基因調(diào)控資料簡介 基因調(diào)控是誰發(fā)現(xiàn)的?
【導(dǎo)讀】說起基因調(diào)控,想必大家都知道,它是指生物體內(nèi)控制基因表達的機制。表達的主要過程是基因的轉(zhuǎn)錄和信使核糖核酸(mRNA)的翻譯。而基因調(diào)控的研究有廣泛的生物學(xué)意義,是發(fā)生遺傳學(xué)和分子遺傳學(xué)的重要研究領(lǐng)域。
據(jù)了解,通過基因調(diào)控,微生物可以避免過多地合成氨基酸、核苷酸之類物質(zhì)。如果使它們的調(diào)節(jié)基因發(fā)生突變,就可以得到大量合成這些物質(zhì)的菌種,把這些菌種用在發(fā)酵工業(yè)上,使產(chǎn)量大幅度增長。在遺傳工程的研究中應(yīng)用基因調(diào)控的原理可使外源基因表達(見重組DNA技術(shù)),所以基因調(diào)控的理論探討還具有生產(chǎn)實踐意義。
同時,細(xì)菌通過基因調(diào)控可以避免合成過量的氨基酸、核苷酸等物質(zhì)。人們要利用細(xì)菌來生產(chǎn)這些物質(zhì),就必須使它們喪失有關(guān)的基因調(diào)控作用。在一般的野生型細(xì)菌中,阻遏蛋白和氨基酸等代謝最終產(chǎn)物結(jié)合后便作用于操縱基因而使轉(zhuǎn)錄停止。有兩類突變型可以使細(xì)菌處于消阻遏狀態(tài)而合成過量的氨基酸等物質(zhì)。一類是操縱基因突變型,由于操縱基因的結(jié)構(gòu)改變,使阻遏蛋白不能和它結(jié)合,因而操縱子便經(jīng)常處于活動狀態(tài);另一類是調(diào)節(jié)基因突變型,它編碼一種不能和代謝最終產(chǎn)物相結(jié)合的阻遏蛋白,因而阻遏蛋白不再作用于操縱基因而同樣可使操縱子經(jīng)常處于活動狀態(tài)。
氨基酸的結(jié)構(gòu)類似物(例如5-甲基色氨酸是色氨酸的類似物)有抑制細(xì)菌生長的作用。許多抗類似物突變型屬于上述兩類突變型,在這些突變型細(xì)菌中與合成這一氨基酸直接有關(guān)的酶的量增加了,這一氨基酸也大量地被合成。在氨基酸、核苷酸的發(fā)酵生產(chǎn)中所應(yīng)用的菌種多數(shù)是這些突變型。
延伸閱讀:
1900年F.迪納特發(fā)現(xiàn)在含有乳糖和半乳糖的培養(yǎng)液中培養(yǎng)的酵母菌細(xì)胞中有分解半乳糖的酶,但是在葡萄糖的培養(yǎng)液中培養(yǎng)的酵母菌細(xì)胞中沒有相應(yīng)的酶。1930年H.卡爾斯特倫在關(guān)于細(xì)菌的研究中也發(fā)現(xiàn)類似的現(xiàn)象,并把生物細(xì)胞中的酶區(qū)分為組成酶和適應(yīng)酶(亦稱誘導(dǎo)酶)兩類,前者是在任何情況下都存在的酶,后者是只在誘導(dǎo)物(一般即作用底物)存在的情況下才出現(xiàn)的酶。1938年J.尤德金用質(zhì)量作用定律解釋適應(yīng)酶的出現(xiàn)。1946年法國分子生物學(xué)家J.莫諾開始研究與大腸桿菌的乳糖發(fā)酵有關(guān)的酶的誘導(dǎo)合成現(xiàn)象。同年美國微生物遺傳學(xué)家J.萊德伯格等發(fā)現(xiàn)細(xì)菌接合的現(xiàn)象,接著在1948年分離得到大量的不能利用乳糖的大腸桿菌的突變型,也分離到不接觸乳糖也能在細(xì)胞中出現(xiàn)分解乳糖的 β-半乳糖苷酶的類型,亦即失去基因調(diào)控能力的突變型。在對大腸桿菌遺傳學(xué)研究的基礎(chǔ)上,J.莫諾和F.雅各布等對大腸桿菌的乳糖發(fā)酵中的酶和一系列突變型繼續(xù)進行了廣泛深入的研究,終于在1960~1961年提出了乳糖操縱子模型,開創(chuàng)了基因調(diào)控機制的研究。1967年美國學(xué)者W.吉爾伯特等分離得到阻遏蛋白,1969年美國分子遺傳學(xué)家J.夏皮羅等分離得到乳糖操縱子,使基因調(diào)控的研究逐漸成為分子遺傳學(xué)的一個重要內(nèi)容。
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