第六章　科賽爾、利文和四核苷酸假說

“四核苷酸”最初是指核酸分解產(chǎn)物中，出現(xiàn)等分子百分數(shù)的四種核苷酸或相應(yīng)的含氮衍生物，因此用來描述那時所知道的核酸，當(dāng)時認為核酸就是這樣簡單地組成的一種分子?，F(xiàn)在已確定核酸是一種多核苷酸，性質(zhì)很復(fù)雜，但這個名詞仍在原來意義上用于這類多核苷酸，因為它們所含的核苷酸符合四核苷酸的比率。

后來，由于認識了這種復(fù)雜性質(zhì)而取得了進展，這個名詞就用來表明一個單位，即由四種核苷酸中的每一種核苷酸分子所組成的單位，這種核苷酸通過自身的反復(fù)組合形成了多核苷酸，這似乎意味著這樣結(jié)合的模式在整條多核苷酸中是完全一致的。最后，已推測在每一個這樣的單位里，四種核苷酸總是以固定方式組成不變的序列。作為這些假說的合乎邏輯的結(jié)果，提出了某些多核苷酸作為“多聚四核苷酸”的概念。

這樣，“四核苷酸”這個名詞有了一系列遞變的含義，從分析結(jié)果的統(tǒng)計學(xué)表達到一種確切的化學(xué)結(jié)構(gòu)的定義，為避免混淆起見，使用這個名詞時一定要規(guī)定其含義；“統(tǒng)計學(xué)的”和“結(jié)構(gòu)的”四核苷酸就是由此而提出的兩個術(shù)語?，F(xiàn)在正是綜述和評價這些解釋所依據(jù)的證據(jù)的時候，特別是因為多核苷酸在生物學(xué)領(lǐng)域中的重要作用，所以必須清楚地認識不同來源的多核苷酸之間相似或趨異的種種可能性，因此涉及核酸的各種猜測也許只是以公認的化學(xué)知識為依據(jù)。

（古蘭德、巴克和喬丹，1945，184～185）

盡管在奧爾布雷克特·科賽爾領(lǐng)導(dǎo)下，在十九世紀對核酸作了研究，但當(dāng)菲伯斯·利文于1900年進入這個領(lǐng)域時，有關(guān)核酸的化學(xué)還遠遠沒有弄清楚。在以后的三十年間，這位偉大的化學(xué)家使這個課題從混亂中擺脫出來，使核酸不再在概念上同蛋白質(zhì)糾纏在一起。1931年，他出版了一本書，綜述了核酸的化學(xué)。這是他聰明地采用有機化學(xué)技術(shù)的一塊“紀念碑”：特別是戊糖。但是，這項成就的代價是接受了一個簡單的結(jié)構(gòu)公式，即堿基有一個固定位置，有機化學(xué)家認為這是可以辨認的。

從本章里我們將看到怎樣根據(jù)在核酸分子中只有四種堿基的發(fā)現(xiàn)，提出這個概念的。當(dāng)同根據(jù)經(jīng)驗公式得到的分子量一起考慮時，結(jié)論是四核苷酸。我們也將看到，利文如何成功地把核苷和核苷酸——肌苷和肌苷酸——的一級結(jié)構(gòu)于1909年應(yīng)用于RNA，從而有力地支持該假說；當(dāng)二十年后利文把肌苷酸結(jié)構(gòu)推廣到DNA時，這個假說得以解釋各種現(xiàn)象。這個假說是如此深入人心，以致后來利文和孚爾根認識到DNA和RNA的大分子性質(zhì)后也不能動搖它。四核苷酸假說是在開始探索未確定領(lǐng)域時的工作假說的一個范例：它是開掘這個課題的工具。這些假說取得了成功并變得如此牢固，以致要有一次革命才能消除它們。四核苷酸假說則有雙重革命。一是改進由哈默斯坦引進、由米爾斯基和西格納所采用的抽提技術(shù)，同時使用測定高分子量的可靠方法。再一次革命則是查格夫把層析法用于核酸。在查格夫的工作之前，核酸化學(xué)家對堿基分析常常達不到四核苷酸的要求，通常都漠不關(guān)心。他們總是可以說分析方法過于粗放了。這里就像大分子概念的情況一樣，我們看到了技術(shù)革新所產(chǎn)生的有力影響。

與此同時，日益認識到蛋白質(zhì)的驚人的復(fù)雜性，結(jié)果出現(xiàn)了我們可稱之為“中心法則的蛋白質(zhì)版本”。這個學(xué)說認為，生物的特異性來自蛋白質(zhì)，特異性的各種變化來自蛋白質(zhì)里的氨基酸序列。

這不是說核酸不重要。絕非如此。科賽爾把核酸同新的原生質(zhì)的形成，同生長——合成聯(lián)系起來。但是，對于每一種生化分子來說，他明確斷定組蛋白更為重要；關(guān)于組蛋白，他建立了一種生化分類學(xué)以及有關(guān)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和合成的理論。那么，科賽爾的生化個性的概念是什么？怎樣構(gòu)思出四核苷酸假說的？為什么這個假說能保持如此之久？

科賽爾的生化個性概念

“自然科學(xué)家和醫(yī)生聯(lián)合會”訪問他家鄉(xiāng)羅斯托克鎮(zhèn)時曾帶領(lǐng)過植物園游覽隊的這位學(xué)生積極分子，曾在德國施特勞斯堡大學(xué)受業(yè)于著名植物學(xué)家門下，但他父親講明了要他去念醫(yī)學(xué)而不念植物學(xué)，然而他不是看不到自己工作的生物學(xué)意義的那種人。當(dāng)霍佩-賽勒爭取到科賽爾從事生理化學(xué)研究去分離核素的水解產(chǎn)物時，難道我們能相信科賽爾會無視他的化學(xué)研究的生物學(xué)意義嗎？絕非如此。他的論文總是可隱約地看出其生物學(xué)意義，一有可靠的化學(xué)數(shù)據(jù)就準備表達出來。他的同事S.埃德爾巴歇曾說過科賽爾渴望從“統(tǒng)計學(xué)的研究”轉(zhuǎn)向“動力學(xué)的研究”（埃德爾巴歇，1928，13），就是說，從化學(xué)分析轉(zhuǎn)到代謝路線。其實，對生物學(xué)意義的關(guān)心，正是他繼續(xù)探究從擬核素（磷蛋白）到核酸的代謝路線的主要原因！

科賽爾從生理學(xué)研究中得出了正確結(jié)論，即核酸既不是作為貯存的化合物，也不是作為肌肉收縮的能源，而是同新鮮組織的合成作用有密切關(guān)系。早在1885年，他承認查卡里烏斯提出染色質(zhì)像是核素的化學(xué)特征的證據(jù)，科賽爾說：“……這種物質(zhì)除了白蛋白和磷酸外，生成次黃嘌呤、鳥嘌呤和黃嘌呤?！保?885，1929）八年后，他把染色質(zhì)是游離酸的可能性包括在內(nèi)：“組織學(xué)家所說的染色質(zhì)主要是帶有一點白蛋白的核酸化合物，在某種程度上這也是完全‘游離的’核酸?！保?893，158）

