一个很小的分会场做报告,那天报告厅里前来听他报告的科学家不超过30人,所幸有一位科学家认识到这项成果的重要性,会后立即将尼伦伯格的报告内容向大会组织者之一的克里克作了汇报。克里克听了汇报后,立即邀请尼伦伯格于次日在一个可容纳一千多人的报告厅里重复这个报告。

      第二天,大报告厅里坐满了前来听报告的科学家,尼伦伯格的讲述在现场引起了巨大的轰动,同行们对此给予了高度评价,一些媒体也纷纷报道遗传密码被破译的事情,当年的《美国科学院院刊》也随即刊发了这个成果。其他生物化学家受尼伦伯格的鼓舞,纷纷加入这一场探索,相继确定了别的三联体和各氨基酸之间的关系。不到十年,整个密码“词典”就完成了。

      尼伦伯格在破译遗传密码方面所做的具有开拓性的工作,被认为是20世纪60年代分子生物学和分子遗传学的一项重大成就,他因此被称为“遗传密码之父”。1968年,他和科拉纳、霍利一起获得了诺贝尔医学或生理学奖。获奖后,尼伦伯格将目光转向了神经生物学的研究,发表了70多篇论文,又取得一系列的成果。他不但是一名伟大的科学家,还是一个满怀社会责任的人,充分利用自己的声望积极参加各种社会活动,呼吁科学家们多承担社会责任。他先后加入了几十个科学团体,警告核军备竞赛的疯狂后果,通过公共媒体来鼓励科学文化。

      尼伦伯格是美国科学院院士和美国艺术与科学院院士。除了诺奖外,他还获得过许多其他科学奖励,如美国科学院分子生物学奖、美国国家科学奖、盖尔德纳基金会国际奖、富兰克林奖章、霍维茨奖和拉斯克基础医学奖。2010年1月15日,他因肿瘤在纽约的家中逝世,享年82岁。

作者简介

王平,南京医科大学医学史研究中心客座教授,中华医学集邮研究会副会长。

YIXUELISHI

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医学的历史与文化

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