亚洲 激情 小说 另类 欧美,无码在线播放一区,99 久久 国产 欧美,污视频网站在线观看二区

作者： 湯波

編輯： Yuki

今天，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?wù)浇視裕軜s獲一次諾貝爾獎(jiǎng)，可謂是科學(xué)家科研生涯的巔峰時(shí)刻。由于種種原因，一些做出重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的科學(xué)家遺憾地與諾貝爾獎(jiǎng)擦肩而過(guò)，也有一些幸運(yùn)的科學(xué)家卻兩次獲得諾貝爾獎(jiǎng)，當(dāng)然后者屬于“鳳毛麟角”。

迄今為止，全世界兩獲諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家只有四位 ，包括獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)和化學(xué)獎(jiǎng)各一次的波蘭裔法國(guó)科學(xué)家瑪麗·居里，兩獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的美國(guó)物理學(xué)家約翰·巴丁，獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)和和平獎(jiǎng)各一次的美國(guó)化學(xué)家萊納斯·鮑林，以及今天我們要介紹的 弗雷德里克·桑格 （Frederick Sanger）。

（弗雷德里克·桑格 | Wikimedia Commons）

1988年，70歲的桑格在《生物化學(xué)年鑒》上發(fā)表了一篇長(zhǎng)達(dá)28頁(yè)的文章，文章題目是《序列，序列，還是序列》，高度概括了自己的科研生涯。桑格的一生，的確與生命大分子序列的解密有著不解之緣， 先是首次測(cè)定了蛋白質(zhì)的序列，后來(lái)又發(fā)明了RNA和DNA測(cè)序的新方法 ，因此成為唯一兩獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的科學(xué)家。

用“拼圖游戲”解讀蛋白質(zhì)

1918年，桑格出生在英國(guó)西南部一個(gè)小鄉(xiāng)村里，父親是名醫(yī)生，曾經(jīng)作為傳教士到過(guò)中國(guó)，母親出生于富裕的棉商家庭。受父母影響，桑格從小對(duì)科學(xué)非常感興趣，高中時(shí)就立志要從事科學(xué)研究。

（11歲的桑格(中)和哥哥、妹妹生活在 一起 | achievement.org）

18歲那年，桑格進(jìn)入劍橋大學(xué)學(xué)習(xí)自然科學(xué)，在生物化學(xué)方面表現(xiàn)出色，但是數(shù)學(xué)和物理勉為其難。1940年，桑格繼續(xù)在劍橋大學(xué)攻讀博士學(xué)位，主要研究動(dòng)物體內(nèi)的賴(lài)氨酸（一種氨基酸）代謝，3年后獲得博士學(xué)位。

博士畢業(yè)后，桑格進(jìn)入劍橋大學(xué)生物化學(xué)系 查理斯·齊布納爾 （Charles Chibnall）教授實(shí)驗(yàn)室。齊布納爾教授已在牛胰島素的結(jié)構(gòu)方面做了很多研究，他建議桑格去破解牛胰島素的氨基酸組成。這是極富挑戰(zhàn)性的研究，因?yàn)楫?dāng)時(shí)科學(xué)家已知道蛋白質(zhì)是由20種氨基酸組成的，就像一些顏色不同的海洋球串聯(lián)在一根繩子上，但是大家并不知道這些氨基酸到底是如何排列的，甚至以為蛋白質(zhì)并沒(méi)有固定結(jié)構(gòu)。

齊布納爾和桑格之所以選擇將牛胰島素作為研究對(duì)象，主要是因?yàn)榕Ｒ葝u素是當(dāng)時(shí)少數(shù)幾種容易獲取的高純度蛋白質(zhì)之一，結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單，只有51個(gè)氨基酸，關(guān)鍵它還是治療糖尿病的標(biāo)準(zhǔn)藥物。

這項(xiàng)研究就像是給桑格預(yù)留的一樣，很快，桑格就找到突破口。大多數(shù)小朋友都玩過(guò)拼圖游戲，一個(gè)有漂亮圖案的紙板被分割成形狀各異的小紙片，小朋友很快就能根據(jù)不同小紙片形狀來(lái)拼接成完整的圖形，桑格正是想到了拼圖游戲。

（桑格和胰島素模型 | achievement.org）

桑格先采用 化整為零 的策略，用蛋白酶將牛胰島素切成多肽小段，再把一種特殊有機(jī)染料結(jié)合到多肽段的末端氨基酸上，然后讓這個(gè)標(biāo)記有染料的氨基酸脫落下來(lái)，讓這些脫落的氨基酸在帶電極的試紙上“賽跑”，通過(guò)與已知的氨基酸進(jìn)行比較，可以確認(rèn)它們是哪種氨基酸。

