核酸的发现
1968年,有个在德国工作的瑞士青年叫米歇尔,他在研究细胞核的组成成分时,从附近的外科诊所外边的废物箱里就是从垃圾堆里,捡来了很多病人用过的满是脓血的绷带,这个脓血里就含有大量人类的免疫细胞。他就用硫酸钠的稀溶液冲洗这些带有脓血的绷带,把细胞和其他的成分分开。首先得到了人的白血球细胞,然后他再用酸把包裹在外边的细胞膜和细胞质去掉,分离到了细胞核,接下来呢,再用酸碱一通处理,最后就得到了一种含磷量很高的物质,这种物质可以耐受蛋白酶。大家知道在这之前人们研究的比较多的是蛋白质,蛋白质含磷量很低,而含氮量比较高,而这种物质含磷量高,又不会被蛋白酶水解,所以它显然是一种和蛋白质差异很大的物质。这是之前没有发现过的。于是,米歇尔他就把这种在细胞核中的酸性物质称核素。
这就是瑞士青年米歇尔年轻时候的照片,这是他们一家三口都挺漂亮的。米歇尔当时工作的环境就是这样,很简陋。他为了防止核素的降解,要经常在低温环境下工作,这也损害了他的身体健康,所以他50多岁就去世了。这是他晚年的照片,是不是和年轻的时候很不一样?
米歇尔的德国导师叫霍佩塞勒,他是当时很著名的生理化学家,他本人是一个非常严谨的人,米歇尔这个实验是1868年做的,但是他们的文章一直到1871年就是到第三年才发表,为什么呢?因为他这个德国导师坚持把米歇尔做的所有实验完全重复了一遍,并且它还从酵母菌中提取出了这个核素,验证这个实验确实没有问题,最后才发表。所以他这种严谨的态度应该值得我们每一位同学学习。他从酵母菌中提取的核素,跟米歇尔提取的不完全一样,所以他就把他从酵母中提取出的这个核素命名为酵母核素。而米歇尔当时发现的这个核素,后来人们就发现它比较容易从动物的胸腺中取得,所以就称为胸腺核素。
后来人们知道,当时从酵母菌中提取出来的这个就是RNA,而从这个胸腺中提取出来的就是DNA。因为酵母中RNA含量远比DNA高,非常丰富。而动物的胸腺是动物T细胞成熟的场所,所以它含有大量T细胞和免疫细胞。这些细胞普遍的特点是细胞核比较大,因此它含有大量的这个DNA。所以这个胸腺核素实际上是DNA,酵母核素是RNA。
1879年霍佩塞勒的另外一个学生德国生物化学家科塞尔,开始接手米歇儿的工作,研究核素的结构。我们可以把它看作是米歇尔的师弟。科塞尔当时研究了很长时间,没有什么进展。后来他读了马克思的一篇文章,叫《道德化的批判和批判化的道德》。这篇文章里说了一句话,“一切发展,不管其内容如何,都可以看作一系列的发展阶段,它们以一个否定另外一个的方式彼此联系着。”这句话给科塞尔很大的启发,他就想我不能沿着米歇尔的路往下走,这样走不通,我得反其道而行。所以他就开始水解核素,通过水解的方法在核素里边发现了腺嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶这三个很重要的碱基。他发现水解物中有碳水化合物,这应该是核糖,是个五碳糖。但是当时研究条件有限,所以科塞尔当时以为是六碳糖。虽然是有这么一点小错误,但是也不能掩盖他的功绩。科塞尔因为他在细胞核、蛋白质化学和核酸研究中取得的巨大进展,获得了1910年的诺贝尔医学生理学奖。他在颁奖典礼上发表了《细胞核的化学组成》的演讲。他主要的研究方向,一个是研究蛋白质,一个是研究核酸。但是他当时有一个错误,就是错误地认为染色体的功能这个决定物质,不是核酸,而是蛋白质。这误导了人们很长一段时间,导致对核酸的研究停滞不前。
1898年,德国病理学家理查德.阿特曼首次制备了不含蛋白质的核酸。这位阿特曼是我们前面提到的最早研究核酸的米歇尔的学生。他还提出用核酸这个词来代替当初米歇尔提出的核素。在这期间,还有一个叫阿斯科里的人,发现了尿嘧啶。基本上把我们大家知道的碱基凑全了。
接下来还有一个重要的人物登场,他的名字就是列文。他是美国洛克菲勒医学研究所的科学家,是俄国人。他在1909年的时候测出核酸中的碳水化合物是D-核糖,在1929年测出核酸中的另外一种核糖就是D-2-脱氧核糖。这样就把DNA中和RNA中所含有的物质、所有的结构,大家都搞清楚了。列文对核酸结构的研究做出了很大的贡献,但是它也做出了一件很阻碍核酸研究发展的事,就是他在1912年提出了一个叫四核苷酸假说。因为当时的人们测定手段不太高明,测定精度不高,所以人们认为这个核酸中含有等量的四种核苷酸。在DNA中,胸腺嘧啶、胞嘧啶、腺嘌呤、鸟嘌呤这四种核苷酸,它的含量是相等的。所以他就认为核酸就是一种简单的高聚物。因此就误导大量的科学家对核酸的研究失去了兴趣,这样就导致核酸研究在很长一段时间内停滞不前。