刊登在《現(xiàn)代文化》上的一篇論文中，他論述了化學(xué)同生理學(xué)的關(guān)系。

核酸只出現(xiàn)在細胞核里，其實只出現(xiàn)在細胞核的一個部分里，很久以來組織學(xué)家稱之為“染色質(zhì)”，以說明它傾向于吸收堿性染料，與細胞核其余的形態(tài)學(xué)組成成分適成對照。這個事實對化學(xué)同細胞學(xué)說的關(guān)系來說有重大意義，因為它使我們除了認識細胞的基本器官的形態(tài)學(xué)特征外，還了解其化學(xué)特性。對于構(gòu)成細胞核染色質(zhì)的特定基本單位的了解，必將成為研究這個器官的化學(xué)活性的基礎(chǔ)?？墒?，主要在涉及生長和原生質(zhì)替換時才可看到這種活性。

（科賽爾，1913，383）

在二十世紀的讀者看來，這真是突然由正確轉(zhuǎn)入了錯誤，但這是了解科賽爾想法的一條線索！后面我們將評論這種思想方式；它帶有五十年代以前的生物化學(xué)的標記——代謝路線的局限性，這是從“統(tǒng)計學(xué)”化學(xué)到“動力學(xué)”化學(xué)的自然發(fā)展，也是從有機化學(xué)進人生理化學(xué)的有機合成的邏輯延伸。那時的計劃是要弄清反映細胞內(nèi)部活動的合成化學(xué)和降解化學(xué)，遺傳信息是自然界的既定事實，研究它被認為為時尚早。

那時，科賽爾很高興地讓學(xué)生海因去研究有絲分裂的化學(xué)，希望在染色體的染色性同核酸與組蛋白的結(jié)合狀態(tài)——當(dāng)與組蛋白“解離”或聯(lián)結(jié)疏松時被堿性染料深染，“不解離”時則淡染——之間確立平行關(guān)系，這很難說是對有絲分裂作為復(fù)制染色體化學(xué)信息的一種機制懷有很大興趣。不，刺激細胞分裂和形成新鮮原生質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)確實令人感興趣。

另一方面，科賽爾是細胞化學(xué)的“構(gòu)造單位”概念的創(chuàng)始人。根據(jù)這個概念，細胞代謝可分解成許多初始分子——“構(gòu)造單位”的相互連接和分離，由此合成和降解為次級復(fù)雜分子。在胚胎中，許許多多“構(gòu)造單位”連接在一起產(chǎn)生了復(fù)雜蛋白質(zhì)；在精子里，這些復(fù)雜的蛋白質(zhì)已被除去，留下了魚精蛋白——最簡單的蛋白質(zhì)。核酸（在嘌呤環(huán)和嘧啶環(huán)中）以及魚精蛋白和組蛋白（在精氨酸和組氨酸中）都有大量C=N鍵，這給科賽爾以深刻印象。什么地方出現(xiàn)生長，什么地方就大量生成這些化合物，這個事實向他表明了這些C=N鍵的特定的合成活性。在這里，帕弗呂格的多聚體理論的影響是值得注意的。

可是，科賽爾怎樣使“構(gòu)造單位”排列在多聚體分子里？他是否像艾米爾·費希爾那樣，根據(jù)鏈的順序看出了化學(xué)個性呢？無疑他是這么做了。他說，在了解蛋白質(zhì)時涉及結(jié)構(gòu)化學(xué)，“但這不是原子在分子里的相對位置問題，而是把分子或‘構(gòu)造單位’集成一個較大單位——蛋白質(zhì)的問題”（1913，383）。他沒有想到去抽提短鏈多肽，這是可以理解的；但費希爾鼓吹的這條研究路線，在四十年代末最早的序列分析中達到了頂點?？瀑悹柊l(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)分解產(chǎn)物之間有恒定的定量關(guān)系后，堅信“構(gòu)造單位”存在這種排列。他曾引進銀鹽技術(shù)，但1914—1918年戰(zhàn)爭期間白銀稀缺時他發(fā)展了萘酚-黃-S法，他采用范·斯里克新的定氮法。他說，得到的數(shù)據(jù)

……迫使我們得出結(jié)論：不同性質(zhì)的蛋白質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)也完全不同。我們也必須作出結(jié)論說，各種分解產(chǎn)物的原子基團，確實是這樣存在于蛋白質(zhì)分子中；因為同一種蛋白質(zhì)水解后，總是得到數(shù)量一定的產(chǎn)物。

（科賽爾，1912，67）

這是1911年科賽爾在瓊斯·霍普金斯大學(xué)所作赫脫基金講演中的一段。1911年他作的哈維講演更為精彩，下面引用其中的一段，他在談到用食物分解的蛋白質(zhì)在體內(nèi)重新構(gòu)成蛋白質(zhì)時說：

我想把在動植物體內(nèi)蛋白質(zhì)的重新排列比作編成一列火車車廂。 當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)在身體里運行時，有些部分會落在后面，有些則在這里或那里添上新的部分。為了充分理解這種變化，我們必須記住蛋白質(zhì)是由“構(gòu)造單位”以不同方式構(gòu)成的……能夠參與構(gòu)成蛋白質(zhì)的“構(gòu)造單位”的數(shù)目，大約與字母表里的字母一樣多。我們考慮到字母的組合可以表達無限量的思想時，我們就能理解在蛋白質(zhì)所占有的一個很小空間里可以記下生物體的極其大量的屬性；就能理解性細胞的蛋白質(zhì)可在某種程度上包含物種的乃至個體的全部性狀。我們也就能理解決定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的任務(wù)是何等重大，以及生物化學(xué)家為什么如此鍥而不舍地從事蛋白質(zhì)的分析。

（科賽爾，1911，45）

不知道核酸的情況又是怎樣？科賽爾及其學(xué)生們從酵母和胸腺的核酸中分離出嘌呤和嘧啶，證明羥基嘌呤（黃嘌呤和次黃嘌呤）是由鳥嘌呤和腺嘌呤脫氨基生成的，并發(fā)現(xiàn)來自動物——無脊椎動物和脊椎動物的精子、血球細胞和胸腺——的核酸十分相似，但同酵母的核酸卻有明顯區(qū)別。1902年，奧斯本和哈里斯第一次從高等植物中制備出核酸，證明像酵母的核酸一樣含有尿嘧啶，以代替動物核酸中的胸腺嘧啶；含有五碳糖而不是六碳糖（認為這是動物核酸里的糖），顯然至少有兩種核酸。也許還不止兩種；也許是鳥苷酸、胸腺苷酸和腺苷酸；如果是這樣，則在這種同聚核苷酸與酵母核酸或胸腺核酸之間可能有復(fù)合核酸。十九世紀末，就是用這些可能性來解釋從胰臟得到的古怪的核酸。此時，一位富有進取心的年輕的瑞典化學(xué)家伊瓦爾·克里斯琴·班進入這一領(lǐng)域，他除了對胰臟核蛋白的同一性提出許多疑問外，還懷疑科賽爾的一些工作?？瀑悹柊l(fā)現(xiàn)自己正處在一直想避免的公開爭論的情況之下。這位出生于波羅的海羅斯托克港的普魯士人性恪溫和而內(nèi)向，不善于當(dāng)眾講話（埃德爾巴歇，1928，4）。他可能因為同伊瓦爾·克里斯琴·班爭論，較少注意到核酸而更多地去注意蛋白質(zhì)。另一方面，米歇爾死于1895年，留下的鮭魚魚精蛋白是一種沒有確定的物質(zhì)。這些物質(zhì)以及第一次由科賽爾報道的組蛋白使他未能得到核酸——這是各種“構(gòu)造單位”的豐富來源。

