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10: 基因组的生物化学

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    孩子继承了每个父母的某些特征。 兄弟姐妹通常看起来很相似，但不完全一样——同卵双胞胎除外。 我们如何解释这些现象？ 答案在于遗传（性状从一代传给下一代）和遗传学（遗传科学）。 由于人类通过性繁殖，孩子的50％的基因来自母亲的卵细胞，其余的50％来自父亲的精子细胞。 精子和卵子是通过减数分裂过程形成的，DNA重组是在减数分裂过程中发生的。 因此，对于哪一半来自哪个父母，没有可预测的模式。 因此，兄弟姐妹只有一些共同的基因及其相关特征。 同卵双胞胎是个例外，因为它们在基因上是相同的。

    相关微生物之间的遗传差异也决定了许多观察到的生化和毒力差异。 例如，大肠杆菌的某些菌株是人体胃肠道中正常微生物群的无害成员。 同一物种的其他菌株具有使它们能够引起疾病的基因。 在细菌中，此类基因不像人类那样通过有性生殖遗传。 通常，它们是通过质粒转移的，质粒是可以在原核生物之间交换的小圆形双链 DNA 片段。

    双胞胎的照片。 带有许多投影的椭圆形细胞的显微照片。
    图\(\PageIndex{1}\)：一个家族中的兄弟姐妹彼此之间以及与每个父母共享一些基因。 但是，同卵双胞胎在基因上是相同的。 像大肠埃希氏菌这样的细菌可能会获得编码毒力因子的基因，将其转化为致病菌株，例如这种致尿系统的大肠杆菌。 （左图：陆军双胞胎，南卡罗来纳州默特尔比奇/美国陆军；Public Domain；Credit right：美国微生物学会修改作品）

    • 10.1: 利用微生物学发现生命的秘密
      早在人们了解DNA在遗传中的作用之前，DNA就被发现和表征了。 微生物学家在证明DNA是细胞内发现的遗传信息方面发挥了重要作用。 在 19 世纪 50 年代和 19 世纪 60 年代，格雷戈尔·孟德尔尝试了真正繁殖的花园豌豆，以证明特定可观察特征的遗传力。 1869 年，弗里德里希·米舍尔从白细胞核中分离出并纯化了一种富含磷的化合物；他将该化合物命名为核蛋白。
    • 10.2: DNA 的结构和功能
      核酸由核苷酸组成，每种核苷酸都含有戊糖、磷酸基团和含氮碱。 DNA 中的脱氧核糖核苷酸含有脱氧核糖作为戊糖。 DNA 含有嘧啶胞嘧啶和胸腺嘧啶，以及嘌呤腺嘌呤和鸟嘌呤。 核苷酸通过一个核苷酸的5磷酸基团和另一个核苷酸的3羟基之间的磷酸二酯键连接在一起。
    • 10.3: RNA 的结构和功能
      核糖核酸（RNA）通常是单链的，含有核糖作为其戊糖和嘧啶尿嘧啶代替胸腺嘧啶。 RNA 链可以进行大量的分子内碱基配对，形成三维结构。 RNA主要有三种类型，都参与蛋白质合成。 Messenger RNA（mRNA）在翻译过程中充当DNA和蛋白质产物合成之间的中介。
    • 10.4: 细胞基因组的结构和功能
      细胞的全部遗传成分是其基因组。 基因编码蛋白质或稳定的RNA分子，每种分子在细胞中都具有特定的功能。 尽管细胞拥有的基因型保持不变，但基因的表达取决于环境条件。 表型是细胞（或生物体）在给定时间点的可观察特征，由目前使用的基因补体产生。
    • 10.E：基因组的生物化学（练习）

    缩略图：在实验室中，双螺旋可以通过暴露在高温或化学物质中变性为单链 DNA，然后通过冷却或去除化学变性剂进行复性以使 DNA 链重新退火。 （来源：Hernández-Lemus E、Nicasio-Collazo LA、Castañeda-Priego R 对作品的修改）