基因的化学本质是DNA
基因的化学本质是DNA
向基因的分子水平进军摩尔根及其弟子们将基因定位在染色体上。
基因研究发展到细胞学水平之后,遗传学面临的历史任务便是解决“基因究竟是什么?”的问题了。
摩尔根在他的经典著作《基因论》中,就已经提出“基因是某种化学实体”的猜测。
摩尔根及其弟子尤其是缪勒(H·J·Muller)相信,基因是某种化学分子,基因是通过化学过程而起作用的。
他们进而认为,经典的物理学和化学方法最终能说明生命现象。
研究基因的化学本质,单靠遗传学的力量已经不够,需要有生物化学家与物理学家的加盟。
不同领域的科学家从不同方向朝基因的分子水平进军,在分子遗传学的酝酿时期形成了三大学派:信息学派、生化学派和结构学派。
德尔布吕克德尔布吕克(M·Delbrück)是信息学派的先驱者之一。
德尔布吕克曾经是丹麦著名物理学家、诺贝尔奖获得者玻尔(N·Bohr)的研究生。
1932年,玻尔在哥本哈根举行的国际光疗会议上发表了《光和生命》的著名演讲,应用物理学的概念来解释生命现象。
在当时,人们很难理解玻尔这些科学思想的意义,一些听讲的生物学家甚至不知所云。
然而,玻尔以一种天才的直觉能力,借助于量子力学的范例,预感到在生物学中将有某些新的发现。
这无疑给人们一种深刻的启示,并向当时的物理学家和生物学家提出了挑战。
德尔布吕克受到这个著名演讲的启发,使他“对于广阔的生物学领域将揭示的前景充满了热忱,并准备迎接挑战”,转而研究生物学,“选择了一条把遗传学与物理学结合在一起的道路。
”1935年,德尔布吕克与前苏联遗传学家梯莫菲也夫-雷索夫斯基(Timofeeff-Ressovsky)和物理学家齐默尔(K·G·Zimmer)合作,应用物理学概念研究果蝇的X射线诱变现象,建立了一个突变的量子模型。
他们三人共同署名的论文题为《关于基因突变和基因结构的性质》,刊登在德国哥廷根的科学协会通讯上,这篇论文代表了德尔布吕克的早期生物学思想,可以认为是量子遗传学的最早端倪。
基因的化学本质是DNA
第三章基因的化学本质是DNA第一节遗传物质是DNA(或RNA)第一节遗传物质是DNA(或RNA)上个世纪四十年代以来,随着微生物遗传学的发展,还有生物进化学,生物物理学以及许多新技术不断引入遗传学,促成了一个崭新的领域——分子生物学的发展。
分子生物学已直接或间接证明,DNA是主要的遗传物质,而在那些缺乏DNA的某些病毒中,RNA就是遗传物质。
一DNA作为遗传物质的间接证据1、每个物种中,不同组织的细胞,无论其大小和功能如何,细胞核中的DNA含量都是恒定的。
而且精子和卵子种的DNA含量正好是体细胞中的一半。
多倍体系列的一些物种,细胞中DNA 的含量随染色体倍数的增加也呈倍数性递增。
而细胞中RNA和蛋白质的含量在不同细胞中的变化很大。
2、DNA是所有生物所共有的,从噬菌体(phage),病毒(virus)直到人类的染色体中都含有DNA,而蛋白质则不同,噬菌体和病毒的染色体上不含有的蛋白质不存在于染色体上,而蛋白质只存在于外壳上,细菌的染色体上也没有蛋白质,只有真核生物的染色体上才有蛋白质的存在。
3、DNA在代谢上是稳定的。
细胞内的其他分子,如蛋白质,都是一面迅速合成,一面又不断分解,但是若某个元素被DNA分子所吸收,则在细胞健全生长的条件下,它不会离开DNA。
二、DNA作为遗传物质的直接证据1.细菌的转化:肺炎双球菌特征抗原型(稳定)粗糙型(R) 无荚膜、粗糙菌落、无毒IR、IIR光滑型(S) 有荚膜、光滑菌落、有毒IS、IIS、IIIS⑴.格里费斯(Griffith F.,1928):肺炎双球菌定向转化试验:①无毒IIR型小鼠成活重现IIR型②有毒IIIS型小鼠死亡重现IIIS型③有毒IIIS型(65℃杀死)小鼠成活无细菌④无毒IIR型有毒IIIS型(65℃杀死)小鼠死亡重现IIIS型结论:在加热杀死的IIIS型肺炎双球菌中有较耐高温的转化物质能够进入IIR型IIR型转变为IIIS型无毒转变为有毒。
基因工程复习资料
基因工程复习资料克隆:是指从一个合营祖先无性滋长下来的一群遗传上雷同的DNA 分子、细胞或个别所构成的专门的生命群体载体:携带外源DNA进入宿主细胞的对象。
化学本质:DNA 1.输送外源基因高效转入受体细胞2.为外源基因供给复制才能或整合才能3.为外源基因的扩增或表达供给前提。
基因工程的含义:按照预先设计好的蓝图,应用现代分子生物学技巧,专门是酶学技巧,对一种生物(供体)的遗传物质(DNA )直截了当进行体外重组操作与改革,并转移到别的一种生物(受体)中去,从而实现受体生物的定向改革与改进。
黏性末尾是指DNA分子在限制酶的感化之下形成的具有互补碱基的单链延长末尾构造,它们能够或许经由过程互补碱基间的配对而从新环化起来DNA连杆,是指用化学方法合成的一段由10~12个核苷酸构成的、具有一个或数个限制酶辨认位点的寡核苷酸片段。
DNA接头它是一类由人工合成的一头具有某种限制性内切酶粘末尾,另一头为平末尾的专门的双链寡核苷酸片段。
当它的平末尾与平末尾的外源DNA片段连接之后,便会使后者成为具黏性末尾的新的DNA分子,而易于连接重组。
载体:携带外源DNA进入宿主细胞,并为其供给复制和功能基因表达调控体系的对象。
目标基因:基因工程中克隆的目标DNA分子SD序列:mRNA中肇端暗码子上游8-13个核苷酸处有一段富含嘌呤核苷酸的次序,它能够与30S亚基中的16S rRNA 3’端富含嘧啶的尾部互补,形成氢键结合,有助于mRNA的翻译从肇端暗码子处开端启动子:DNA分子与RNA聚合酶特异结合的部位,也是转录开端的部位基因组文库:某种生物的基因组的全部遗传信息经由过程克隆载体贮存在一个受体菌的群体之中,那个群体即为该生物的基因组文库。
cDNA:以mRNA为模板合成的互补脱氧核糖核苷酸序列。
cDNA文库:某种生物基因组转录的的全部mRNA经反转录产生的各类cDNA分别与克隆载体重组,贮存在一个受体菌的群体中,那个群体就称为cDNA文库。
分子生物学摸底考试1 (1)