科賽爾并未把核酸看成極小的分子。他確實認為核酸的每一個磷原子有一個堿基和一個糖的“構(gòu)造單位”，而且有4種堿基。因此，他的結(jié)論是核酸分子含有12個或12的倍數(shù)的“構(gòu)造單位”（科賽爾，1913，383），在他所作的諾貝爾獎獲獎演說中，把核酸描述為“至少有12個構(gòu)造單位的一種復(fù)合物，但在活細胞里的結(jié)構(gòu)可能更大些，因為有些觀察指出在器官里，幾個這樣的復(fù)合物彼此結(jié)合一起”（科賽爾，1910，399）?？墒?，在降解產(chǎn)物中魚精蛋白和組蛋白竟如此之多！他用以計算堿性氨基酸的銀-氧化鋇法，比估計嘌呤和嘧啶時所需的粗放而劇烈的方法又可靠得多！正是在這方面，科賽爾認為有希望達到他銘記在心的目的，即用化學(xué)轉(zhuǎn)化來說明生長和分化，根據(jù)化學(xué)上的區(qū)別來說明形態(tài)上的區(qū)別（參閱他的專著《魚精蛋白和組蛋白》，1928，vii）。

科賽爾最有成效的工作是在柏林馬堡大學(xué)的十個愉快的年頭里完成的?？瀑悹栕≡诟畸愄没实纳韺W(xué)研究所中的教授住宅里，這是普魯士文化部長為科賽爾的前任屈爾茨建造的。在他的研究生中間，英國化學(xué)家T.H.米爾洛研究類核素，海因研究有絲分裂的化學(xué)，美國人A.P.馬修斯研究分析魚和無脊椎動物的核酸，庫契研究魚精蛋白，P.A.利文和F.P.H.斯托伊德爾也來到馬堡大學(xué)。此時，科賽爾仍積極參加他的學(xué)生們的研究工作，而且在他的公寓里非正式地款待他們（M.E.瓊斯，1953，85）。問他為什么于1905年離開馬堡赴海得堡時，據(jù)說他的回答是因為不喜歡他的同胞——普魯七人的趾高氣揚的方式（馬修斯，引自瓊斯，1953，86）。1913年他的妻子去世；1914年第一次世界大戰(zhàn)使他與國際科學(xué)界以及在美國的親友斷絕了往來。對他來說沒有必要保持“德意志的顯要地位”（達金，引自瓊斯，1953，93），也沒有必要追隨加強潛艇的政策。他日益趨于內(nèi)向，他為德國所發(fā)生的事件感到羞愧。他在柏林時期的主要技術(shù)助手海爾·皮特里慢慢變成了海得堡實驗室的負責(zé)人，這是一位具有“興登堡式的外貌、體質(zhì)和方法”的人物（肯納韋，1952，394）?？瀑悹柕难芯糠绞胶蛻B(tài)度

……是粗魯?shù)模凰麜暌幌铝⒄⒄f“噯，您的研究工作怎么樣了”？然后，人們要征詢他的意見；不管提出哪一種工作方針，肯定會引出他的一句口頭禪——“這有利也有弊”。人們得到的印象是他對任何一種化合物都不感興趣，或是對沒有得到“十分有趣的鹽類”或某種晶體的研究人員不感興趣。

（肯納韋，1952，394）

阿爾伯脫·馬修斯回憶他與科賽爾在馬堡相處一段日子的情況卻全然不同。對他來說，科賽爾是良師益友（馬修斯，1936，ⅷ）。

科賽爾的影響

氨基酸分析以及嘌呤和嘧啶分析這一對孿生技術(shù)，無疑是由科賽爾建立的。據(jù)說他曾把魚精蛋白畫成堿性氨基酸的鏈，同淀粉的多糖鏈相類似。當(dāng)馬修斯問他為什么不打算用氨基酸去合成這種鏈時，他的回答是：“曾經(jīng)有過這種想法，但把它轉(zhuǎn)告了艾米爾·費希爾，因為他的設(shè)備較好，可做這一工作，而且對有機合成也比自己更在行?！保ō偹梗?53，87）從這一說法無法斷定在多大程度上由于科賽爾的促進，費希爾才去從事這一重大研究。當(dāng)我們提出遺傳物質(zhì)是什么這個問題時，科賽爾的著作中未作明確的討論。他至多只是尋求一種化學(xué)分類學(xué)。正是這種希望促使他向馬修斯提出建議，他要研究無脊椎動物海膽的核蛋白。這種低等動物的精子的化學(xué)成分，應(yīng)比鮭魚、鯡魚的精子更簡單些。但并非如此，馬修斯發(fā)現(xiàn)海膽的核酸，完全像魚的精子中的核酸，它的魚精蛋白（海膽組蛋白）從氨基酸的種類來看，非但不少而且更為復(fù)雜（馬修斯，1897，411）。至于鯡魚的精子，其頭部的魚精核蛋白——他認為是精子的染色質(zhì)——的組成可以寫成C₃₀H₅₇N₁₇O₆·C₄₀H₅₄N₅₄P₄O₂₇。可是奧古斯特·魏斯曼認為，染色質(zhì)“應(yīng)是身體里最復(fù)雜的化合物，因為它含有（身體里）所有其他分子的干分子”（同上，411）。因此，精子頭部里的染色質(zhì)應(yīng)是這種物質(zhì)的最復(fù)雜的形式，但事實上，這是迄今所知的最簡單的形式！馬修斯由于篤信核酸是遺傳物質(zhì)，所以對此持極端懷疑的態(tài)度?，F(xiàn)在引用他給考德里的《普通細胞學(xué)》所寫文章中的一段話：

細胞學(xué)家稱之為染色體的結(jié)構(gòu)，大多數(shù)人認為是所有遺傳性狀的載體，有些人甚至認為每一個性狀是由一個明確的單元或基因所代表；這種結(jié)構(gòu)在固定的經(jīng)染色的切片中顯現(xiàn)出來，它只不過是經(jīng)常用以染色的堿性染料與核酸形成的鹽而已。除了染料以外，還不能肯定是否還有某種蛋白質(zhì) 然后，核酸又是什么呢？有許多種核酸呢，還是只有一種？

常常在討論染色質(zhì)的組成但又很不完備，因為我們了解得太少，無法支持染色體是由基因所組成的假說。從化學(xué)觀點來看，檢查魚類精子得到的資料是這一理論最好而又最令人信服的證明。在身體里應(yīng)是最復(fù)雜的染色質(zhì)，但在這里我們找到的卻是最簡單的；就是說，這是一種可以給出分子式的魚精蛋白和核酸的鹽類……如果染色體是由完全不同的基因所組成，那就根本不可能表現(xiàn)為這么簡單而確定的組成。各種細胞的核酸似乎是相同的。當(dāng)然，它可能是不同的，但事實上它有同樣的物理性質(zhì)、分析數(shù)目、旋轉(zhuǎn)力等，這些也許表明不存在幾種不同的核酸。肯定不會有好多種。因而促使我們?nèi)ふ胰旧|(zhì)中的另一半——蛋白質(zhì)中的差別，如果存在這類差別的話。在我們檢查過的精子中，找不到這一理論預(yù)期會有的差別，這是值得注意的。我們老是找到一種魚精蛋白，只含3～4種氨基酸。同時，即使在這種魚精蛋白里，其排列也可能有相當(dāng)大的差別；但沒有化學(xué)的證據(jù)表明存在這種差別……