重復(fù)這樣的試驗(yàn)，就能將每個(gè)多肽小段的氨基酸序列測(cè)出來(lái)，然后拼圖游戲開(kāi)始，將已確認(rèn)序列的多肽段進(jìn)行序列比對(duì)，確認(rèn)它們的前后順序。這樣，牛胰島素的氨基酸序列就全部弄清楚了。

最后，桑格發(fā)現(xiàn)胰島素由兩條多肽鏈組成，一條含有21個(gè)氨基酸（A鏈），另一條含有30個(gè)氨基酸（B鏈），兩條多肽鏈之間通過(guò)由兩個(gè)硫原子組成的鏈條連接在一起。

這是科學(xué)家第一次測(cè)定蛋白質(zhì)的氨基酸組成，也是第一次知道蛋白質(zhì)有自己特有的結(jié)構(gòu)，開(kāi)啟了人類(lèi)認(rèn)識(shí)蛋白質(zhì)這一生命大分子的征程，并為DNA遺傳密碼的發(fā)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

多年瓶頸，他轉(zhuǎn)向核酸測(cè)序

自從1955年破解了牛胰島素的序列之后，桑格的科研生涯突然陷入了長(zhǎng)達(dá)10年的瓶頸期。或許是為盛名所累，或許是自己的創(chuàng)新源泉業(yè)已枯竭，在這10年里，桑格幾乎沒(méi)有產(chǎn)出什么自己瞧得上眼的科研成果，他把這段時(shí)間稱(chēng)為“貧瘠年代”（Lean Years）。

（桑格在1958年的諾貝爾獎(jiǎng)慶典上 | bioc.cam.ac.uk）

1962年，原本在英國(guó)醫(yī)學(xué)研究理事會(huì)工作的桑格，進(jìn)入新成立的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室由諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主馬克斯·佩魯茨（Max Perutz）擔(dān)任首位主任，弗朗西斯·克里克（Francis Crick）和西德尼·布倫納（Sydney Brenner）等核酸研究專(zhuān)家也加入其中，桑格負(fù)責(zé)這個(gè)實(shí)驗(yàn)室中蛋白質(zhì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的工作，計(jì)劃繼續(xù)進(jìn)行蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)方面的研究。

由于經(jīng)常與克里克和布倫納等分子生物學(xué)家接觸和交流， 桑格意識(shí)到DNA和RNA才是生命科學(xué)的未來(lái)，開(kāi)始涉足這一領(lǐng)域 ，不過(guò)仍然把關(guān)注點(diǎn)放在自己的老本行——測(cè)序。當(dāng)時(shí)，科學(xué)家剛剛將遺傳密碼等基礎(chǔ)問(wèn)題弄明白，核酸序列測(cè)定仍然是個(gè)世界難題。

（桑格在觀(guān)察一個(gè)DNA分子模型 | achievement.org）

桑格很快發(fā)現(xiàn)， RNA和DNA的序列并不比蛋白質(zhì)的好測(cè)，因?yàn)檫@些核酸分子特別是RNA極不穩(wěn)定 ，當(dāng)時(shí)也很難獲得高純度的核酸樣品。1965年，美國(guó)康奈爾大學(xué)的生化學(xué)家羅伯特·霍利（Robert Holley）采用類(lèi)似蛋白質(zhì)測(cè)序“化整為零”的方法，測(cè)定了一個(gè)只有77個(gè)堿基的酵母轉(zhuǎn)運(yùn)RNA序列。這算得上第一個(gè)被測(cè)定序列的核酸分子，霍利接著闡明了轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的空間結(jié)構(gòu)，填補(bǔ)了細(xì)胞中DNA轉(zhuǎn)錄成信使RNA后將氨基酸組裝成蛋白質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此與尼倫伯格和霍拉納一起分享了1968年的諾貝爾獎(jiǎng)生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。不過(guò)，霍利的測(cè)序方法非常麻煩，而且效率低下。

桑格對(duì)蛋白質(zhì)合成過(guò)程中核酸的作用也有濃厚興趣，在霍利測(cè)出轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的序列不久，桑格和他的博士后建立了一個(gè)基于同位素P（磷）-32放射自顯影技術(shù)的RNA測(cè)序方法，成功測(cè)定了大腸桿菌中一個(gè)大小為120個(gè)堿基的核糖體RNA的序列，效率比以前的方法大幅提高，這一方法也為DNA測(cè)序帶來(lái)了靈感。

成為“經(jīng)典”的桑格DNA測(cè)序法

很快， 桑格又將目光聚焦到更重要的核酸分子DNA上 ，不過(guò)DNA測(cè)序方法與RNA的截然不同，一方面因?yàn)镈NA序列都比較長(zhǎng)，比如一種簡(jiǎn)單的噬菌體病毒φX174就有5000多個(gè)堿基，如果按照以前的蛋白質(zhì)和RNA測(cè)序方法，工作量實(shí)在太大；另一方面缺乏合適的DNA酶，特別是缺乏可切割單個(gè)脫氧核苷酸的酶。