分子生物学摸底考试1您的姓名: [填空题] *_________________________________1. 冈崎片段的发现证明了DNA复制是以什么方式进行的 [单选题]A.半保留复制B.连续复制C.间接复制D.半不连续复制(正确答案)2. 中心法则中生物信息传递的顺序是? [单选题]A. DNA>蛋白质>RNAB.RNA>DNA>蛋白质C.DNA>RNA>蛋白质(正确答案)D.蛋白质>DNA>RNA3. 核酸的基本组成单位是 [单选题]A.磷酸和核糖B.核苷和碱基C.单核苷酸(正确答案)D.脱氧核苷和碱基4. 在核酸中,核苷酸之间的连接键是 [单选题]A.糖苷键B.氢键C. 3′,5′- 磷酸二酯键(正确答案)D. 2′,5′- 磷酸二酯键5. 核酸所含的元素中,含量较稳定的是 [单选题]A.碳B.氧C.氢D.磷(正确答案)6. 在核酸中一般不含有的元素是 [单选题]A.碳B.氧C.硫(正确答案)D.磷7. 通常既不见于DNA又不见于RNA的碱基是 [单选题]A.腺嘌呤B.黄嘌呤(正确答案)C.鸟嘌呤D.胸腺嘧啶8. DNA与RNA完全水解后,其产物的特点是 [单选题]A.戊糖不同、碱基部分不同(正确答案)B.戊糖不同、碱基完全相同C.戊糖相同、碱基完全相同D.戊糖不同、碱基完全不同9. 不参与DNA组成的是 [单选题]A.dGMPB.dAMPC.dCMPD.dUMP(正确答案)10. 在核苷酸分子中戊糖(R)、碱基(N)和磷酸(P)的连接关系是 [单选题]A.N-R-P(正确答案)B.N-P-RC.P-N-RD.P-N-P11. 核酸的一级结构实质上就是 [单选题]A.多核苷酸链中的碱基排列顺序(正确答案)B.多核苷酸链中的碱基配对关系C.多核苷酸链中的碱基比例关系D.多核苷酸链之间的连接方式12. 关于 DNA 的二级结构,叙述错误的是 [单选题]A.A和T之间形成三个氢键,G和C之间形成两个氢键(正确答案)B.碱基位于双螺旋结构内侧C.碱基对之间存在堆积力D.两条链的走向相反13. DNA的二级结构是 [单选题]A.α- 螺旋B.β- 折叠C.β- 转角D.双螺旋(正确答案)14. DNA分子碱基含量关系哪种是错误 [单选题]A.A+T=C+G(正确答案)B.A+G=C+TC.G=CD.A/T=G/C15. DNA分子中不包括 [单选题]A.磷酸二酯键B.糖苷键C.二硫键(正确答案)D.范德华力16. 关于DNA双螺旋结构学说的叙述,哪一项是错误的 [单选题]A.由两条反向平行的DNA链组成B.碱基具有严格的配对关系C.碱基平面垂直于中心轴D.生物细胞中所有DNA二级结构都是右手螺旋(正确答案)17. 下列关于核酸结构的叙述错误的是 [单选题]A.双螺旋表面有一深沟和浅沟B.双螺旋结构仅存在于DNA分子中(正确答案)C.双螺旋结构也存在于RNA分子中D.双螺旋结构区存在有碱基互补关系18. 促进DNA双螺旋结构稳定的作用力主要包括A.分子中的磷酸二酯键B.碱基对之间的氢键(正确答案)C.碱基平面间的堆积力(正确答案)D.骨架上磷酸之间的负电排斥力19. 关于 DNA 双螺旋结构模型的描述正确的有A.腺嘌呤的分子数等于胸腺嘧啶的分子数(正确答案)B.DNA双螺旋中碱基对位于内侧腺嘌呤的分子数等于胸腺嘧啶的分子数(正确答案)C.每10.5个bp 盘绕一周,螺距为3.4nm(正确答案)D.DNA双螺旋结构的稳定纵向依靠碱基平面的疏水性堆积力维系(正确答案)20. 关于 DNA 的碱基组成,正确的说法是A.腺嘌呤与鸟嘌呤分子数相等,胞嘧啶与胸腺嘧啶分子数相等B.不同种属 DNA 碱基组成比例不同(正确答案)C.年龄增长但 DNA 碱基组成不变(正确答案)D.DNA 中含有尿嘧啶21. 有关DNA三级结构的描述,以下错误的是 [单选题]A.超螺旋B.单链形成的环C.环状DNA中的连环体D.DNA双螺旋结构(正确答案)22. 有关DNA超螺旋结构的特性,以下描述错误的是 [单选题]A.是闭合环状DNA的特性,一旦DNA的一条链或双链断开,超螺旋即被松弛B.细胞中存在的拓扑异构酶(Topoisomerases)能够调控DNA分子的超螺旋水平C.DNA超螺旋的形成需要DNA连接酶的参与(正确答案)D.细胞内DNA的超螺旋程度,是由拓扑异构酶来调节的23. 下列关于拓扑异构酶II描述正确的是 [单选题]A.其打断的是DNA双链中的糖苷键(正确答案)B.其可以增加DNA负超螺旋的个数C.稳定DNA分子拓扑构象D.使DNA分子成为正超螺旋24. 核酸的最大紫外光吸收值一般在 [单选题]A.280nmB.260nm(正确答案)C.240nmD.220nm25. 正确解释核酸具有紫外吸收能力的是 [单选题]A.嘌呤和嘧啶环中有共轭双键(正确答案)B.嘌呤和嘧啶连接了核糖C.嘌呤和嘧啶中含有氮原子D.嘌呤和嘧啶连接了核糖和磷酸26. DNA变性是指 [单选题]A.多核苷酸链解聚B.DNA 分子由超螺旋变为双螺旋C.碱基间氢键断裂(正确答案)D.核酸分子的完全水解27. 核酸分子杂交可发生在DNA和RNA之间、DNA和DNA之间,那么对于单链DNA 5′-CGGTA-3′,可以与下列哪一种RNA发生杂交? [单选题]A.5′-UACCG-3′(正确答案)B.5′-GCCAU-3′C. 5′-GCCUU-3′D.5′-UAGGC-3′28. 下列有关 DNA Tm值的叙述哪些是正确的A.与DNA的碱基排列顺序有直接关系B.与DNA链的长度有关(正确答案)C.与G-C对的含量成正比(正确答案)D. G+C/A+T的比值越大,Tm值越高(正确答案)29. 在熔解温度时,双链DNA发生下列哪些变化?A.双股螺旋完全解开B.双股螺旋50%解开(正确答案)C.与室温下相比,其在260nm处的吸光度值增加(正确答案)D.碱基对间氢键部分断裂(正确答案)30. 复性过程包括下列哪些反应?A.氢键的形成(正确答案)B.核苷键的形成C.碱基对间堆积力的形成(正确答案)D.共价键的形成31. 下列有关DNA的复性的叙述哪些是正确的?A.复性在已变性DNA分子的两条互补链之间进行(正确答案)B.DNA分子越大复性时间越长(正确答案)C.热变性的DNA需经缓慢冷却方可复性(正确答案)D.变性过程可发生在DNA和RNA链之间32. 下列关于基因的说法错误的是 [单选题]A.合成一种功能蛋白或RNA分子所必需的全部DNA序列B.DNA分子中含有特定遗传信息的一段核苷酸序列C.遗传物质的最小功能单位D.基因序列是一些三联核苷酸密码子连续排列组成的(正确答案)33. 细胞器基因组是 [单选题]A.可以有多个拷贝存在于一个细胞器内(正确答案)B.分为多个染色体C.含有大量短的重复DNA序列D.线粒体DNA及叶绿体DNA 通常与组蛋白包装成染色体结构34. 下列不是真核细胞基因组特点的是 [单选题]A.基因组远大于原核生物的基因组,具有多个复制起点,而每个复制子的长度较小B.基因组中编码区多于非编码区(正确答案)C.体细胞一般是二倍体,即有两份同源的基因组D.真核基因多为不连续的断裂基因,由外显子和内含子镶嵌而成35. 以下是原核生物基因组特点的是 [单选题]A.具有多个DNA复制起点B.单个染色体,一般呈环状(正确答案)C.染色体DNA和蛋白质固定地结合D.具有大量的非编码序列36. 基因是编码蛋白质(酶)的DNA序列 [单选题]A.对B.错(正确答案)37. 在整个生物界中,绝大部分生物基因的化学本质是DNA [单选题]B.错38. 断裂基因是指两个基因之间有不编码功能产物的DNA序列将其分隔开[单选题]A.对B.错(正确答案)39. 质粒具有复制起始点,能在宿主细胞中独立自主地进行复制 [单选题]A.对(正确答案)B.错40. 真核生物染色体DNA分子是环形的 [单选题]A.对B.错(正确答案)41. 核小体结构中最具有种属特异性的组蛋白是 [单选题]A.H1(正确答案)B.H2AC.H3D.H442. 构成真核细胞染色体的基本单位是 [单选题]A.