（這些化學(xué)事實）如能支持這種觀點的那也是很少的。筆者認為，這里能得出的有價值的看法是精子的染色質(zhì)只不過是精子的染色質(zhì)；而且卵細胞的染色質(zhì)也只不過是卵細胞的染色質(zhì)。它們不是神經(jīng)、肌肉、上皮細胞的染色質(zhì)。

當(dāng)這些染色質(zhì)結(jié)合起來時，可以生成身體里所有的染色質(zhì)，或至少在這些染色質(zhì)的生成中起重要作用；不能把它們看成是包含著所有能被制作出來的產(chǎn)物樣本的博物館，因為這些產(chǎn)物的數(shù)目對于每一種染色質(zhì)來說實際上是無限的，如發(fā)育條件稍有改變細胞就會產(chǎn)生差別，偶然事件如植物的蟲癭等也會產(chǎn)生差別，所以染色體沒有空間來容納所有這些樣本?？墒?，如果染色質(zhì)能在沒有樣本指引下制造出另一類染色質(zhì)，那么為什么不制造出所有染色質(zhì)呢？為什么總要有某些樣本？對這種情況各有各的看法。必須牢記的是，只有持下列主張的人才有舉證的義務(wù)，這些人主張染色體是包含身體里所有細胞的所有染色質(zhì)樣本的博物館，所包含的不僅是在生命發(fā)育期間的所有染色質(zhì)，而且還有老祖宗遺傳下來的無數(shù)珍藏，我們上代還未表現(xiàn)出來的數(shù)目無限的樣本，以及目前通常所說的潛伏性狀。它們無疑是隱藏在染色體的小閣樓里，一有機會就產(chǎn)生出來。

（馬修斯，1924，75，89，90）

1936年，馬修斯又改變了說法。在來自不同組織的細胞之間和不同物種的精子之間，在魚精核蛋白的蛋白質(zhì)部分和組蛋白之中看到了預(yù)期的化學(xué)差別?！懊糠N魚的染色質(zhì)都有自己的那種蛋白質(zhì)；也許正是蛋白質(zhì)組成成分的這種差別，使之成為不同物種的蛋白質(zhì)。”（馬修斯，1936，108）科賽爾的學(xué)生庫爾特·費利克斯保持用這種預(yù)料來說明魚精蛋白的遺傳多樣性，他是海得堡蛋白質(zhì)研究所所長，魚精蛋白的一位大權(quán)威。但遺傳學(xué)家主要受A.P.馬修斯的影響，E.B.威爾遜和斯特拉斯伯發(fā)表了他的一些觀點。如果我們問馬修斯的說法的背后是什么，回答顯然將是四核苷酸假說和P.A.利文的工作。

四核苷酸假說

根據(jù)上面所說核酸未出現(xiàn)足夠的變化可用來解釋生物化學(xué)的特性，就能清楚地表明用還是不用這個假說。蠶絲絲心蛋白主要由2種氨基酸（甘氨酸和丙氨酸）組成，血紅蛋白含有所有20種氨基酸，兩者呈鮮明對照；核酸則沒有這種情況。但核酸概念在確立四核苷酸假說的前后有一明顯區(qū)別。后來的概念所代表的不止是一種結(jié)構(gòu)，并且是代表研究結(jié)構(gòu)問題的一種特定方法。在四核苷酸假說提出以前討論核酸結(jié)構(gòu)時，在科賽爾的學(xué)生阿爾伯特·紐曼稱之為a型和b型凝膠生成和非凝膠生成的核酸鈉鹽之間有一種區(qū)別。紐曼修改了理查德·奧爾特曼的抽提法，很快得到了很好的核酸樣品。奧爾特曼、科賽爾和紐曼所引入的這些改進旨在得到真正去除了蛋白質(zhì)的核酸，用來解決核素、類核素和蛋白質(zhì)之間關(guān)系的爭論。他們所作的這些改進使得核酸很容易抽提，所以在1900年左右核酸化學(xué)成為非常普遍的課題。

紐曼發(fā)現(xiàn)了非凝膠生成的b核酸——他把它看作是凝膠生成的a核酸的解聚產(chǎn)物，對我們來說，這個發(fā)現(xiàn)是十分重要的。我們讀到他能通過熱處理的時間來控制降解程度時，提高了我們對他的觀察的熱情。而且，我們高興地發(fā)現(xiàn)他把這個過程同在蛋白質(zhì)和多糖中的類似觀察聯(lián)系起來，因此，“很容易用解聚作用來解釋化合物a的膠化牲。在淀粉、樹膠和白蛋白化合物的某些方面看來都有類似的關(guān)系”（紐曼，1899，375）。

七年后，理查德·伯里安把紐曼的結(jié)論概括成下列的核酸逐步降解（伯里安，1906，784）：

1.解聚作用，核酸a變成核酸b。

2.除去鳥嘌呤產(chǎn)生施米德伯格所說的半核酸和紐曼所說的胸腺核酸。

3.完全除去嘌呤產(chǎn)生施米德伯格所說的核質(zhì)磷酸，以及科賽爾和紐曼所說的胸腺核酸。

4.已去掉嘌呤的分子全部分解為基本組成成分。

早些時候，伯里安討論了核酸可能有的分子量，并斷言雖然經(jīng)驗公式得出的相對分子質(zhì)量為127.2，但米歇爾證明核酸擴散極慢，表明“它的分子量公式可能還要乘上一個數(shù)”（伯里安，1904，80）。關(guān)于解聚作用的這些討論被擱置一邊，這種情況一直維持到三十年后孚爾根的研究工作發(fā)表時止。與此同時，由于奧斯本和哈里斯以及菲伯斯·利文采用劇烈的抽提方法使問題變得更為簡單。利文在描述科賽爾和紐曼改進奧爾特曼的技術(shù)時，作了如下評論：“對采用強烈方法分離核酸和蛋白質(zhì)的擔(dān)心消除了?！保ɡ暮桶退梗?931，251）在同一處他還談到了他們的早期工作是“在核酸很易變化的傳統(tǒng)信念影響之下，因此他們避免用加熱……”。從親本分子里分離嘧啶和嘌呤，采用強烈的方法確實曾經(jīng)是而且目前仍然是必要的，親本分子的結(jié)構(gòu)看來只能在犧牲它的多聚性質(zhì)的情況下才能確定。不用四核苷酸假說，就無法澄清這個問題的驚人的混亂。要是不用同樣處理的材料去測定分子量、堿性、一級電離和次級電離的磷酸根數(shù)目，那該有多好！這種片面的進展始于奧斯本和哈里斯的工作。

三核苷酸核酸

十九世紀時，核酸的公式都是有四個磷原子的經(jīng)驗公式；但第一個指出分子里四個磷原子同四個堿基相結(jié)合的是著名的美國蛋白質(zhì)化學(xué)家托馬姆·奧斯本，他同伊薩克·哈里斯一起在紐黑文的康涅狄格農(nóng)業(yè)研究站的實驗室里工作。1902年，他們從小麥胚中分離得到大量物質(zhì)，從而引進了小麥核酸這個名詞。因為他們指出這同酵母核酸很相似，所以可斷定這是RNA，但他們對抽提出這種RNA的胚組織的描述卻令人迷惑不解。他們說，細胞核是如此之大以致細胞不能再容納別的東西（奧斯本和阿里斯，1992，86）。

