尼伦伯格–马太：poly-U 怎样被数成苯丙氨酸

破除误解#

长度是另一篇。克里克、Leslie Barnett、Sydney Brenner 与 R. J. Watts-Tobin 的 General nature of the genetic code for proteins 刊于 Nature 第 192 卷 1227–1232 页，期日是 1961 年 12 月 30 日。他们用 T4 噬菌体 rII 区里吖啶类染料造成的加减，看功能能否恢复，不看无细胞计数。结论是：三个碱基、或不那么可能的三的倍数，对应一个氨基酸；序列从一个固定起点读起；密码很可能简并，即一种氨基酸可以对应不止一个三联体。那是读框。它没有把苯丙氨酸派给一串尿苷酸。两篇同年，装置不同，不能互相署名。

装置#

对象是大肠杆菌 W3100 的无细胞提取物，不是完整细胞。同一期前一篇写这个提取物里依赖 DNA 的掺入怎样稳定；本篇用的是预孵之后内源掺入已经变低的那一份，外加 RNA 的差别才量得出来。脱氧核糖核酸酶压低依赖 DNA 的那部分，预孵把残留模板耗掉，于是“加不加入 RNA”成为自变量。怎样磨碎、透析和配制能量系统，是原论文的可重复记录，不是本页要抄成的配方。本页只保留判决所依赖的对照：什么必须在场，什么不能代替，计数落到谁身上。

核糖体和 100,000 × g 上清必须同时在场。可溶性 RNA 不能代替模板 RNA。论文把可溶性 RNA 加到不再继续抬高掺入的程度，核糖体 RNA 或病毒 RNA 仍能再把氨基酸送进去。核糖体 RNA 在低浓度时，掺入大致随加入量上升。他们说这更像被消耗，而不像可溶性 RNA 那样反复使用。校样附注随后写明，模板是不是计量作用，直接证据尚未建立。

天然 RNA 和合成链写在同一篇。表 5 在同一档加入量上比较来源，单位是每毫克蛋白每分钟计数：不加是 42，大肠杆菌核糖体 RNA 是 75，酵母核糖体 RNA 是 430，烟草花叶病毒 RNA 是 872，艾氏腹水瘤微粒体 RNA 是 65。讨论写病毒 RNA 大约是这份核糖体 RNA 的 20 倍；表上 872 对 75，是否正好 20，还要看减不减背景 42。方向明确：外来的病毒 RNA 更有效，但不给出密码子清单。论文也写，核糖体 RNA 里也许只有一小部分有模板活性；“信使 RNA”是当时已有的叫法，不是从活细胞里读出一条天然序列。

合成多聚物的样品来自 Leon A. Heppel 与 Maxine F. Singer，论文在脚注致谢，这里不复述聚合。poly-U 是多聚尿苷酸，重复单位是尿苷酸。对照把“含尿嘧啶”和“这条单链聚合物”拆开。表 6 第二组：不加是 75；加上尿苷酸、尿苷二磷酸或尿苷三磷酸，是 81、77 和 72。单体顶不上聚合物。第一组里，多聚腺苷酸、多聚胞苷酸、多聚肌苷酸、腺苷酸与尿苷酸的混合聚合物，以及把 poly-U 和多聚腺苷酸放在一起——论文写它们形成三链螺旋——苯丙氨酸计数停在 50、38、57、53、60，和背景 44、零时 17 同一量级。只有 poly-U 到 39800。论文据此说活性要求单链。碱基被配对封住之后，苯丙氨酸不再进去。这仍然不是密码子有多长。

读出是碳-14 氨基酸进入酸不溶物的计数。每一轮把一种氨基酸做成放射性的，看计数落在谁身上。图 6 写苯丙氨酸掺入几乎完全依赖加入的 poly-U，短滞后之后大约线性上升 30 分钟。计数差很大，才谈得上特异性；差本身不写成 UUU。

它测到了什么，没有测到什么#

测到的第一件是依赖。表 7：不加 poly-U，苯丙氨酸是 70；加入之后是 29500。去掉上清降到 106，去掉核糖体降到 52，去掉 ATP 及其产生系统降到 83。核糖核酸酶压到 120。脱氧核糖核酸酶几乎不压，仍有 27600。嘌呤霉素降到 7100，氯霉素降到 12550，是抑制，不是清零。不加其余氨基酸的混合物，计数是 31700，并不下降。零时去蛋白是 30。论文的读法是：这像他们在天然 RNA 上看到的无细胞蛋白质合成，要核糖体、要上清、要能量，怕核糖核酸酶和那两种抑制剂，不怕脱氧核糖核酸酶，而且苯丙氨酸的掺入不靠别的氨基酸来成全。像，是对照结构上的像，不是在细胞内拍到了翻译。