染色小体B.核小体(正确答案)C.核小体核心颗粒D.组蛋白八聚体43. 核小体中的八聚体核心不包括 [单选题]B.H2AC.H3D.H444. 构成染色体骨架的成分主要是 [单选题]A.非组蛋白(正确答案)B.组蛋白C.DNAD.RNA45. 染色质与染色体的关系是 [单选题]A.是同一物质在细胞周期中同一时期的不同表现B.不是同一物质,故形态不相同C.是同一物质,且形态相同D.是同一物质在细胞周期中不同时期的形态表现(正确答案)46. 下列与组蛋白末端及其修饰与核小体组装的叙述中错误的是 [单选题]A.核心组蛋白氨基末端具有多个带正点的氨基酸残基,可以通过与DNA相互作用稳定核小体B.核心组蛋白氨基末端的丝氨酸或苏氨酸可以被磷酸化,从而减弱核心组蛋白氨基末端与DNA的相互作用C.核心组蛋白氨基末端的乙酰化能够稳定组蛋白和DNA的相互结合(正确答案)D.核心组蛋白氨基末端可以和相邻核小体中的组蛋白八聚体相互作用,稳定核小体30nm纤维47. 经15N同位素标记的一段双链DNA片段在14N培养液经n代后,含纯14N的双链DNA有多少 [单选题]A.2^n+1B.2^n-1C.2^n-2(正确答案)D.2^n48. 可被DNA聚合酶催化合成DNA的底物是 [单选题]A.dNTP(正确答案)B.dNDPC.dNMPD.NTP49. DNA复制中,与DNA片段TAGCAT互补的子链是 [单选题]A.TAGCATB.ATGCTA(正确答案)C.ATCGTAD.AUCGUA50. 在DNA复制中RNA引物的作用是 [单选题]A.引导DNA聚合酶与DNA模板结合B.提供5’-Pi末端C.诱导RNA的合成D.提供3’-OH末端,为合成新DNA的起点(正确答案)51. 有关DNA半保留复制的叙述,正确的是 [单选题]A.以四种dNMP为原料B.子代DNA中,两条链的核苷酸顺序完全相同C.复制不仅需要DNA聚合酶还需要RNA聚合酶(正确答案)D.可从头合成新生DNA链52. DNA复制时模板的方向是从 [单选题]A.3’→5’(正确答案)B.5’→3’C.N-端→C-端D.C-端→N-端53. 所谓的半保留复制就是以DNA的亲本链作为合成子链DNA的模板,这样产生的新的双链DNA分子有一条旧链和一条新链组成。
【课堂新坐标】2021届高考生物大一轮温习 DNA是要紧的遗传物质课后限时自测卷(含解析)(1)
【课堂新坐标】2021届高考生物大一轮温习 DNA是要紧的遗传物质课后限时自测卷(含解析)(时刻:45分钟总分值:100分)一、选择题(每题6分,共60分)1.(2021·漳州市高三模拟)以下哪一项表达不能说明核酸是遗传物质( )A.肺炎双球菌的转化实验中,加热杀死的S型细菌和活的R型细菌混合后注射到小鼠体内,最终能分离出活的S型细菌B.抗虫基因导入棉花细胞后并整合到染色体上,使棉花表现出相应性状并稳固遗传给后代C.T2噬菌体的DNA进入大肠杆菌细胞后能操纵合成出T2噬菌体的外壳蛋白D.烟草花叶病毒的RNA与霍氏车前病毒的蛋白质重建而成的新病毒能感染烟草并增殖出完整的烟草花叶病毒【解析】A项说明加热杀死的S型细菌中存在转化因子,但不能说明是核酸;B项说明基因操纵生物性状,基因的化学本质是核酸;C项说明DNA操纵蛋白质的合成;D项说明操纵生物性状的不是蛋白质,而是RNA,RNA是核酸。
【答案】A2.(2021·云南省玉溪一中高三月考)在证明DNA是生物遗传物质的实验中,用35S标记的T2噬菌体侵染未标记的大肠杆菌,通过一段时刻的保温、搅拌、离心后发觉放射性要紧散布在上清液中,沉淀物的放射性很低,关于沉淀物中还含有少量的放射性的正确说明是( )A.经搅拌与离心后还有少量含有35S的T2噬菌体吸附在大肠杆菌上B.离心速度太快,较重的T2噬菌体有部份留在沉淀物中C.T2噬菌体的DNA分子上含有少量的35SD.少量含有放射性35S的蛋白质进入大肠杆菌内【解析】在该实验中,搅拌离心的目的是将吸附在细菌表面的噬菌体外壳与细菌分开,可是,由于技术等缘故,经上述处置以后,仍是有少量含有35S的T2噬菌体吸附在大肠杆菌上,没有与细菌分开。
T2噬菌体没有轻、重之别,故B项错误;在噬菌体的DNA分子上没有35S,C项错误;侵染细菌时,只有噬菌体的DNA 进入细菌内,D项也是错误的。
【答案】A3.(2020·广东高考)艾弗里和同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验,结果如下表。
分子生物学复习资料
分子生物学复习资料一、名词解释1.表现型:是生物内在遗传因子的外在表现,是生物的一整套显而易见的遗传性状。
2.基因型:是某一生物个体全部基因组合的总称。
3.等位基因:基因以不同形式存在4.中心法则:5.核酸:是由众多核苷酸聚合而成的多聚核苷酸,包括RNA和DNA。
基本单位是核苷酸:有核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸。
6.核苷酸:是由含氮碱基、戊糖和磷酸三部分组成。
7.碱基:由嘌呤和嘧啶。
RNA(G、A、U、C),DNA(G、A、T、C)8.核酸的一级结构:是指构成一个核酸分子的各个核苷酸结构单元的排列次序。
9.RNA的二级结构:发夹结构的形成原因:自我配对,在不同区段的互补序列之间形成碱基配对10.正超螺旋:在一端使绳子向紧缩方向捻转后,将绳子松弛使其处于自然状态,则会产生一个左旋的超螺旋以解除外加的捻转造成的胁变,这样的超螺旋叫做正超螺旋。
(双螺旋dna处于拧紧状态时所形成的超螺旋)11.负超螺旋:在一端使绳子向松缠方向捻转后,将绳子绳子两端连接起来,则会产生一个右旋的超螺旋以解除外加的捻转造成的胁变,这样的超螺旋叫做正超螺旋12.核酸的变性:在物理和化学因素的作用下,维系核酸二级结构的氢键和碱基堆积力受到破坏,DNA 由双链解旋为单链的过程。
13.增色效应:由于DNA变性引起的光吸收增加,也就是变性后DNA 溶液的紫外吸收作用增强的效应。
14.核酸的溶解温度(Tm):热变性使DNA分子双链解开一半所需的温度称为溶解温度。
(GC含量越高,Tm值越高。
经验公式:Tm=69.3+0.41*(G+C)%)15.核酸的复性:变性DNA在适当条件下,.分开的两条互补单链还可以全部或部分重新形成双螺旋DNA结构的现象称为复性(退火)16.核酸的分子杂交:利用不同来源的核酸分子按照碱基互补配对的原则形成稳定的杂交双链分子。
(升温变性,缓慢退火复性)17.基因组:细胞或者生物体所携带的一套完整的单倍体序列,包括全套基因和基因间区域。
园艺生物技术
园艺生物技术一、名词解释1、组织培养:指在无菌条件下,将植物的离体器官、组织、细胞、胚胎、以及原生质,接种在到人工配制的培养基上,在人工控制的条件下进行培养,使其生长、分化,并长成完整植株的过程。
2、植物细胞的全能型:指植物的每一个细胞都携带有一套完整的基因组,并具有发育成为完整的植株的潜在能力。