這些學(xué)者驕傲地宣稱已對小麥核酸作了徹底研究，已能“確定這種分子的可能的構(gòu)型”。不幸的是，在得出最后結(jié)論之前，他們被迫中斷了這項研究。由于他們把到那時為止的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在科賽爾主編的《霍佩-賽勒雜志》上，所有學(xué)習(xí)核酸的學(xué)生評價他們的結(jié)果必然會對以后的發(fā)展產(chǎn)生深遠影響，正如瓊斯所說，那時是把小麥核酸“作為在所有核酸中研究得最徹底、最精確的一種”（瓊斯，1920，49）。

在他們做的10種基本元素的分析中，他們認為最純的樣品給出的經(jīng)驗公式是C₄₁H₆₁N₁₆P₄O₃₁。根據(jù)銀鹽，他們認為堿基為6。關(guān)于腺嘌呤和鳥嘌呤的百分比，他們寫道：

……堿基無疑是以等分子比出現(xiàn)的。小小的差別（鳥嘌呤太多）起因于完全分離堿基時的困難，因為在鳥嘌呤沉淀中混有一定量的腺嘌呤。

（奧斯本和哈里斯，1902，104）

因為每克核酸中得到的這兩種堿基相差達9%，所以這個結(jié)果不能作為證明或是否定等分子比的依據(jù)。

奧斯本和哈里斯根據(jù)科賽爾的方法，把小麥核酸放在20%的硫酸里，用150～160℃高壓蒸汽處理2小時。他們得到一種嘧啶，它相當(dāng)于1901年科賽爾的學(xué)生阿斯科利在酵母核酸中發(fā)現(xiàn)的尿嘧啶，那一年艾爾米·費希爾和哈根巴赫測定了它的熔點。關(guān)于它的產(chǎn)量，奧斯本和哈里寫道：

核酸分子里的一個尿嘧啶分子，相當(dāng)于核酸分子的8%在上面提到的實驗里，發(fā)現(xiàn)尿嘧啶超過11%，我們一定會由此得出結(jié)論：核酸分子里至少有兩個尿嘧啶分子。所發(fā)現(xiàn)的量還低于兩個分子所要求的16%，但如果考慮到制備的步驟很多，磷鎢酸和氫氧化鋇的沉淀很多時，就會明白不可能得到很多的尿嘧啶。

（奧斯本和哈里斯，1902，109）

他們得出的結(jié)論是每個核酸分子是鳥嘌呤1:腺嘌呤1:尿嘧啶2。同時承認，有一種物質(zhì)的量很少，它可能是1894年科賽爾和紐曼發(fā)現(xiàn)的胞嘧啶，他們認為核酸里只有一種嘧啶，并計算相對分子質(zhì)量如下：

　　　　　　　　　　　　　　　　　相對分子質(zhì)量

1分子鳥嘌呤　　　　　　　　　　　　　　151

1分子腺嘌呤　　　　　　　　　　　　　　135

2分子尿嘧啶　　　　　　　　　　　　　　225

3分子戊糖　　　　　　　　　　　　　　　450

6分子羥基　　　　　　　　　　　　　　　102

4個磷原子　　　　　　　　　　　　　　　124

3個氧原子　　　　　　　　　　　　　　　 48

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1234

減去用于磷酸鍵的7個氫原子　　　　　　 1227

但是，真正的相對分子質(zhì)量是1397，“所以那里還有12.2%未分解的殘基，這也許是沒有辨認出的降解產(chǎn)物，但我們還未能令人滿意地證實這一點”（奧斯本和哈里斯，1902，119）。換句話說，他們偏向于認為含有五核苷酸：腺嘌呤、鳥嘌呤和胞嘧啶（？）各一個分子和兩個分子尿嘧啶。在圖6.1的式子中，他們提出了小麥核酸的結(jié)構(gòu)，胞嘧啶（？）用X表示。

圖6.1　小麥核酸（錄自奧斯本和哈里斯）。

這個式子——我們認為是很了不起的——使奧斯本和哈里斯得以解釋嘌呤比較容易從分子上斷裂下來，以及解釋他們的錯誤觀察即在這個過程中去除一個磷原子。對我們來說，他們提出的結(jié)構(gòu)正好表明在得出各個基團之間有鍵連接的現(xiàn)代概念之前，還有多少工作要做。只要仔細讀過他們論文的最后一節(jié)，就不難看出他們?nèi)绾螐娏业厥艿秸嬲怂赝惡怂刂g有一條直接代謝路線的信念的影響。他們之所以對核酸結(jié)構(gòu)感興趣，看來正是由于他們想在小麥胚組織中證明有這種關(guān)系——對植物界所做的也正是利文打算在動物界中要做的。

三核苷酸核酸中的胞嘧啶

附近的耶魯大學(xué)謝菲爾德實驗室里，亨利·惠勒和特里特·約翰遜在合成尿嘧啶。他們要把合成的產(chǎn)物同奧斯本的產(chǎn)物作比較，所以把奧斯本的晶體除去水分——奧斯本不再把尿嘧啶晶體送給他們了——可是他們說得到的針狀晶體是“尿嘧啶和胞嘧啶的等量混合物”（惠勒和約翰遜，1903，305）。這說明奧斯本的和哈里斯的尿嘧啶不純。他們還看到了一種未經(jīng)鑒定的成分X并認為它可能是胞嘧啶，他們相信存在兩個分子尿嘧啶和一個分子嘌呤，但這無礙于確立四核苷酸，因為另一些事實立刻引起人們注意，而且奧斯本和哈里斯使人們對小麥核酸有一個清晰的印象：每四個磷原子有兩個嘌呤分子和兩個嘧啶分子——腺嘌呤和鳥嘌呤以等分子百分比存在著。簡言之，認識到核酸里只有四種含氮堿基：對胸腺核酸來說是腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶；酵母核酸則是腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶，請來了四核苷酸公式。誠然還有另一個證據(jù)——每四個一級基團釋放出一個次級磷酰基（利文和西姆斯，1925，1926），這是用一條打開的四殘基鏈（利文和西姆斯，同上），或用圖6.2中打開成一條鏈的環(huán)狀分子（高橋，1932）來解釋。早期根據(jù)擴散估計出的相對分子質(zhì)量是1360到1700（米爾貝克和喬帕斯，1935），大體上符合于四核苷酸——1357。當(dāng)利文鼓吹磷酸酯-糖鍵構(gòu)成DNA骨架（利文，1921）和RNA骨架（利文和西姆斯，1925）這一重要階段時，就有了支持四核苷酸的三方面證據(jù)。

人們也許會問，如果早期除了比伯里安、紐曼和米歇爾以外有更多的人認識到核酸的多聚性質(zhì)，將會產(chǎn)生什么結(jié)果。我是懷疑的，因為這些研究者會有我們所說的大分子概念嗎？更有可能的是他們會按照我們今天所說的寡核苷酸去考慮問題的。利文和巴斯正是在這個意義上討論哈默斯坦和孚爾根在專著中所說的“高級”核酸（1931，302～303）。因此，我們完全有理由更多地注意第二章里的大分子概念。

圖6.2　設(shè)想一個環(huán)狀四核苷酸如何打開成為一條鏈，這條鏈由四個一級、一個次級磷酸根所組成。

很久以前，懷亞特指出以四種堿基鹽的溶解度不同為基礎(chǔ)，得到的 DNA 組成成分的一些早期分析數(shù)據(jù)竟是出奇的好。他注意到這些數(shù)據(jù)偏離查加夫的堿基比的預(yù)期值，也偏離四核苷酸結(jié)構(gòu)的預(yù)期值，而且偏離程度相同（懷亞特，1950，143）。表6.1列出了1902—1950年間得到的一些數(shù)據(jù)。