顯然， DNA測(cè)序并不適合用“減法”，那么“加法”行不行呢？

20世紀(jì)70年代初，康奈爾大學(xué)的華人科學(xué)家吳瑞等人建立了一種 位置特異引物延伸測(cè)序法 ，即在引物（一段與單鏈DNA末端互補(bǔ)的寡核苷酸）的引導(dǎo)下，DNA聚合酶能在試管內(nèi)以單鏈DNA為模板，將4種游離的脫氧核苷酸（A、T、C和G）組裝成互補(bǔ)鏈，形成雙鏈DNA。如果依次加入這4種脫氧核苷酸，就可測(cè)定DNA模板上引物序列之后的每個(gè)堿基是什么，從而完成DNA測(cè)序。不過(guò)這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率極低，不適合進(jìn)行長(zhǎng)片段DNA測(cè)序。

在此基礎(chǔ)上， 經(jīng)過(guò)多年摸索，桑格帶領(lǐng)他的博士后發(fā)明了 雙脫氧終止測(cè)序法 。 他們準(zhǔn)備了4個(gè)試管，每個(gè)都加入待測(cè)序的模板DNA、DNA聚合酶、寡核苷酸引物單鏈DNA和4種脫氧核苷酸，但是在每個(gè)試管中，這4種脫氧核苷酸中分別有一種會(huì)被標(biāo)記上同位素P-32。當(dāng)DNA聚合酶催化DNA鏈延伸反應(yīng)時(shí)，一旦加入同位素標(biāo)記的脫氧核苷酸，反應(yīng)就會(huì)立即停止，利用凝膠電泳和放射自顯影技術(shù)，即可輕松檢測(cè)出鏈延伸反應(yīng)在什么脫氧核苷酸上終止的，以此類(lèi)推，整個(gè)模板DNA的序列就能被測(cè)出。

1977年，桑格和博士后用這一方法測(cè)定了噬菌體病毒φX174的基因組序列，長(zhǎng)度為5386個(gè)堿基，這是人類(lèi)第一次測(cè)定一個(gè)生物體完整的基因組。 1980年，桑格與沃爾特·吉爾伯特（Walter Gilbert）和保羅﹒伯格（Paul Berg）一起分享了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，成為歷史上唯一一位兩次榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的科學(xué)家，也是4位兩次獲得諾貝爾獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)?wù)咧弧?/p>

（1980年，桑格第二次參加諾貝爾頒獎(jiǎng)典禮 | dnalc.cshl.edu）

桑格為人謙和，稱(chēng)自己“ 只是個(gè)把實(shí)驗(yàn)室搞砸的家伙 ”，“ 在學(xué)術(shù)上并不輝煌 ”。他曾拒絕英國(guó)王室授予的爵士稱(chēng)號(hào)，因?yàn)樗⒉幌胍虼伺c眾不同。1983年，65歲的桑格正式退休。2013年11月19日，桑格在劍橋的一家醫(yī)院于睡夢(mèng)中與世長(zhǎng)辭。

為了紀(jì)念桑格，人們將雙脫氧終止測(cè)序法稱(chēng)為“ 桑格測(cè)序法 ”。這一方法很快被廣泛用于測(cè)定各種功能基因和各種生物基因組的序列，更為人類(lèi)基因組計(jì)劃的啟動(dòng)和完成奠定了重要基礎(chǔ)。

作者名片

排版：陳小磚

參考文獻(xiàn)：

Sanger F. Sequences, sequences, and sequences. Annu Rev Biochem. 1988,57:1-28.

Sanger F. The free amino groups of insulin. Biochem J. 1945, 39(5): 507–515.

Holley RW, Apgar J, Everett GA, et al. Structure of a Ribonucleic Acid. Science. 1965, 147 (3664): 1462–1465.

Brownlee GG, Sanger F, Barrell BG. Nucleotide sequence of 5S-ribosomal RNA from Escherichia coli. Nature. 1967, 215 (5102): 735–736.

Wu R. Nucleotide sequence analysis of DNA. Nature New Biology. 1972, 236 (68): 198–200.

Padmanabhan R, Jay E, Wu R. Chemical synthesis of a primer and its use in the sequence analysis of the lysozyme gene of bacteriophage T4. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1974，71 (6): 2510–4. Sanger F, Air GM, Barrell BG, et al. Nucleotide sequence of bacteriophage φX174 DNA. Nature. 1977, 265 (5596): 687–695.

Maxam A and Gilbert W. A new method for sequencing DNA. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1977, 74 (2): 560–564. Walker John. Frederick Sanger (1918–2013) Double Nobel-prizewinning genomics pioneer. Nature. 2014, 505 (7481): 27.