3、植物细胞分化:指在个体发育过程中,细胞在邢台、结构和功能上的特化过程。
4、无病毒苗:是指不含有该种植物的主要危害病毒,即经检测主要病毒在植物内的存在表现为阴性反应的苗木。
5、立体快速繁殖:指通过无菌操作,将外植体接种于培养基上,在人工控制的营养和环境条件控制下进行培养,,使其在较短的时间内快速的再生出大量完整植株的方法。
6、脱分化:指植物离体的器官、组织、细胞在培养条件下,经过多次细胞分裂,而失去原来的分化状态,形成无结构的愈伤组织或细胞团,并使其恢复到胚性细胞状态的过程。
7、再分化:指离体培养的植物组织或细胞可以由脱分化状态再度分化成另一种或几种类型的细胞、组织、器官、甚至是最终再生成完整植株的过程。
8、体细胞无性系变异:在培养阶段发生变异,进而导致再生植株亦发生遗传改变的现象。
9、种质资源的离体保存:是指对离体培养的小植株、器官、组织、细胞或原生质等材料,采用限制、延缓或停止其生长的处理使之保存,在需要时重新恢复其生长,并再生植株的方法。
10、园艺植物的细胞工程:指应用细胞生物学和分子生物学方法,借助工程学的试验方法和技术,在细胞水平上研究改造园艺植物遗传特性和生物学特性,以获得特定的细胞、细胞产品或园艺植物新品种的科学。
11、基因工程:将外源基因通过体外的重组后导入受体细胞内使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译、表达的系列操作技术总称。
12、限制性内切酶:从细菌中分离提纯的内切酶,可以识别并切开核酸序列特定位点----分子手术刀。
13、基因文库:指将基因组DNA通过限制性内切酶部分酶解后所产生的基因组DNA 片段随机地同相应的载体重组、克隆,所产生的克隆群体代表了基因组DNA的所有序列。
基因概念的发展及对我的启示
基因概念的发展及对我的启示基因的概念是现代遗传学的中心概念,由其演化出来的一系列概念构成了现代遗传学乃至整个现代生物学的基本体系框架。
回顾基因概念的演变和发展,为我们正确理解基因概念,认识其本质和遗传学的发展历程具有重要的意义。
基因是遗传的物质基础,是DNA分子上具有遗传信息的特定核苷酸序列的总称,携带有遗传信息的DNA序列,是具有遗传效应的DNA分子片段,是控制性状的基本遗传单位,通过指导蛋白质的合成来表达自己所携带的遗传信息,从而控制生物个体的性状表现。
1,基因概念的起源(1)C.R.Darwi的泛生论认为动物每个器官里都普遍存在微小的流动的泛生粒,以后聚集在生殖器官内形成生殖细胞繁殖后代。
泛生论虽然是混合遗传的解释,并不正确,但是他第一次肯定有机体内部特殊的物质负责传递遗传性状这是合理的。
(2)E.H.Hae.ckel的独特分子学说, K.W.von.Nageeli的生殖质学说,H.deVries的泛子学说都认为遗传物质是种极微小的粒子,并都带有形而上学的成分。
(3)A.Weismann的种质学说认为生物体可分为体质和种质两部分,种质学说包含着科学合理的内核,已认识到遗传物质问题。
因此可以说是基因的初步概念已经在种质学说中开始孕育萌动了。
2.基因概念的发展1)经典遗传学阶段(—)遗传因子学说基因的最初概念来自孟德尔的“遗传因子”,认为生物性状的遗传是由遗传因子所控制的,性状本身是不能遗传的,被遗传的是遗传因子。
(二)基因术语提出1909年,丹麦学者W.L.Johannsen提出了“基因”(gene)一词,代替了孟德尔的遗传因子。
但是只是提出了遗传因子的符号,并没有提出基因的物质概念。
(三)基因是化学实体1910年摩尔根等通过果蝇杂交实验研究性状的遗传方式得出连锁交换定律,证明基因位于染色体上,并呈直线排列,性别决定是受染色体支配的。
(四)三位一体学说1927年莫勒首先用X射线造成人工突变研究基因的行为,证明基因在染色体上有确切的位置,它的本质是一种微小粒子。
基因的化学本质是DNA
向基因的分子水平进军摩尔根及其弟子们将基因定位在染色体上。
基因研究发展到细胞学水平之后,遗传学面临的历史任务便是解决“基因究竟是什么?”的问题了。
摩尔根在他的经典著作《基因论》中,就已经提出“基因是某种化学实体”的猜测。
摩尔根及其弟子尤其是缪勒(H·J·Muller)相信,基因是某种化学分子,基因是通过化学过程而起作用的。
他们进而认为,经典的物理学和化学方法最终能说明生命现象。
研究基因的化学本质,单靠遗传学的力量已经不够,需要有生物化学家与物理学家的加盟。
不同领域的科学家从不同方向朝基因的分子水平进军,在分子遗传学的酝酿时期形成了三大学派:信息学派、生化学派和结构学派。
德尔布吕克德尔布吕克(M·Delbrück)是信息学派的先驱者之一。
德尔布吕克曾经是丹麦著名物理学家、诺贝尔奖获得者玻尔(N·Bohr)的研究生。
1932年,玻尔在哥本哈根举行的国际光疗会议上发表了《光和生命》的著名演讲,应用物理学的概念来解释生命现象。
在当时,人们很难理解玻尔这些科学思想的意义,一些听讲的生物学家甚至不知所云。
然而,玻尔以一种天才的直觉能力,借助于量子力学的范例,预感到在生物学中将有某些新的发现。
这无疑给人们一种深刻的启示,并向当时的物理学家和生物学家提出了挑战。
德尔布吕克受到这个著名演讲的启发,使他“对于广阔的生物学领域将揭示的前景充满了热忱,并准备迎接挑战”,转而研究生物学,“选择了一条把遗传学与物理学结合在一起的道路。
”1935年,德尔布吕克与前苏联遗传学家梯莫菲也夫-雷索夫斯基(Timofe eff-Ressov sky)和物理学家齐默尔(K·G·Zimmer)合作,应用物理学概念研究果蝇的X射线诱变现象,建立了一个突变的量子模型。
高考化学核酸一轮复习小题训练(解析版)
生物大分子第58练核酸1.核酸的基本组成单位是()A.核苷酸B.脱氧核糖核苷酸C.核糖核苷酸D.氨基酸【答案】A【解析】核酸包括核糖核酸和脱氧核糖核酸,核糖核酸的基本单位是核糖核苷酸,脱氧核糖核酸的基本单位是脱氧核糖核苷酸,脱氧核苷酸和核糖核苷酸统称核苷酸。
2.如图表示DNA分子结构中的一部分,其中连接碱基A与T的是()A.肽键B.氢键C.磷酯键D.醚键【答案】B【解析】DNA为双螺旋结构,两条链上的碱基通过氢键作用结合成碱基对,故选B。
3.存在于RNA而不存在于DNA中的含氮碱基是()A.鸟嘌呤B.腺嘌呤C.尿嘧啶D.胸腺嘧啶【答案】C【解析】DNA中的碱基主要有腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶,而RNA的碱基主要有腺嘌呤、鸟嘌呤、尿嘧啶和胞嘧啶,故存在于RNA而不存在于DNA中的含氮碱基为尿嘧啶,故选C。
4.生物的遗传物质和生命活动的体现者分别是()A.核酸糖类B.核酸蛋白质C.核糖核酸蛋白质D.脱氧核糖核酸有机物【答案】B【解析】生物的遗传物质是核酸,包括DNA和RNA;生命活动的主要承担者(体现者)是蛋白质。