表6.1　1902—1950年間核酸的堿基分析克分子比

第一個聲稱支持嘌呤和嘧啶的等克分子比例，并以四核苷酸作為工作假說的不是利文而是斯托伊德爾，但他的數(shù)據(jù)與這個假說不符，胞嘧啶的數(shù)值只有該結(jié)構(gòu)所要求的54%（馬克姆和史密斯，1954，6）。不幸的是，利文于1908年提出兩個嘧啶對三個嘌呤后，翌年就轉(zhuǎn)向斯托伊德爾的觀點，為了支持把斯托伊德爾的理論值（四核苷酸的預(yù)期值）作為斯托伊德爾的實驗結(jié)果（馬克姆和史密斯，1954，7），在1931年重復(fù)了他的錯誤，當(dāng)時他在專著里宣稱“埃林豪斯根據(jù)完全不同的、巧妙的物理學(xué)方法，即比較核酸各個組成成分與核酸本身的氧化熱，具體證實了四核苷酸結(jié)構(gòu)”（利文和巴斯，1931，277）。人們不知道埃林豪斯的結(jié)果實際上是符合于四核苷酸呢，還是符合于一個巨大的大分子。

最后，我們不要忘了利文提出的磷、糖和堿基在核酸（次黃嘌呤核苷酸和次黃嘌呤核苷）中的排列模型。1909年，他已論證了次黃嘌呤核苷酸最可能的結(jié)構(gòu)是一個嘌呤通過糖苷鍵同糖連接，然后通過羥基以酯鍵與磷酸連接（利文和雅各布斯，1909a，336）。兩年后，他提出了圖6.3所示的結(jié)構(gòu)，糖和堿基之間的連接沒有放在N⁹位置上，而是錯誤地放在N⁷上。

1909年，利文和雅各布斯還從酵母核酸中分離出鳥嘌呤核苷和腺嘌呤核苷（1909b；1909c），并提出核酸分子是由四個核苷通過締合的磷酸根連接而成。他把這種四核苷酸命名為“多核苷酸”，且認為胸腺核酸有類似的結(jié)構(gòu)。

我們可稱利文和雅各布斯那時提出的核酸分子公式為“四核苷”結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)中骨架的連接是搞錯了，圖6.4表示一個二核苷酸。

圖6.4　酵母核酸的二核苷酸（錄自利文和雅各布斯，1909c，2703）。

直到利文從酵母核酸中得到所有四種核苷酸時，他才引進了現(xiàn)在的RNA中的糖-磷酸骨架（利文，1919）。如果那時他就能證實DNA也是這四種核苷酸，那么就會成功地把這種結(jié)構(gòu)推廣到DNA和RNA這兩種核酸。可是，DNA比RNA更不穩(wěn)定，利文和雅各布斯雖然正確地指出這起因于糖（1912），但直到1929年利文才取得成功。

植物核酸和動物核酸

一些評論家最近從瓊斯的文章里發(fā)現(xiàn)一種有趣的說法，他說核酸“可能是生理化學(xué)中了解得最清楚的領(lǐng)域”，以及“……自然界只有兩種核酸，一種得自動物細胞的細胞核，另一種得自植物細胞的細胞核”（瓊斯，1920，vi，9）。第一個說法提到核酸代謝特別是分解代謝的知識。瓊斯的第二個說法一定要同有關(guān)核酸的結(jié)構(gòu)和種類的早期文獻的混亂背景相對照，例如文獻中提到，類核酸和胸腺核酸（科賽爾和紐曼，1893），胰臟的鳥嘌呤核苷酸（班，1898），核素基（施米德伯格，1900）等，當(dāng)時關(guān)于嘧啶——伯里安早期堅持嘧啶來源于嘌呤——特別是尿嘧啶的一級性質(zhì)和次級性質(zhì)存在爭論，尿嘧啶是否由胞嘧啶脫氨基生成？在瓊斯撰寫上述文章時，只有胰臟的鳥嘌呤核苷酸尚未得到解答。

最后是E.喬帕斯研究了這種酸，從而打破了植物核酸和動物核酸的分類。1929年，喬帕斯作為洛克菲勒研究員與利文一起工作，利文于1931年的專著中記述了這一點，但在核酸的分類一節(jié)仍寫了兩個標題：酵母核酸（植物核酸）和胸腺核酸（動物核酸）（利文和巴斯，1931，260）。

我們雖可用這本書已在好幾年前寫成來解釋這種情況，書是在1925年開始撰寫的（利文，1925），但事實上利文在以后也沒有修正，這使我們感到當(dāng)時那種分類法可說是積習(xí)難改。1920年，艾因納·哈默斯坦指出胰臟核蛋白里的糖是戊糖，他的學(xué)生喬帕斯逐漸加強了這種說法（哈默斯坦和喬帕斯，1922；喬帕斯，1924，1928），并在利文的專著出版之前，在洛克菲勒研究所作了明確的驗證（利文和喬帕斯，1930）。在這里，我們不是看到了簡單假設(shè)的誘人特性嗎？不是看到了化學(xué)家們要在化學(xué)基礎(chǔ)上區(qū)分動植物界的愿望得到實現(xiàn)嗎？誰到了1931年還以自己的全部權(quán)威充當(dāng)這種分類的后臺，誰在1938年當(dāng)自己已轉(zhuǎn)向多聚四核苷酸結(jié)構(gòu)時還充當(dāng)四核苷酸結(jié)構(gòu)的后臺，誰不就應(yīng)該貼上這兩個著名假設(shè)的標簽嗎？如果有這樣的人的話，那么利文就是要遭到歷史學(xué)家鞭撻的人。

菲伯斯·阿倫·利文

像利文這樣一位核酸的簡單結(jié)構(gòu)和分類的主要支持者，看來不太可能在歷史上湮歿無聞的。這位來自圣彼得堡（列寧格勒）阿歷山大·鮑洛丁化學(xué)研究所的出類拔萃的青年俄國猶太人，于1891年22歲時隨同家庭來到美國。1896年擔(dān)任生理化學(xué)副教授，在紐約州薩倫內(nèi)克實驗室作為化學(xué)家研究結(jié)核病，他早年曾在那里患過結(jié)核病。最后，應(yīng)新的洛克菲勒醫(yī)學(xué)研究所所長西蒙·弗萊克斯納博士的邀請，他找到了安身立命之處，開始時在東五十街127號的研究所里，這所房子還只用了一年；1906年搬到東河的新建方達大廈一樓。處于這樣無與倫比的優(yōu)越地位，利文的研究年復(fù)一年地發(fā)展，他承擔(dān)新的研究計劃，得到越來越多的經(jīng)費，希望到研究所來在他指導(dǎo)下工作的年輕科學(xué)家也日益增多。

利文同弗萊克斯納雖然仍是親密好友，但這位俄國科學(xué)家在經(jīng)費使用上的獨斷專行激怒了美國人所長，造成了兩人之間的不和。從美國哲學(xué)學(xué)會圖書館保存的信扎中可看出這種情況，弗萊克斯納給利文的信有幾段是這么寫的：

