生物的特异性与分子生物学的关系

生物的特异性与分子生物学的关系

从20世纪30年代到20世纪60年代分子生物学兴起的同时在生物学逐渐形成和发展了生物的特异性概念。在20世纪30年代生物学家和生物化学家所接触到的许多现象——基因(不论它们是什么物质)、酶和抗体(已知的蛋白质)——它们的作用都表现有特异性，所以很自然地提到特异性问题。但是特异性的概念几乎是没有什么内容的空洞的名词，例如，生物学家试图了解蛋白质时他们往往注意蛋白质装配的一般化学的规律或在它们结构中重复的物理单位就认为他们已找到了答案，虽然根据任何这些规律和单位所得出的见解与特异性是相反的。40年后生物特异性的内容已大大地充实了。我们现在可以概括生物特异性为：一、线性(Linearity)长链的生物分子，蛋白质和核酸的序列是特异性的；二、结构，生物大分子和三维间的相互作用；三、直线特异性决定三维特异性。生物的特异性的现代意义是20世纪50年代中期F.Crick提出的所谓“序列假说”(Sequence hypothesis)。

对分子生物学形成有贡献的五门学科的特异性的意义有极不相同的地位和性质。在微生物学，特异性问题表现在微生物究竟是怎样的，在生物学上有不同的看法。一种意见是微生物在最基本方面是否能和高等生物相比，特别是它们的生命过程是否决定于基因。主要的相反意见则认为微生物对四周环境的反应比较敏感，因而环境对它们起了变更和适应的作用。1923年，Oswald Avery证明肺炎球菌存在有不同的多糖作为它们的保护外膜并创立了细菌是有特异性的独立品种。如果说特异性的见解是一个基本转折，则Avery的贡献除发现DNA是遗传物质外，他发现了微生物的特异性问题。后来，在20世纪30年代，A.Lwoff的工作表明微生物和多细胞生物一样有营养需要。1943年Luria和Delbruck认为细菌的抗性特别是对噬菌体不是由于适应而是由于遗传性突变。Monod和Auduseau证明细菌通过遗传性突变获得所谓适应酶，后来称之为酶合成的诱导，这些认识使细菌进入孟德尔遗传学领域。1944年，Joshua Lederberg发现了细菌的交配，从而把细菌最后纳入经典遗传学范畴。

孟德尔遗传学本身一直是特异性的，并且从早期遗传学特异性——图谱——是直线排列的。这是在了解DNA或蛋白质没有分歧之前，也就是T.H.Morgan坚持基因的直线序列。但是B.Ephrussi和G.Beadle测定酶决定果蝇眼色以及Beadle和Tatum证明链包霉一个基因一种酶假说使遗传变得更为生物化学化了。

物理化学，特异性不是抽象的，也不是直线的，而是三维的。Pauling关于原子的紧密装置的规律以及分子结构中的电荷平衡，化学键的角度和长度能比较精确地了解在生物大分子中氢键的重要性等方面的论述加强了特异性的概念。

结晶学也渗透了特异性。19世纪前半期，血红蛋白的结晶，1934年，J.D.Bernal从蛋白质晶体获得衍射图，证明它们是在原子水平上有规律。1938年Felix Hauzowica观察到血红蛋白在它的脱氧到有氧形成过程中晶体结构起了变化。对结晶学家来说特殊的分子结构特异性并不是惊奇的事了！

在分子生物学综合中的第五个学科是生物化学。大家都认为细胞内的一切活动毫无疑问是生化过程，这一点没有争论。但是现代对生命过程中的分子特异性的了解是由于F.Sanger的工作。在20世纪40年代开始，Sanger测定牛胰岛素双链的氨基酸序列并证明这个序列是独特的，也就是说每个胰岛素分子是完全相同的。1951年无可争辩的事实是蛋白质是完全特异性的。

与此同时核酸也有类似的情况。Sanger的对蛋白质正如Chargaff的对核酸，1949～1950年他在推翻“四核酸假说”时宣称核酸的序列很可能也是特异性的。DNA结构的特异性是容易理解的，但是直到Watson和Crick结构的时候没有人想到特异性能被一个序列或一个密码怎样简单地携带。正如Delbruck说的“对每个人说这是个最大的意义”！(ACD，1979)1957年9月Crick在英国生物学会议上的报告“蛋白质合成”提出所谓“序列假说”和“中心法则”。从这时起到现在有关生物学中的特异性的见解才为人们所接受。核酸与蛋白质再一次认为是完全相似的，即都具有特异性。