5.组成DNA结构的基本成分是()①核糖②脱氧核糖③磷酸④腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶⑤胸腺嘧啶⑥尿嘧啶A.①③④⑤B.①②④⑥C.②③④⑤D.②③④⑥【答案】C【解析】DNA是由1分子磷酸,1分子脱氧核糖,1分子含氮碱基(包括A TCG)组成。
6.与RNA相比,DNA所特有的成分是()A.脱氧核糖和鸟嘌呤B.核糖和尿嘧啶C.脱氧核糖和胸腺嘧啶D.核糖和胸腺嘧啶【答案】C【解析】DNA和RNA在化学组成上的不同在于五碳糖和含氮碱基。
DNA中的五碳糖为脱氧核糖,特有的含氮碱基是胸腺嘧啶。
7.核酸检测是诊断新冠肺炎的重要依据,下列关于核酸的结构和性质说法正确的是()A.核酸是一种无机酸B.核酸的性质与蛋白质相似,不会变性C.组成核酸的元素有C、H、O、N、P等D.核酸是生物小分子化合物【答案】C【解析】A项,核酸是有多个核苷酸相互聚合而形成的的有机酸,A错误;B项,核酸性质与蛋白质类似,在重金属盐、加热等化学或物理因素的影响下可以发生变性,B错误;C项,根据核酸的组成,可知组成核酸的元素有C、H、O、N、P等,C正确;D项,核酸是由核苷酸相互聚合组成的大分子化合物,D错误;故选C。
2020考研复习-考研分子生物学复习-历年考研真题回忆整理名词解释背诵版-考研专业课-
分子生物学名词解释:1.等位基因: 一般指位于一对同源染色体的相同位置上控制着相对性状的一对基因。
2.探针:一般带有标记的与目的DNA片段特异性互补的核酸序列。
3.质粒:细菌细胞内一种能自我复制的环状双链DNA分子,能稳定独立存在于染色体外,传递给下一代,不整合到宿主染色体DNA上。
4.PCR:聚合酶链式反应,利用耐热DNA聚合酶作用,通过变性-退火-延伸的循环操作,在体外将DNA模板迅速扩增数百万倍的操作技术。
5.反式调节:调控因子(如转录、翻译调控因子)等在调控基因表达过程中,由调控因子直接结合或间接作用,引起基因表达变化的调控作用。
6.基因突变:遗传物质结构的改变引起遗传信息改变,从分子水平上看,基因突变是指基因在结构上发生碱基对组成或排列顺序的改变。
7.启动子:RNA聚合酶特异性识别和结合的DNA序列,一般位于转录起始点的上游。
启动子本身不被转录。
8.双向电泳:原理是第1向基于蛋白质的等电点不同用等电聚焦分离,具有相同等电点的蛋白质无论其分子大小,在电场的作用下都会用聚焦在某一特定位置即等电点处;第2向则按分子量的不同用SDS-PAGE分离,把复杂蛋白混合物中的蛋白质在二维平面上分开。
9.多基因病:多基因遗传病指某种疾病的发生受两对以上等位基因的控制,它们的基本遗传规律也遵循孟德尔的遗传定律,但多基因遗传病除了决定于遗传因素之外,还受着环境等多种复杂因素的影响,故也称多因子病。
10.转染:指病毒或以它为载体构建的重组子导入真核细胞的过程。
11.感染:以噬菌体、粘性质粒和真核细胞的病毒为载体的重组DNA分子,在体外经过包装成具有感染能力的病毒或噬菌体颗粒,才能感染适当的细胞,并在细胞内扩增。
12.转化:指质粒DNA或以它为载体构建的重组DNA导入细菌的过程。
13.转导:指以噬菌体为载体,在细菌之间转移DNA的过程,有时也指在真核细胞之间通过逆转录病毒转移和获得细胞DNA的过程。
14.转录-修复偶联因子:转录修复偶联因子识别出停滞不前的RNA聚合酶并指导损伤模板的DNA修复。
证明DNA是遗传物质的三个经典试验
“基因”的化学本质是核酸
吸附
10分钟后
用捣碎器使 空壳脱离
上清液中含 15%放射性
离心
沉淀细胞进一步培养后,可 产生大量完整的子代噬菌体
沉淀中含 85%放射性
用含32P -DNA(核心)的噬菌体做感染试验 16
“基因”的化学本质是核酸
结 论:
蛋白质没有进入宿主细胞,进入宿 主 细 胞 的 只 有 DNA, 有 力 地 证 明 了 DNA是携带遗传信息的载体。
6
“基因”的化学本质是核酸
思考
为何无毒性的R型活细菌能转化成有毒 性的S型活细菌呢?
Answer:
!
已经被加热杀死的S型细菌中
含有某种促成这一转化的活性
物质——“转化因子”。
7
“基因”的化学本质是核酸
深入研究
进一步的提纯转化因子: ↗ 蛋白质+R型无毒细菌→小鼠存活
S型活细菌 → DNA +R 型无毒细菌 →小鼠死亡 ↘ 多糖 +R型无毒细菌→小鼠存活
去感染烟草时,烟叶上出现的时典型的TMV病斑。
反之,用HRV的RNA与TMV的衣壳进行重建时,也
可获相同的结论。这就充分证明,在RNA病毒中,
遗传物质基础也是核酸,只不过是RNA罢了。
19
“基因”的化学本质是核酸
烟草花叶病毒 Tobacco Mosaic Virus (TMV)
20
“基因”的化学本质是核酸 烟草花叶病毒(TMV)的体外重建
并且发现DNA的纯度越高,转化就越有效。
8
9
“基因”的化学本质是核酸
结 论:
由此可见,转化因子就是DNA。
10
人们仍不相信DNA是遗传物质,这是由于:
医学遗传学——人类基因
⑵超基因家族(gene superfamily)
3.假基因(pseudogene)
4.串联重复基因(tandem repetitive sequence)
1.单一基因(solitary gene):在单倍体基因组中 只有一份。
基因的修饰如DNA甲基化(DNA methylation) 和 组蛋白乙酰化也可能导致基因的活性发生 改变, 使基因决定的表型出现变化,且可传 递少数世代。通过有丝分裂 (mitosis) 或减数 分裂(meiosis)来传递 非DNA序列信息的现象 表观遗传(epigenetic inheritance)
核基因组是指人类体细胞中24条DNA的全部遗传信息
线粒体基因组=16569bp≈16.6kb
1 Mb(兆碱基对)=1000 kb(千碱基对)=1000,000 bp(碱基对)
2.1万个结构基因
3.0×109bp
37个基因 16569bp
13种与细胞 氧化磷酸化 相关多肽链
一、基因的分类(重点)
在 重 复 序 列 长散在重复元件(LINE
) long interspersed nuclear element
6000~7000bp
102~104
微卫星DNA与亲子鉴定(parentage test) 微卫星DNA即短串联重复序列 (STR,Short tandem repeats)
每个单倍体基因组有200个 rRNA基因,串联排列在5条染色体的 核仁组织者上。rRNA基因(rDNA)是染色体上伸出的DNA袢环 rRNA基因串联排列在核仁组织者上 高速转录产生rRNA组织核仁
北京市朝阳区2023-2024学年高一下学期期末考试生物学试卷(含答案)
北京市朝阳区2023-2024学年高一下学期期末考试生物试卷2024.7(考试时间90分钟满分100分)第一部分本部分共15题,每题2分,共30分。
在每题列出的四个选项中,选出最符合题目要求的一项。
