桑格:发展“链终止法”测定DNA序列
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弗雷德里克·桑格是一位英国生物化学家,曾经在1958年及1980年两度获得诺贝尔化学奖,是第四位两度获得诺贝尔奖以及唯一获得两次化学奖的人。
桑格在1955年将胰岛素的氨基酸序列完整地定序出来,同时证明蛋白质具有明确构造。他利用自己新发现的桑格试剂(Sanger's reagent),将胰岛素降解成小片段,并与专门水解蛋白质的胰蛋白酶混合在一起。再将一部分混合物的样本置放于滤纸的一面,并利用一种色层分析方法来做进一步的实验,首先他将一种溶剂从单一方向通过滤纸,同时又让电流以相反向通过。
由于不同的蛋白质片段有不同的溶解度与电荷,因此在电泳后,这些片段最后会各自停留在不同的位置,产生特定的图案。桑格将此图案称为“指纹”;不同的蛋白质拥有不同的图案,成为可供辨识且可重现的特征。之后桑格又将小片段从新组合成氨基酸长链,进而推导出完整的胰岛素结构。因此得出结论,认为胰岛素具有特定的氨基酸序列。这项研究使他单独获得了1958年的诺贝尔化学奖。
1975年时,桑格发展出一种称为链终止法(Chain termination method)的技术来测定DNA序列,这种方法也称做“双去氧终止法”(Dideoxy termination method)或是“桑格法”。1977年,他利用此技术成功定序出Φ-X174噬菌体(Phage Φ-X174)的基因组序列。这也是首次完整的基因组定序工作。他所发明的技术比起当时其他方法使用了较不具毒性的材料。主要是先进行PCR,利用DNA引子和DNA聚合酶使DNA链得以展开复制,再利用双去氧核苷酸(Dideoxynucleotides)来终止DNA链的合成。实验会使不同序列的DNA带有不同长度,使其得以經由电泳来做分析。
这项研究后来成为人类基因组计划等研究得以展开的关键之一,并使桑格于1980年再度获得诺贝尔化学奖,与桑格合作研究的沃特·吉尔伯特以及另一团队的保罗·伯格(Paul Berg)也一同获奖。第二座诺贝尔奖使他成为继玛莉·居里、莱纳斯·鲍林以及约翰·巴丁之后的第四位两度获奖者。到了1979年,桑格又与吉尔伯特和伯格一同获得哥伦比亚大学的路易莎·格罗斯·霍维茨奖(Louisa Gross Horwitz Prize)。
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