测到的第二件是氨基酸特异性，但不是数学上的零。表 6 里 poly-U 把苯丙氨酸从 44 抬到 39800。表 8 把标记氨基酸分组：苯丙氨酸从 68 到 38300；甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、天冬氨酸和谷氨酸这一组从 20 到 33；半胱氨酸从 95 到 113。亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸、精氨酸、组氨酸、赖氨酸、酪氨酸、色氨酸、脯氨酸和缬氨酸混在同一次计数里，从 276 到 899。旁边是 38300，这是小头。论文说 poly-U 对另外 17 种放射性氨基酸影响很小，并说逐个测试与表 8 相符，可是逐个的数据留待后续发表。本篇公开的是分组。899 不是零，这张表也没有把 899 拆到某一种氨基酸。后来讨论 poly-U 会带进少量亮氨酸，是后续的误读研究，不能从 1961 年这一格倒推成“表已经写出了亮氨酸”。用“几乎只”是忠于数量级；用“其余为零”是改表。

测到的第三件是产物像聚苯丙氨酸，不是读出了肽序列。反应产物被拿去对照一份已知的聚 L-苯丙氨酸：较温和的酸水解两者都只部分断开，更剧烈的条件两者都被完全水解；两者溶于同一类含溴化氢的乙酸，不溶于另一批常见溶剂。按这种溶解行为，poly-U 带来的苯丙氨酸计数大约能收回七成。完全水解后做纸电泳，只看见放射性苯丙氨酸，没有别的放射性点。相似性是化学行为的相似。它排除不了很短的肽、末端不齐，或少量没被这套溶解行为分开的杂质，更不是从一端把残基逐个叫出来。

讨论因此停在论文自己的句子上：一个或多个尿苷酸残基看来是苯丙氨酸的编码，长度未定；poly-U 似乎充当合成的模板或信使 RNA。后半句靠的是依赖和抑制，不是细胞内那条信使的序列。论文希望体系能按加入 RNA 里有意义的信息合成蛋白质。希望不是普查：这篇没有换物种证明密码普遍，也没有起止、简并或摆动。

校样附注把边界再写一次。近来实验里，聚合物的尿苷酸单位与掺入的 L-苯丙氨酸分子之比接近 1 比 1。下一句立刻收回：编码由几个尿苷酸残基组成，以及模板是不是计量作用，直接证据都还没有。接近一比一也不能单独给出长度。一条 poly-U 可能指导一条肽，也可能指导许多条；没被读到的残基可能降解掉。摩尔比混进了这些未知数，所以附注拒绝用它判决编码比。同一附注补了一句：poly-C 特异地介导 L-脯氨酸进入可被三氯乙酸沉淀的产物，完整数据另文。那是论文边缘上的第二块砖，不是 64 格，也不是本页的装置。

均聚物给不出混合密码子的内部顺序，病毒 RNA 抬高总掺入也不交出字典，活细胞的调控不在这套提取物里。莫斯科第五届国际生物化学大会在 8 月 3 日送交之后、10 月刊出之前。尼伦伯格 2004 年的回顾写，他先对大约 35 人讲，克里克再请他到一场更大的核酸研讨会上讲。大会传播结果，不在表里加一行。把“八月已经发表”当成论文日期，是把大会和 10 月的刊期焊在一起。