1.下列关于基因、DNA和染色体关系的表述,正确的是()A.所有真核细胞的基因都在染色体上B.1条染色体上只有一个DNA分子C.基因是有遗传效应的染色体片段D.基因的化学本质通常是DNA片段2.下图为DNA分子部分片段示意图,下列有关叙述正确的是()A.甲链中脱氧核糖均与两个磷酸基团相连B.乙链的碱基序列依次为5'-TCCA-3'C.甲链中碱基C和碱基G通过氢键相连D.若该分子中GC含量高,则稳定性较强3.一个双链均被15N标记的DNA分子有1500个碱基对,其中鸟嘌呤800个。
该DNA分子以14N脱氧核苷酸为原料复制2次,则()A.该过程共消耗胞嘧啶脱氧核苷酸1400个B.子代DNA分子一条链中A约占23%C.经密度梯度离心后试管中出现三条带D.不含15N的DNA单链与含15N的DNA单链数量比为3∶14.关于遗传信息的翻译过程,下列叙述正确的是()A.每个核糖体上只有一个tRNA结合位点B.蛋白质合成过程中需要游离在细胞质中的氨基酸C.一个核糖体上可以同时结合多条mRNA以便同时合成多条肽链D.与DNA复制相比,翻译过程中特有的碱基互补配对方式是A-T5.下图为拟南芥(2n=10))花粉母细胞减数分裂过程不同时期的显微照片。
下列判断错误的是()A.细胞分裂顺序为⑥①②③④⑤⑦⑧B.图①③中的细胞可能发生基因重组C.图⑤⑥⑦中的细胞含有同源染色体D.图①中的细胞含有2个染色体组6.下列关于性染色体说法错误的是()A.♀隐×♀显可判断基因位于X、Y染色体同源区段还是仅位于X染色体B.若X、Y染色体上存在一对等位基因,则该对等位基因位于同源区段上C.若隐性致病基因位于X染色体上,则女性患者的儿子一定患病D.某病由位于X染色体非同源区段上的显性基因控制,则男患者多于女患者7.下列有性生殖过程中的现象,属于基因重组的是()A.非同源染色体间片段的互换B.AaBb的个体产生AB、Ab、aB、ab的配子C.Aa自交出现不同性状的子代D.AB、Ab、aB、ab的雌雄配子随机结合8.由于细胞中一条14号和一条21号染色体连接形成一条异常染色体,不含重要基因的短片段在细胞分裂中丢失(图甲),导致某女子的14号和21号染色体在减数分裂时会发生异常联会(图乙)。
分子生物学简答题
重点:(建议最好用搜索关键词、句,因为有点乱)一.遗传密码有什么特点?1、连续性mRNA的读码方向从5'端至3'端方向,两个密码子之间无任何核苷酸隔开。
mRNA 链上碱基的插入、缺失和重叠,均造成框移突变。
2、简并性指一个氨基酸具有两个或两个以上的密码子。
密码子的第三位碱基改变往往不影响氨基酸翻译。
3、摆动性mRNA上的密码子与转移RNA(tRNA)J上的反密码子配对辨认时,大多数情况遵守碱基互补配对原则,但也可出现不严格配对,尤其是密码子的第三位碱基与反密码子的第一位碱基配对时常出现不严格碱基互补,这种现象称为摆动配对。
4、通用性蛋白质生物合成的整套密码,从原核生物到人类都通用。
但已发现少数例外,如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。
5、遗传密码是三联体密码。
每一个密码子是由3个核苷酸构成,它特异地编码多肽链中的一个氨基酸。
2.简述三种RNA在蛋白质生物合成中的作用?rRNA是核糖体的组成成分,由细胞核中的核仁合成mRNA是以DNA的一条链为模板,以碱基互补配对原则,转录而形成的一条单链,主要功能是实现遗传信息在蛋白质上的表达,是遗传信息传递过程中的桥梁tRNA的功能是携带符合要求的氨基酸,以连接成肽链,再经过加工形成蛋白质3.试比较转录与复制的区别?转录模板是DNA当中的一条链,复制的时候两条链都是模板。
转录不需要引物,复制时需要引物。
转录用RNA聚合酶,复制时有专门的复制酶体系。
转录底物是核糖核甘酸,复制是脱氧核糖核甘酸。
产物当然不一样了,转录的产物是RNA,复制的产物是DNA。
4.真核细胞与原核细胞核糖体的组成有什么不同?真核:2\3RNA和1\3蛋白质原核:3/5RNA和2\5蛋白质。
核糖体含有镁离子,蛋白质和rRNA,一般有两个亚基组成。
真核核糖体(80s)、大亚基60s、小亚基40s 原核核糖体70s、大亚基50s、小亚基30s5.试总结DNA的基本规律。
(1)半保留复制(2)半不连续复制(3)双向复制(4)复制的高保真6. 基因概念的发展1909年,约翰逊(Johannsen)首次提出了基因(gene)的概念,用以替代孟德尔(Mendel)早年所提出的遗传因子(genetic factor)一词,并创立了基因型(genotype)和表现型(phenotype)的概念,把遗传基础和表现性状科学地区分来。
人类基因组计划
Human Genome Project, HGP
一、背景
人类基因组是人类的遗传物质(其化学本质 是脱氧核糖核酸,简称DNA)总和,包含所有的基 因序列及非基因序列。人类基因位于染色体上, 有三类,它们分别编码为蛋白质、转运核糖核酸 和核糖体核糖核酸,其中编码为蛋白质的基因大 约有10万个(当时估计约10万个,后来证实只有 3~3.5万个) ,它们在表现各种生理作用和生命 现象中起决定性作用,是最重要的一类基因。基 因指的是具有遗传效应的DNA片段。
该计划于1990年首先在美国启动,后有德、
日、英、法、中等国的科学家先后正式加入。
人类科学史上的三大工程
曼哈顿原子计划 阿波罗登月计划 人类基因组计划
1986年3月7日
美国《科学》杂志
《癌症研究的转折点—— 人类基因组的全序列分析》
美国病毒学家
他指出:“人类DNA序 列是人类的真谛,这个世 界上发生的一切事情,都 与这一序列息息相关。” 该文后来被称为“人类基 因组计划”的“标书”。
模板制备好了,就要进行测序。第一步是“测 序反应”。现在使用的方法是“酶终止法”。简单 地说,是以要测的DNA为模板,重新合成一条新链, 分别用不同颜色的荧光物质标记上。这样,如果一 段序列的一个位点上是A,就将代表A的荧光物质标 记在 A的后面,由此类推。这样就形成了长度相差 一个核苷酸的新的DNA链,而结尾一位则可以由荧 光的颜色来决定是:或A或T、或C或G。
现在已经知道,人类的生老病死、喜怒哀 乐,甚至生态环境和生物进化等都与基因密切 相关。所以,著名的诺贝尔生理学与医学奖获 得者R· 杜尔贝科曾说:“人类的DNA序列是人类 的真谛,这个世界上发生的一切事情都与这一 序列息息相关,包括癌症在内的人类疾病的发 生都与基因直接或间接有关„”
基因、基因组和人类基因组计划
基因、基因组和人类基因组计划(总分:100.00,做题时间:90分钟)一、{{B}}名词解释{{/B}}(总题数:5,分数:15.00)1.基因(gene)(分数:3.00)__________________________________________________________________________________________ 正确答案:(基因是细胞或生物个体遗传信息贮存和传递的基本结构单位,并作为基本功能单位决定遗传性状的表达;其化学本质是DNA,极少数生物体如RNA病毒基因是RNA。
