2023/2/11LessonFiveDiscoveringtheChemicalNatureofthegene基因化學本質的發(fā)現(xiàn)2023/2/121GenesCodeforParticularProteins

ThefirstscientisttoinvestigatethequestionofhowgeneaffectphenotypewasSirArchibaldGarrod,whosestudiesofalkaptonuria

[?:lk?p't?nj??r??impliedarelationshipbetweengenesandenzymes.

ArchibaldGarrod(亞契包德?蓋羅

)是第一個研究基因是如何影響表型的科學家，他對尿黑酸癥的研究揭示了基因與酶之間的關系。2023/2/13尿黑酸癥（alcaptonuria）：是酪氨酸代謝中缺乏尿黑酸酶引起的代謝遺傳病。這種病人的尿中含有尿黑酸，在堿性條件下暴露于氧氣中，氧化并聚合為類似于黑色素的物質，從而使尿成黑色。

尿黑酸尿癥是常染色體隱性遺傳病，由于先天性尿黑酸氧化酶缺乏，因而由酪氨酸分解而來的尿黑酸不能進一步分解為乙酰乙酸，致使過多的尿黑酸由尿排出，并在空氣中氧化為黑色。2023/2/14

ThirtyyearslaterBeadleandEphrussishowedarelationshipbetweenparticulargenesandbiosyntheticreactionsresponsibleforeyecolorinfruitflies.

三十年后,Beadle和Ephrussi(喬治·比德爾和埃弗魯西，美國

)發(fā)現(xiàn)特殊基因與負責果蠅眼睛顏色的生物合成反應有關。2023/2/15

Next,inaseriesofclassicexperimentsontheeffectsofmutationinthebreadmold

Neurosporacrassa,BeadleandTatumexploredtheone-gene-one-enzymehypothesis-theideathateachgenecodesforaparticularenzyme.

接著,BeadleandTatum（比德爾和塔特姆）通過一系列經(jīng)典的面包霉粗糙脈孢菌的突變試驗得出一個基因一個酶的假說。2023/2/16

Theirworkpavedthewayforotherresearcherstoelucidate

[i?lu:s?de?t]theprecisewayinwhichenzymesaffectcomplexmetabolicpathways.

他們的工作為其他研究者精確闡明“酶是如何影響復雜新陳代謝途徑”鋪平了道路。粗糙脈孢菌作為木質纖維素降解真菌，不僅具有完整的木質纖維素降解酶系，而且還擁有全基因組基因敲除突變體庫，是研究絲狀真菌纖維素酶表達分泌和木質纖維素降解機制的優(yōu)秀體系。國內外利用粗糙脈孢菌系統(tǒng)，在木質纖維素降解機制方面取得了顯著進展，包括纖維素酶信號傳導、調控以及生物質降解后糖的轉運利用等。

2023/2/172023/2/18In1949s,inresearchontheroleofhemoglobin

[?hi:m??'gl??b?n]insicklecellanemia[?s?k?ls?l??nimi?],LinusPaulinghelpedrefinetheone-gene-one-enzymehypothesisintotheone-gene-one-polypeptidehypothesis.

在1949年，LinusPauling（萊納斯·卡爾·鮑林，美國化學家

）通過研究鐮刀狀細胞貧血癥中血紅素的作用,將一個基因一個酶的假說進一步修正為一個基因一個多肽假說。2023/2/19

2thesearchforchemistryandmolecular

structureofnucleicacids2023/2/110Nucleiacid,originallyisolatedbyJohannMiescherin1871,wasidentifiedasprimeconstituentofchromosomesthroughtheuseofthered-stainingmethoddevelopedby

Feulgenintheearly1900s.

在1871年，核酸最初是由JohannMiescher（約翰拿·米歇爾瑞士化學家）分離成功的，并通過應用1900年由Feulgen（福爾根

）發(fā)現(xiàn)的R帶技術被證實是染色體組最基本的組成。2023/2/111

FrederickGriffith′sexperimentswiththeRandSstainsofpneumococci

[nju:m?'k?ksa?]showedthatanasyetunknownmaterialfromonesetofbacterialcouldalterthephysicaltraitsofasecondset.

FrederickGriffith（弗雷德里克·格里菲斯

）對粗糙和光滑的肺炎球菌實驗表明，來自一組細菌的某種未知物質可以改變另一組細菌的物理性狀。2023/2/112

Inthe1940stheteamofAvery,MacLeod,andMcCartyshowedthatthisunknownmaterialwasDNA.在1940年，Avery,MacLeod和McCarty(艾菲里一麥克勞

德一麥卡蒂

)研究小組確認該未知物質為DNA。

AtaboutthesametimeP.A.LevenediscoveredthatDNAcontainedfournitrogenous

[na?'tr?d??n?s]bases,eachofwhichwasattachedtoasugarmolecularandaphosphategroup-acombinationLevenetermedanucleotide.與此同時，P.A.Levene(列文

原名PhoebusAaronTheodor)發(fā)現(xiàn)DNA含有四種堿基，并且每一個堿基都與一個磷酸分子和一個糖分子連接，稱為核苷酸。2023/2/113

DisagreementoverwhetherDNAcouldcarrycomplexgeneticinformationwasendedintheearly1950sbyMarthaChaseandAlfredHershey,whoseworkwithE.coli

showedclearlythatDNA,andnotprotein,isthebearerofgeneticinformation.在20世紀50年代初,MarthaChaseandAlfredHershey(馬莎·蔡斯和阿爾弗雷德·赫爾希)通過對大腸桿菌實驗表明，遺傳信息的攜帶者是DNA，而不是蛋白質，從而結束了DNA是否攜帶遺傳信息的爭議。