跨域连接#

• 中心法则与基因表达：专页画信息流方向，包括后来对核酸之间互抄的澄清，以及剪接、局部改码。本页若被读成那张图的实验版，方向和例外都会被一次苯丙氨酸计数冒充。流传的凌晨三点应退回回忆；把 UUU 说成已经证完，应退回论文的“一个或多个”，直到移码篇和后续填表各自就位。本页不代替专页，也拒绝让那句收法代替表 6 到表 8。计数解释的是提取物里的特异性，不是整条流水线。
• 弗朗西斯·克里克：人物篇里的结构暗示和 1958 年的信息流，都不是 1961 年 12 月 30 日那篇移码。移码用噬菌体功能的失去与救回，论证读框更像三位一组。poly-U 用计数论证一串尿苷酸挑中苯丙氨酸。两问都要克里克的名字时，必须分开署名。把人物传记收成“克里克证明了密码”，会同时吞掉无细胞计数和他并未在那篇 Nature 里做的氨基酸指派。
• 霍夫曼编码：霍夫曼编码按符号频率合并，得到变长的前缀码，用来缩短平均码长。那是压缩。遗传密码后来被论证为定长读框加起止，依据不在本页，而在移码和后续填表。即便如此，也不能把细胞里的读法说成一种压缩算法。poly-U 没有在变长和定长之间做选择，因为它没有测量长度。看见“密码”二字就拿最优码解释 39800 这一格，是把计数滑成带宽。
• 比德尔–塔特姆 1941：红色面包霉把一个座位对齐到一步代谢。那是功能缺失的地图：缺什么、补什么。1961 年这一管问的是，一条组成已知的 RNA 把哪种氨基酸送进酸不溶物。座位对齐解释不了为什么计数落在苯丙氨酸而不是那一组几乎不动的氨基酸上。苯丙氨酸计数也解释不了霉菌里哪一步反应停住。两张表都连接基因与蛋白质，连接方式不同，不能并成一句“基因如何决定性状”。
• 梅塞尔森–斯塔尔：1958 年用密度带在三种复制模型里做排除，没有看见复制叉。本篇用计数在“poly-U 对氨基酸没有选择”和“它几乎只抬苯丙氨酸”之间做排除，没有看见核糖体的外形。一个称浮力密度，一个数放射性。复制会计回答旧链怎样交给下一代；掺入会计回答一条人工 RNA 挑中哪种氨基酸。少一章，后一章的结论就会被借给前一章。
• Avery–MacLeod–McCarty：转化实验用失活谱把使细菌改型的因子写成 DNA。本篇不重新鉴定遗传物质是不是 DNA。它在提取物已经含有核糖体和上清的前提下，问外加 RNA 是否足以指导掺入。DNA 的化学身份与 RNA 的模板活性是前后两问。把 poly-U 写成“终于证明 DNA 是基因”，是把 1944 年的对象换掉，也把本篇没有做的转化滴定算进计数器。
• DNA 与遗传：那一页用三联体、转运 RNA 和冗余讲解细胞怎样读密码。那些句子描述的是后来站稳的标准图，不是 1961 年 10 月这一表已经测到的全部。读本页时要把“细胞现在怎样读”和“这一管当时数到什么”拆开。标准图里的起止、简并和几乎通用，都不能倒填进 poly-U 的均聚物。均聚物甚至不提供第二位和第三位的差别。

参考文献#

• Marshall W. Nirenberg & J. Heinrich Matthaei, "The dependence of cell-free protein synthesis in E. coli upon naturally occurring or synthetic polyribonucleotides", Proceedings of the National Academy of Sciences 47(10), 1961, pp. 1588–1602. doi:10.1073/pnas.47.10.1588. —— 本页的测量。讨论写明编码可以是一个或多个尿苷酸，长度未定。
• J. Heinrich Matthaei & Marshall W. Nirenberg, "Characteristics and stabilization of DNAase-sensitive protein synthesis in E. coli extracts", Proceedings of the National Academy of Sciences 47(10), 1961, pp. 1580–1588. doi:10.1073/pnas.47.10.1580. —— 同一期前一篇，说明提取物为何要先压低内源掺入。本页不把其中的稳定化条件改写成配方。
• F. H. C. Crick, Leslie Barnett, S. Brenner & R. J. Watts-Tobin, "General nature of the genetic code for proteins", Nature 192, 1961, pp. 1227–1232. doi:10.1038/1921227a0. —— 12 月 30 日的读框论证，不是这篇掺入表。
• Marshall Nirenberg, "Historical review: Deciphering the genetic code – a personal account", Trends in Biochemical Sciences 29(1), 2004, pp. 46–54. doi:10.1016/j.tibs.2003.11.009. —— 作者后来的回顾：莫斯科先对大约 35 人讲。这篇回顾没有把凌晨三点写成 1961 年论文的记录。
• Office of NIH History, "The Poly-U Experiment", in the exhibit Deciphering the Genetic Code: Marshall Nirenberg (2004). —— 史展叙事写出 1961 年 5 月 27 日凌晨三点。这是回忆层，不是 PNAS 的表注。

延伸阅读#

• 把表 6、表 7 和表 8 的“有 poly-U / 没有”对齐一次。特异性、组分依赖和分组氨基酸不是同一句话；史展的 70 与 38000 也不要并回某一格。
• 与 克里克、沃森 的人物篇对读：双螺旋不指定苯丙氨酸，移码不代替掺入计数。人物传记不是这张表的附录。
• 与 孟德尔、巴斯德 对读时只取实验史的一课：看不见的过程要有对手无法用残留来辩护的读出。鹅颈瓶、分离比和酸不溶计数是三套读出，不要收成一句“生命科学的经典实验”。