)解析:2.基因组(genome)(分数:3.00)__________________________________________________________________________________________ 正确答案:(基因组是细胞或生物体的一套完整单倍体遗传物质的总和,真核生物基因组可以特指核基因组,也可以包含细胞器DNA,如动物细胞的线粒体DNA或植物细胞的叶绿体DNA。
)解析:3.基因表达的时间特异性(temporal specmcity of gene expression)(分数:3.00)__________________________________________________________________________________________ 正确答案:(基因表达严格按一定的时间顺序发生,称为基因表达的时间特异性,又称阶段特异性。
)解析:4.基因表达的组织特异性(tissue specificity of gene expression)(分数:3.00)__________________________________________________________________________________________ 正确答案:(一种基因产物表达于个体的不同组织或器官,称为基因表达的空间特异性,又称组织特异性。
基因概念的提出时间
基因概念的提出时间基因概念的提出可以追溯到1866年,即奥地利僧侣格雷戈尔·约翰·门德尔(Gregor Johann Mendel)发布了他的著名论文《植株杂交细胞》。
门德尔的实验基于豌豆植物,通过观察它们的性状遗传规律,得出了一些重要的结论。
门德尔的研究揭示了性状遗传的离散性,即性状以特定的比例在后代中出现。
他将这些性状因素称为"因子",后来被改名为"基因"。
门德尔提出了"隐性"和"显性"的概念,解释了一些性状为何可以在后代中消失又重新出现。
这些观察和提出的概念奠定了基因遗传学的基础,被后来的科学家广泛接受。
然而,门德尔的理论在当时并未引起普遍的注意和关注,直到1900年,三位独立的科学家狄锡(Hugo de Vries)、科瑞恩·库恩(Carl Correns)和艾里厄斯·冯·策尔(Erich Tschermak von Seysenegg)独立地重新发现了门德尔的原论文,并看到了其重要性。
狄锡和科瑞恩·库恩在对鸢尾花的研究中,再次确认了基因的离散性,并且提出了突变的概念。
狄锡还发现了麦克斯韦尔-玻尔兹曼分布律(Maxwell-Boltzmann Distribution Law),这是遗传变异的重要统计学基础。
科瑞恩·库恩则研究了千屈菜的遗传,并证明了门德尔的基因定律适用于其他植物物种中,巩固了基因概念在生物学中的地位。
在同一时期,1902年,俄国生物学家Morgan Thomas Hunt开始研究果蝇的遗传。
他在果蝇实验中证实了遗传的连锁性,即基因以某种方式进行组合,并且某些性状会一起传递给后代,这为基因组学的发展奠定了基础。
另外,1921年,英国生物学家弗雷德里克·格里菲斯(Frederick Griffith)进行了一系列的实验,通过转换实验证明了遗传物质可以通过细胞间的转移进行遗传,这个实验奠定了基因的分子本质。
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向基因的分子水平进军摩尔根及其弟子们将基因定位在染色体上。
基因研究发展到细胞学水平之后,遗传学面临的历史任务便是解决“基因究竟是什么?”的问题了。
摩尔根在他的经典著作《基因论》中,就已经提出“基因是某种化学实体”的猜测。
摩尔根及其弟子尤其是缪勒(H·J·Muller)相信,基因是某种化学分子,基因是通过化学过程而起作用的。
他们进而认为,经典的物理学和化学方法最终能说明生命现象。
研究基因的化学本质,单靠遗传学的力量已经不够,需要有生物化学家与物理学家的加盟。
不同领域的科学家从不同方向朝基因的分子水平进军,在分子遗传学的酝酿时期形成了三大学派:信息学派、生化学派和结构学派。
德尔布吕克德尔布吕克(M·Delbrück)是信息学派的先驱者之一。
德尔布吕克曾经是丹麦著名物理学家、诺贝尔奖获得者玻尔(N·Bohr)的研究生。
1932年,玻尔在哥本哈根举行的国际光疗会议上发表了《光和生命》的著名演讲,应用物理学的概念来解释生命现象。
在当时,人们很难理解玻尔这些科学思想的意义,一些听讲的生物学家甚至不知所云。
然而,玻尔以一种天才的直觉能力,借助于量子力学的范例,预感到在生物学中将有某些新的发现。
这无疑给人们一种深刻的启示,并向当时的物理学家和生物学家提出了挑战。
德尔布吕克受到这个著名演讲的启发,使他“对于广阔的生物学领域将揭示的前景充满了热忱,并准备迎接挑战”,转而研究生物学,“选择了一条把遗传学与物理学结合在一起的道路。
”1935年,德尔布吕克与前苏联遗传学家梯莫菲也夫-雷索夫斯基(Timofeeff-Ressovsky)和物理学家齐默尔(K·G·Zimmer)合作,应用物理学概念研究果蝇的X射线诱变现象,建立了一个突变的量子模型。
他们三人共同署名的论文题为《关于基因突变和基因结构的性质》,刊登在德国哥廷根的科学协会通讯上,这篇论文代表了德尔布吕克的早期生物学思想,可以认为是量子遗传学的最早端倪。
1937年,德尔布吕克带着洛氏基金的资助,前往美国加州理工学院——当时世界的遗传学中心。
在加州理工学院,德尔布吕克与摩尔根及其弟子们过从甚密。
他犹豫不决地接受了基因作为“分子”的看法,但同时坚持,这种“分子”决不是处于随机碰撞和化学平衡中的分子,细胞中的化学反应是高度专一的,各个反应彼此常常保持独立。
尤其重要的是,基因仅以一个或两个副本存在,它不可能是满足一般化学平衡所需的大量分子,而且基因代代相传,在结构上异常稳定,抵御着不确定性的降解。
这一切对于物理和化学来说是反常的。
在德尔布吕克这些独创性的想法中,看不到玻尔互补原理或统计决定论思想的痕迹;相反,却看到了生命的确定性和因果性。
德尔布吕克想采用最简单的生物来探讨“基因的化学本质是什么”的问题。
然而,摩尔根研究的果蝇使他感到一筹莫展,果蝇过于复杂而不适应于物理学家惯有的简单性思维。
1938年,一种寄生于大肠杆菌(生活在人体或动物大肠中的一种细菌)中的小小病毒——噬菌体,闯入了德尔布吕克的生活。
德尔布吕克与噬菌体可谓“一见钟情”,噬菌体碰上了德尔布吕克经过长期物理学方法论训练的有准备的头脑。
噬菌体在分子生物学中的地位,犹如氢原子在玻尔量子力学模型中的地位,氢原子只有一个核外电子和一个核内质子。
