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生化遗传学的兴起:基因、酶与纪事

【摘要】:基因和酶比德尔与生化遗传学的兴起我们的胃为什么对有些东西可以消化得很快,而对另外一些东西消化起来却很难呢?人体组织蛋白酶“一个基因一个酶”假说将加罗德的先天性代谢缺陷和分子病概念统一起来,使生化遗传学得到了进一步的发展。人们对于基因和酶的研究构成了生物化学和遗传学相结合的科学,这就是生化遗传学。在生化基础上研究遗传病始于20世纪初,而对基因和酶的研究为人类生化遗传学奠定了坚实的基石。

基因和酶 比德尔与生化遗传学的兴起

我们的胃为什么对有些东西可以消化得很快,而对另外一些东西消化起来却很难呢?这种现象和我们身体里的酶有很大关系。比如胃液里含有的胃蛋白酶只和蛋白质发生反应,唾液中所含的唾液淀粉酶就只和淀粉发生反应。当然,酶的意义还远不止这些,英国医生加罗德发现酶和基因还有着密切的关系。

1773年,意大利科学家斯帕兰扎尼设计了一个巧妙的实验:将肉块放入小巧的金属笼中,然后让鹰吞下去。过一段时间他将小笼取出,发现肉块消失了。于是,他推断胃液中一定含有消化肉块的物质,但那是什么,他不清楚。

1836年,德国科学家施旺从胃液中提取出了消化蛋白质的物质从而解开胃的消化之迷。

1926年,美国科学家萨姆钠从刀豆种子中提取出脲酶的结晶,并通过化学实验证实脲酶是一种蛋白质。20世纪30年代,科学家们相继提取出多种酶的蛋白质结晶,并指出酶是一类具有生物催化作用的蛋白质。

斯帕兰扎尼

1902年,英国医生加罗德对由遗传因素所致白化病的患者和正常人作了生物化学上的比较,发现白化病是由于缺少一种酶引起的,这样他第一次把人们的注意力引向了基因和酶的关系。同时,遗传学家也已认识到基因在以某种方式影响着化学水平上的细胞过程,并进一步提出基因与代谢控制有着紧密的联系,之后一些生物学家分别提出了基因本身就是酶的推测。

比德尔

霉菌(www.chuimin.cn)

1940年,美国生物学家比德尔和塔特姆合作,采用红色面包霉菌作实验材料,用X射线照射红色面包霉菌的分生孢子,以诱发基因突变,然后经分离培养,从中获得许多突变品系。他们对这些品系作了生化分析和遗传分析。结果发现,当某个基因突变时,催化该反应的酶即改变或消失,因而,可观察到的代谢障碍是和基因突变相联系的。由于代谢途中的每一步骤已知是由特定的酶催化的,由此,他们认为,一个基因的功能相当于一个特定的蛋白质(酶),基因和酶的特性是同一序列的,每一个基因突变都影响着酶的活性,于是,他们在1946年提出了“一个基因一个酶”的假说。

人体组织蛋白酶

“一个基因一个酶”假说将加罗德的先天性代谢缺陷和分子病概念统一起来,使生化遗传学得到了进一步的发展。人类的一切形态特征和生理生化特性都是通过基因控制蛋白质(或酶)的合成而决定的。基因发生突变,将导致蛋白质(或酶)的合成异常从而引起遗传疾病。人类生化遗传学的研究将最终阐明人类遗传的一些本质问题,包括人类的基因及其对蛋白质合成的控制,以及蛋白质(或酶)的多态现象及其起因。因此,比德尔和塔特姆与莱德伯格共获得了1958年诺贝尔生理学和医学奖。

加罗德

基因是控制蛋白质合成的模板,基因通过一系列的细胞器共同作用合成蛋白质,当中包括酶。而基因的转录需要酶充当一种化学上的催化剂和钥匙的作用通过酶的作用,基因才能更快地分解聚合复制形成新的基因。简单的来说,酶是基因的产物,但在某些情况下酶反作用于基因充当催化剂的作用。

人们对于基因和酶的研究构成了生物化学和遗传学相结合的科学,这就是生化遗传学。在生化基础上研究遗传病始于20世纪初,而对基因和酶的研究为人类生化遗传学奠定了坚实的基石。

蛋白粉

所谓蛋白粉,一般是采用提纯的大豆蛋白,或酪蛋白,或乳清蛋白,或上述几种蛋白的组合体构成的粉剂。蛋白质粉的主要作用是纠正机体的蛋白质营养不良,其主要适用于因创伤、烧伤、外科大手术后、肿瘤放疗和化疗等导致蛋白质重度亏损,机体处于负氮平衡状态的患者;也用于因神经性厌食、功能性消化不良、小肠吸收障碍等导致蛋白质摄入不足的患者;也可用于生长发育期的少年儿童及哺乳期妇女或胃肠道功能较弱的老年人,所以蛋白粉不是一种适于所有健康个体的补充剂。