昨晚執(zhí)行委員會會議決定，今年不再增加您的工作人員。

（1916，6，3）

我想來找你了解關(guān)于你那個部門的供應(yīng)和經(jīng)費。（1918，4，27）

我決不會說……我被你自身同你的設(shè)備之間的區(qū)別而大受感動。把真正的進展只歸因于乙醇、乙醚等是拙劣的判斷……

（1919，2，7）

如果考慮到（由于戰(zhàn)事）生產(chǎn)可能不正常而多買了酵母和其他一些東西，以致過分影響到（你的經(jīng)常預(yù)算），那么你必須預(yù)見到意外支出還會使你的預(yù)算發(fā)生麻煩……你已遭到了麻煩，你又在麻煩執(zhí)行委員會，它要你解釋準備怎樣去完成年度工作。任何一個部門的預(yù)算用完時，倉庫是不會滿足任何要求的。

（1919，2，17）

今后我要澄清關(guān)于你訂購預(yù)算之外的東西，以及訂購沒有撥款的東西的疑團……在有了將近二十年的采購經(jīng)驗后，我想你應(yīng)該知道，我跟你一樣無權(quán)花費不歸我們支配的錢。

如果我通知你去訂購（價值600美元的干燥器），那是我越權(quán)了。我決心不再發(fā)生這種情況。

（1923，6，19）

每個人都應(yīng)遵守同樣的規(guī)矩……設(shè)想在德國會是怎樣的情況，那是徒勞的。

（1924，10，22）

遺憾的是，雇用的工人多于你的支付能力。

（1931，2，30）

1929年左右，弗萊克斯納對于利文談到的計劃的規(guī)模深表關(guān)注。弗萊克斯納寫道，過去“你處理了一個（問題）然后處理另一個，當(dāng)這些問題是有益的時候就繼續(xù)搞下去，然后把它們放下去搞另一些問題”，現(xiàn)在他發(fā)現(xiàn)利文“一門心思”研究維生素達五年之久?！霸谶@段時間里，你自然會發(fā)現(xiàn)是否值得對這個問題作出更大努力。”（弗萊克斯納，1929）1929—1930年，使弗萊克斯納擔(dān)心的另一項花錢很多的工作是利文對胰臟核酸（班所說的鳥嘌呤核苷酸）的酶學(xué)研究，以及利文打算鑒別胸腺核酸中的糖。弗萊克斯納指出，1926年到1930年間，利文那個部門一共花了將近34.3萬美元！1929年利文的年薪為1.6萬美元，而在1929年到1930年間，他的整個部門的費用增加1萬美元。稍可告慰的是利文可告知弗萊克斯納，他好不容易才成功地鑒定出胸腺核酸里的糖是2-脫氧核糖；他在1929年6月時寫道：

……明年有希望弄清其余的細節(jié)。經(jīng)費用光對我來說是可怕的——單是甜面包的賬單就達1500美元，裝備倫敦博士的操作室花了250美元。不包括倫敦博士的薪金在內(nèi)，整個實驗室的費用超過3000美元。

1929年，對于利文來說是個什么樣的年頭！他同來自斯德哥爾摩哈默斯坦實驗室的喬帕斯合作，從有很多爭論的胰臟核酸中得到堿基分析和核苷。1928年時喬帕斯曾稱之為真正核酸的這種物質(zhì)——最初是在動物組織中鑒別出來的——使利文得到了鳥嘌呤和腺嘌呤的核糖苷，使他確定胰臟核酸是一種多聚核糖核酸（或用現(xiàn)代術(shù)語來說，是一種寡聚核糖核酸）。

利文同來自列寧格勒的教授E.S.綸敦一起進行酶學(xué)研究，從而證明在胸腺核酸中的糖是脫氧核糖。1912年在紐約和1924年在列寧格勒，他曾有兩次機會取得這項偉大成就，但都錯過了。在這兩次機會中，他研究了在狗的腸瘺管中核酸的生理性消化，希望在溫和和控制的條件下使核酸水解，所用的試劑是1911年他同梅德格里西發(fā)現(xiàn)的核苷酸酶和核苷酶。1924年利文在巴甫洛夫?qū)嶒炇依餆o法使胸腺核酸降解，但綸敦來到洛克菲勒研究所四年后給幾條狗做了胃瘺和腸瘺，這樣利文就能讓胸腺核酸通過胃而在腸里收集。這種方法只要用很短一段腸道，利文和綸敦不僅得到了兩種嘌呤和兩種嘧啶的核苷，還得到這些核苷的糖的組成成分。這樣就弄清了這既不是以前普遍認為的六碳糖，也不是孚爾根稱之為葡聚糖的那種糖，而是1895年基利安尼首次分離到的糖，他還為這種糖設(shè)計了“松枝”試驗，以及用鐵離子和硫酸進行的試驗（基利安尼，1896）。

利文和綸敦?zé)o法得到這種糖的脎——在他們之前基利安尼也失敗了——這是因為在C₂位置上沒有羥基。因此，他們以芐苯腺作分析。由此得到了脫氧核糖衍生物的經(jīng)驗公式。

利文也是在1929年同國際教育部的研究員T.莫里一起，比較了他曾稱之為“胸腺糖”的胸腺核酸里的脫氧核糖同3種合成的2-脫氧核糖。這4種糖的希夫反應(yīng)都是正反應(yīng)，都被硫酸轉(zhuǎn)化成乙酰丙酸；這樣，在胸腺核酸降解產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)這種酸也就得到了說明。

孚爾根這樣偉大的核酸化學(xué)家因為化學(xué)家們無法應(yīng)用適合于酵母核酸的技術(shù)去從胸腺核酸中抽提核苷和核苷酸而感到沮喪，“表達了一種堅定信念，認為這種化合物（DNA）的構(gòu)造完全不同于植物核酸”（利文，1931，264；孚爾根，1923，296），人們可看出這些成就的重要性。

利文分離核苷和核苷酸的早期成就使他享有盛譽，他還提出了無可辯駁的證據(jù)表明胸腺核酸和酵母核酸都是嘌呤和嘧啶通過糖-磷酸-酯骨架彼此連接成的直鏈，如圖6.5所示。

如果利文和雅各布斯（1909c，2703）以及斯托伊德爾（1912）的磷酸-酯骨架過時了，那么利文和瓊斯（1912）提出的這些結(jié)構(gòu)的多糖骨架將不會生成四種核苷酸和核苷。這一成就的重要因素在于利文把酶學(xué)工具——這方面是依賴于巴甫洛夫?qū)嶒炇业募记伞檬值慕到猱a(chǎn)物的有機分析結(jié)合了起來。他熟諳的立體化學(xué)技術(shù)也起了無可估量的作用。像利文這樣一位機敏的化學(xué)家想必一定會在他的酶制劑中發(fā)現(xiàn)解聚活性的證據(jù)，這樣，他也一定已認識到天然的胸腺核酸是一種高聚物嗎？是的，雖然應(yīng)該說最后促使他抓住這種活性的早期發(fā)現(xiàn)深入下去的也許是《自然》上的一篇報告，這篇來自斯德哥爾摩的報告說相對分子質(zhì)量在500000～1000000之間（西格納、卡斯帕森和哈默斯坦，1938）。