2023/2/114

EachDNAnucleotidecontainsafive-carbonsugar,

deoxyribose,attachedtooneoffourbases;adenine,guanine,cytosine,orthymine.每個核苷酸都含有一個五碳脫氧核糖，分別連接4個堿基，即：腺嘌呤，鳥嘌呤，胞嘧啶，胸腺嘧啶。

Adenineandguaninemolecularsaredouble-ringstructurescalledpurines,whilecytosineandthyminearesingle-ringstructurescalledpyrimidines.腺嘌呤和鳥嘌呤是雙環(huán)結構稱為嘌呤；胞嘧啶和胸腺嘧啶是單環(huán)結構稱為嘧啶．

2023/2/115

Themoleculemadeupofabaseplusasugaristermedanucleoside.IneachmoleculeofDNAaphosphategrouplinksthefive-carbonsugarofonenucleosidetothefive-carbonsugarofthenextnucleosideinthechain.

堿基連接糖稱核苷。在每個DNA分子中，一個核苷與另一個核苷通過磷酸基團連接．

Thisphosphatebondingcreatesasugar-phosphatebackbone.這個磷酸鍵形成糖磷酸骨架。

2023/2/116

Chargaff′srulesdescribethefactthat(1)theamountofadenineisequaltotheamountofthymineinDNA,withamoutofcytosineequaltothatofguanine,and(2)theratiosofAtoTandofCtoGvarywithdifferentspecies.

Chargaff′s（查伽夫，美國生物化學家）法則：（1）在DNA中腺嘌呤與胸腺嘧啶含量相等的，胞嘧啶與鳥嘌呤含量相等；（2）腺嘌呤胸腺嘧啶比例和胞嘧啶鳥嘌呤比例隨物種不同而不同。2023/2/117

3TheResearchracefor

theMolecularstructureofDNA

2023/2/118Inthelate1940sandearly1950s,researcherslookingforthestructureofDNAdrewuponChargaff'sinsight,Levene′sideasonDNAcomponents,andtwootherlinesofevidence.

直到40年代末50年代初，研究者在尋求DNA結構過程中，證實了Chargaff的觀點和Levene的DNA組成理論，同時還得出了其他兩個證據(jù)。2023/2/119

OnewasthesuggestionofLinusPaulingthatDNAmighthaveahelicalstructureheldinplacebyhydrogenbonds,andtheotherwasX-raydiffractionphotosofDNA,showingahelicalstructurewithdistancebetweenthecoils,takenbyFranklinandWilkins.一個是LinusPauling的假設：DNA可能具有螺旋結構，通過氫鍵連接。另一個是由Franklin和Wilkins（富蘭克林和威爾金斯

）提供的DNA的X-射線衍射圖片，該圖片展示了螺旋結構。2023/2/120

BasedonthisinformationWatsonandCrickproposedthedoublehelixmodelofDNA------atwistedladder-likemoleculewithtwooutersugarphosphatechainsandrungsformedbynucleotidepairs.基于這些信息，Watson和Crick(詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克

)提出了雙螺旋結構模型：一個階梯狀分子由外圍的糖磷酸骨架鏈和由核苷酸對形成的堿基平面組成.

2023/2/121

Pairednucleotides,whichalwaysoccurasA-TorC-Ｇ,arelinkedbyhydrogenbonds.WatsonandCrickalsoproposedthatgeneticinformationisencodedbythesequenceofbasepairsalongtheDNAmolecule成對的核苷酸通常是A-T或C-Ｇ配對，通過氫鍵相連。

WatsonandCrick也提出遺傳信息是通過DNA分子中堿基對序列來編碼的。2023/2/1222023/2/123

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HowDNAReplicate

IntheirmodelofDNAstructureandfunction,WatsonandCrickhypothesizedthatDNAreplicatesitselfby“unzipping”alongthehydrogenbondsjoiningAtoTandCtoG.在DNA結構與功能模型中，Watson和Crick假設DNA是以拉鏈方式沿著連接AT和CG的氫鍵來進行自我復制的．2023/2/124

Thisprocesswouldproducetwooppositehalvesthatcouldthenserveastemplatesfortheconstructionofnew,complementarystrands.這個過程產(chǎn)生的兩個相反的單鏈，可以作為新的互補鏈合成的模板．

Thismodelofsemi-conservativereplication---conservativebecauseeachnewmoleculeshasonehalfoftheformerparentmolecule---waslaterconfirmedbytheworkofMeselsonandStahl.隨后，由Meselson和Stahl（西爾遜和斯塔爾

）驗證了這個半保留復制模型?！氨Ａ簟笔且驗槊總€新合成的分子都有一半來自于母本的．2023/2/1251958年來西爾遜（Meselson）和斯塔爾（Stahl）首次在分子水平上成功地證明了DNA的半保守復制。如果半保守復制是正確的，則新生DNA雙鏈中的一條鏈應該是新合成的，而另一條鏈應該是全部從親代接受繼承的舊鏈。2023/2/126

InE.coliDNAreplicationbeginswiththeformationofabubblelikestructureonthecircularchromosomethatisproducedbyreplicationforks.大腸桿菌DNA復制開始于環(huán)狀染色體上的由復制叉產(chǎn)生的泡狀結構．2023/2/127

StudiesofbacterialDNAreplicationhaveshownthatagrowingDNAchainlengthensonlyinthe5′to3′direction(from5′carbonofonesugartothe3′carbonofthenext).細菌DNA復制的研究表明：一條正在生長的DNA鏈僅僅沿著5′到3′方向進行延伸（從一個糖分子的5′碳到下一個糖分子的3′碳）．2023/2/128

Theleadingstrandissynthesizedcontinuously,whilethelaggingstrandissynthesizedinshortstretchesknownasOkazakifragments.TheenzymeDNApolyme