用噬菌体作生物学研究材料有着极大的优越性:它易于繁殖,在半小时内,就能依赖一个细菌细胞繁殖出数百个子代噬菌体;在培养基中,因为它们分解细菌而出现透明的噬菌斑,因而易于计数;噬菌体只含有蛋白质外壳和核酸内含物两种生物大分子,结构异常简单——氢原子结构与噬菌体结构惊人的可比性以及在玻尔和德尔布吕克师徒两人开创性成就中的作用之类似,难道仅仅是历史的巧合吗?噬菌体的特性符合德尔吕布克的想法:“在每一个有机体中,所发现的许多高度复杂和特殊的分子,其起源有一个极大的简单性”。
德尔布吕克与另一位生物学家爱利斯一道发展了研究噬菌体的方法以及分析实验结果的数学方法,但这里并没有开创性的发现,开创性的发现期待着另一位英雄的到来。
卢里亚这另一位英雄就是萨尔瓦多·爱德华·卢里亚(Salvador·Edward·Luria)。
卢里亚是一位充满了人文精神的分子遗传学家,1912年出生于意大利都灵一个犹太中产阶段家庭。
他在都灵大学的医学院完成大学学业,1937年去罗马师从当时意大利的物理学新星费米(Fermi),希望通过生物物理学走向生物遗传学,结果却因微生物家瑞塔(Rita)而“结识”了噬菌体。
1938年,卢里亚到巴黎,做了一段时间的噬菌体研究工作。
1940年巴黎沦陷后,卢里亚来到美国。
1943年1月,卢里亚前往布鲁明顿的印第安那大学,在一次著名的教师舞会上,他想到了如何证明细菌基因的突变。
不久,他便与德尔布吕克合作发表了著名的“卢里亚-德尔布吕克波动试验”。
这是信息学派的一项开创性成果。
卢里亚的第二项发现是X射线“致死”噬菌体的重组修复。
卢里亚和德尔布吕克在合作中,发现了一些无法解释的现象,一些被X射线操作致死的噬菌体经过一段时间的沉默之后又奇迹般地复活了。
1946年,卢里亚进一步的研究表明:这种致死噬菌体复活必须同时有两个或多个存在才能成功,原来这两个或多个噬菌体仍能感染细胞并在细胞中进行重组(即交换了部分基因),重组的结果得到了一个具有破坏细菌功能的“活”噬菌体。
打个比方说,两根在不同部位破损的竹杆,若分别把好的部位截下并拼接起来可以得到一根没有破损的竹杆。
卢里亚关于噬菌体重组现象的发现第一次表明,噬菌体也是有基因的,因为重组也是基因的行为特征之一。
卢里亚的第三项成就是细胞基因限制/修饰现象的发现,那是另一次偶发事件。
1952年,他得到了一种特别的突变菌,噬菌体可以感染并杀死它,但并不释放出噬菌体来,卢里亚一直无法解释这一现象。
一天,卢里亚不小心将装有被噬菌体感染的大肠杆菌的试管打碎了——卢里亚的动手实验能力似乎并不强——他到隔壁借来了痢疾杆菌(志贺氏菌),他认为结果应该大致相同。
结果被感染的痢疾杆菌释放出了噬菌体。
这一结果使卢里亚感到既迷惑又兴奋,后来秘密揭开了:噬菌体在突变菌中被修饰了而不能生长,只有到其它菌种上才能繁殖。
亚伯(W·Ar ber)等人于70年代在分子水平上解开了这一谜团:细菌的酶对于入侵噬菌体DNA发生作用,将其切成小片段。
而这些DNA被特殊修饰“标记”后就不会被切割了。
亚伯找到了这种切割的酶,叫做限制性内切酶,它能识别DNA 顺序上特定的DNA位置并在这个地方切割。
这种酶后来被广泛地使用于基因工程中,亚伯因此荣获了1978年度诺贝尔奖。
德尔布吕克与卢里亚的重要贡献是证明了噬菌体和细菌都有基因,以及选取了一种恰当的生物学研究材料,从而为分子生物学的诞生奠 思崾档幕 5露 悸揽撕吐 镅怯?969年荣获诺贝尔奖。
薛定锷德尔布吕克早期工作中关于基因突变的量子模型,激发了另一位诺贝尔奖获得者、著名的奥地利物理学家、量子力学的奠基人之一薛定锷对生命问题的兴趣,使他对于将物理学理论应用于生物学充满了乐观和希望。
1943年,薛定锷应邀在爱尔兰都柏林大学作了题为“生命是什么?”的一系列演讲,讲稿于次年汇册出版,在科学界引起了强烈的反响。
薛定锷在《生命是什么?》(副标题为“活细胞的物理学观”)这本小册子中开宗明义地宣称,他的目的是希望探索这样一个重大的理论问题:“在一个生命有机体的空间范围内,在空间和时间上发生的事件,如何用物理学和化学来解释。
”薛定锷在德尔布吕克的量子力学突变模型的基础上,进一步论证了德尔布吕克关于基因是生物大分子的思想。
薛定锷还进一步指出,生物细胞内的遗传基因被一个“能障”保护着,外界因素如果要引起遗传物质发生突变,必须越过这一能障——一个量子化了的很高的能垒。
高能辐射可以越过这一能垒,引起遗传基因中10个原子距离立方体内的“爆炸事件”,导致基因中的量子跃迁过程,从而成为突变基因。
在《生命是什么?》一书中,薛定锷最先提出遗传密码传递的概念,并且认为这种密码贮存在“非周期性晶体”——具有亚显微结构的染色体纤丝中。
薛定锷说,这种贮存着密码的非周期性晶体,正是生命的物质载体。
这简直可以说是薛定锷对后来发现的遗传物质DNA特性的预言。
一般的无生命物质的晶体,总是由一定的晶格结构周期性地重复排列而成。
DNA分子中虽然也存在核苷酸单体排序的重复顺利,但主要的一级结构是“非周期性”的单一顺序(这里说的是DNA 中核苷酸的排列顺序,而不是指DNA分子的空间构型),唯其如此,才能贮存大量的信息。
薛定锷应用热力学和统计力学等物理学理论来解释生命的本质,最先提出负熵的概念及其与生物生长和进化的关系。
他的“生物赖负熵为生”(或译“生物以负熵为食”)的名言,至今仍然脍灸人口。
薛定锷的《生命是什么?》比玻尔的“光和生命”的演讲影响更大,吸引了一大批优秀的物理学家转向生物学的研究,DNA双螺旋模型的提出者克里克(F·H·Crick)就是其中之一。
克里克曾经这评价:“对于那些在第二次世界大战后进入到这个领域的研究者来说,薛定锷的小书似乎曾产生了特殊的影响。
其主要观点——生物学需要用化学键的稳定性和量子力学来解释这一点,只有物理学家才会理解。
这本书写得非常出色,分子的解释不仅是十分需要的,而且它们就在眼前。
这就吸引了那些原先根本就不会进入生物学领域的人们。
”本世纪40年代末期,诞生了控制论和信息论,导致人们应用控制论和信息论的概念来探讨遗传学中的某些理论问题。
在这种气氛的刺激下,同时由于受到薛定锷关于遗传密码思想的启发,著名的美籍俄裔科普作家兼理论物理学家盖莫夫(G·Gamow)在1954年通过排列组合的计算,从理论上预言了遗传密码子是核苷酸的三联体。
信息学派的先驱德尔布吕克与薛定锷都是物理学家,他们从物理学的观点来探索生命现象与遗传现象的本质,不仅为分子遗传学的诞生准备了前提,也开创了“生物物理遗传学”(Biophysical Genetics)的研究领域。
研究黑尿症的先驱1908年,英国医学生化学家伽罗德(A·Garrod)在伦敦皇家学会主办的克鲁尼安(Croonian)讲座上发表过一篇题为“代谢的先天错误”的演讲;1909年他又就此发表了一系列论文。
后来,伽罗德一共找到了四种代谢失调症,称为“代谢疾病”。
他特别关注到其中一种“黑尿病”(病人的尿色发黑),他注意到一系列化学反应在某个地方被阻断了,尿黑酸不能沿正常的代谢途径转化为其它物质而排出体外,使尿呈现出黑色;阻断的原因是缺乏尿黑酸氧化酶。
在著名遗传学家贝特森(William Bateson)的帮助下,他调查了这一病例的家史,发现它符合孟德尔遗传规律。