圖6.5　利文提出的RNA和DNA的四核苷酸的“酯”結(jié)構(gòu)（錄自利文，1919；1921）。

胸腺核酸的一種解聚酶

人們會想起利文雖然成功地從酵母核酸中分離出核苷和核甘酸，但1909年從胸腺核酸中分離時卻失敗了，這促使他繼續(xù)對核苷酸感興趣。1930年，R.T.狄龍和利文很驚奇地發(fā)現(xiàn)，如果他們用經(jīng)過沉淀的腸道核酸酶制劑代替未經(jīng)處理的制劑，則從胸腺核酸中釋放出磷酸的速度有所不同，一個樣品的釋放速度只有另一個樣品的十分之一，盡管它對磷酸甘油的活性很高。利文猜測在這份樣品里缺少一種“核酸酶”（一種解聚酶），另一份樣品中則有這種酶；因而設(shè)想核酸降解成核苷酸時必定經(jīng)過脫磷酸化作用（利文和狄龍，1930，756）。八年后，利文和施米特表明，核苷酸酶（從核苷酸中釋放出磷酸）純度越高，胸腺核酸制備得越小心，脫磷酸化酶的活性就越低。利文在同事J.H.鮑爾和E.G.皮克爾斯的幫助下，用超離心方法表明用紐曼方法制備出來的核酸（α-胸腺核酸）的相對分子質(zhì)量在五萬到一二百萬之間，而孚爾根的酶制劑則始終沉淀不下來。利文的結(jié)論是，紐曼型核酸是鏈長度不等的分子混合物，而孚爾根型物質(zhì)則是已高度降解的。利文正確地強調(diào)了這一發(fā)現(xiàn)的重要性，他在《科學(xué)》上寫道：

……這個發(fā)現(xiàn)很重要，不僅因為它揭示出核酸生物降解過程中的另一個步驟，而且在于它提供了一種方法，一方面測定“天然”核酸的純度，另一方面利用天然核酸去測定核磷酸酶的純度。

對于同核蛋白結(jié)構(gòu)有關(guān)的其他問題來說，這也有重要意義……

（施米德和利文，1938，173）

最后，利文同胸腺核酸^[1]的多聚a型及其降解產(chǎn)物b型的老概念取得一致；b型是紐曼于1899年報道，孚爾根在吉森比較了旋光性和凝膠生成后加以證實的（孚爾根，1914）。孚爾根進一步驗證通過胰液（商品制劑）的作用a型轉(zhuǎn)變成b型。因為這破壞了a型生成凝膠的活性，他稱這種抽提物中的活性因子為“核膠酶”（孚爾根，1923，276；1935，237）。

這不是核酸解聚作用的唯一證據(jù)。在比斯德哥爾摩和吉森近得多的地方——在洛克菲勒研究所里——利文知道胰臟抽提物很容易使核酸解聚。這是倫敦藥物學(xué)會研究員雷內(nèi)·杜博斯和R.H.S.湯普森發(fā)現(xiàn)的。線索來自杜博斯和科林·麥克勞德的工作，他們發(fā)現(xiàn)高溫殺死的肺炎球菌失去了刺激抗體生成的能力，而且這同細菌從革蘭氏陽性變?yōu)楦锾m氏陰性相聯(lián)系著。他們從許多組織里分離出一種抽提物，它造成染色性質(zhì)的這種改變，在檢測一些純化合物對該抽提物的降解作用是否敏感時，只有利文提供的酵母核酸受到該抽提物的作用（杜博斯和麥克勞德，1937，697）。杜博斯把這種酶稱為多聚核糖核苷酸酶（杜博斯，1937，550），并斷定染色性質(zhì)的改變同RNA的破壞有關(guān)。報道這一工作的詳細論文，同利文和施米德關(guān)于脫氧核糖解聚酶（杜博斯和湯普森，1938）的論文同時發(fā)表。杜博斯會記得曾應(yīng)邀在利文的辦公室里共進午餐，所以那位偉大的核酸化學(xué)家可能知道杜博斯所發(fā)現(xiàn)的酶（杜博斯，1969）。一種發(fā)現(xiàn)往往在發(fā)表以前就有了報道，現(xiàn)在的情況就是如此。那就是沃爾特·瓊斯曾報道胰液抽提液對酵母核酸有作用（瓊斯，1920），但以后打算重復(fù)他的工作卻失敗了。

如果杜博斯、孚爾根、卡斯帕森、西格納和利文都認識到天然狀態(tài)的胸腺核酸就是現(xiàn)代所說的高聚物，那么四核苷酸又是什么？四核苷酸完整地保留下來，作為通過聚合作用生成天然核酸中的多聚物的基本單位。1938年，施米德和利文寫道：“天然核酸是四核苷酸的一種聚合物?！保ɡ暮褪┟椎?，1938，425）關(guān)于胸腺核酸，他們的評論是：“至今還未能用化學(xué)方法使（天然）核酸完全解聚成單個四核苷酸?！保ㄊ┟椎潞屠?，1938，173）很清楚，他們認為這是可能做到的。孚爾根確信：“引用的所有證據(jù)都談到用核凝膠酶得到的b胸腺核酸仍顯示出四核苷酸結(jié)構(gòu)，而且酵素的作用是解聚……”（孚爾根，1935，266）最后，免得讀者們認為孚爾根已得到支持這一結(jié)論的堿基比，有必要指出，他在1935年記錄下來的a和b胸腺核酸的堿基量為0.5G: 0.9A:0.8C∶1.9T！毋需多說，孚爾根并未去研究這些分子比。他所關(guān)心的是要表明a型和b型的堿基成分是相同的。

1874年到1962年期間，DNA分子量的圖表（圖6.6）表明，1935年到1940年間估計數(shù)的變動何等之快。DNA和RNA現(xiàn)在成了一種大分子，但“中心法則的蛋白質(zhì)版本”基本仍未動搖，因為如同古蘭德所說，多聚四核苷酸“將限制可能出現(xiàn)的異構(gòu)體的數(shù)目，從而減小生物學(xué)特異性的可能性”（古蘭德，1947，12）。1944年，這位偉大的核酸化學(xué)家喜歡把多聚四核苷酸“作為一種實用的工作假說，如果充分認識到它的局限性，將有助于解釋實驗結(jié)果”（古蘭德，1944，216）。他說這個假說還沒有確鑿證據(jù)，一年后，他感到有必要引進“統(tǒng)計上的四核苷酸”這一術(shù)語用以描述這樣一種多核苷酸：它的堿基組成等于四核苷酸，但堿基序列是“隨機的”（古蘭德、巴克和喬丹，1945）。1946年，當(dāng)他在實驗生物學(xué)學(xué)會組織的核酸討論會上作報告時，他認為他的假定數(shù)據(jù)可以得到解釋，但同DNA中堿基等分子量假設(shè)相抵觸。

圖6.6　從1874年到1973年間，DNA分子量的估計值（T.H.=四核苷酸的數(shù)值）。

我的結(jié)論已被證明是正確的，即除了細菌轉(zhuǎn)化研究之外（見第十二章），導(dǎo)致認識大分子并進而注意到化學(xué)序列的化學(xué)中的革命，總有一天會破壞中心法則的蛋白質(zhì)版本。但不是讓化學(xué)家單槍匹馬去完成這一過程。細胞化學(xué)家起了決定性作用，而且我們在下一章里將看到，他們的研究結(jié)果只是部分地認識了DNA的生物學(xué)重要性，直到艾弗里的工作促使他們重新評估自己的資料以前，還一直在保護中心法則的蛋白質(zhì)版本不被完全推翻。

【注釋】

[1] 利文和巴斯：1931年第289頁中，對DNA可能是一種多聚狀態(tài)持勉強同意的態(tài)度。