11: 微生物遗传学的机制
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1954年，法国科学家、未来的诺贝尔奖获得者雅克· 莫诺德（Jacques Monod）（1910-1976）曾说过一句名言：“大肠杆菌的真实情况在大象身上也是如此”，这表明生命的生物化学在整个进化过程中得以保持，并在所有形式的已知生命中共享。 自从莫诺德发表著名声明以来，我们已经学到了很多关于活细胞中基因调节、表达和复制机制的知识。 所有细胞都使用DNA进行信息存储，共享相同的遗传密码，并使用相似的机制对其进行复制和表达。 尽管遗传学的许多方面是普遍共享的，但当代遗传系统之间确实存在差异。 我们现在知道，在遗传机制的共同总体主题中，生命的三个领域之间存在显著差异：真核、古细菌和细菌。 此外，病毒，细胞寄生虫，但本身不是活细胞，其遗传物质以及复制和基因表达过程显示出巨大的差异。 其中一些差异使我们能够设计临床工具，例如抗生素和抗病毒药物，这些药物可以专门抑制病原体的繁殖，但对宿主无害。
- 11.1: 什么是基因？
- 基因由在转录过程中被 “读取” 或转录以产生 RNA 分子的 DNA 组成。 一种主要的RNA分子，称为信使RNA（mRNA），它为核糖体提供了信息，以在称为翻译的过程中催化蛋白质合成。 转录和翻译过程统称为基因表达。
- 11.2: DNA 复制
- DNA 复制过程是半保守的，它会产生两个 DNA 分子，每个分子都有一条 DNA 亲本链和一条新合成的链。 在细菌中，复制的开始始于复制的起源，其中超线圈的DNA由DNA回旋酶解开，由解旋酶单链，并通过单链结合蛋白结合以维持其单链状态。
- 11.3: RNA 转录
- 在转录过程中，一个或多个基因的DNA序列中编码的信息被转录成一条RNA链，也称为RNA转录本。 由此产生的单链 RNA 分子由含有腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤和尿嘧啶碱基的核糖核苷酸组成，充当原始 DNA 序列的移动分子拷贝。 原核生物和真核生物中的转录需要 DNA 双螺旋在 RNA 合成区域部分解开。
- 11.4：蛋白质合成（翻译）
- 蛋白质的合成比任何其他代谢过程消耗更多的细胞能量。 反过来，蛋白质占活生物体中任何其他大分子的质量都要大。 它们几乎发挥细胞的所有功能，既是功能元素（例如酶）又是结构元素。 翻译或蛋白质合成过程是基因表达的第二部分，涉及核糖体将 mRNA 信息解码为多肽产物。
- 11.5: 突变
- 突变是生物体DNA序列中可遗传的变化。 由此产生的生物称为突变体，与野生型相比，其表型可能有明显的变化，野生型是自然界中最常观察到的表型。 DNA序列的变化通过转录赋予mRNA，并可能导致翻译时蛋白质中氨基酸序列的改变。
- 11.6：无性原核生物如何实现遗传多样性
- 以无性为主的繁殖模式的生物如何创造遗传多样性？ 在原核生物中，水平基因转移（HGT）是引入遗传多样性的重要途径，即在同一代内将遗传物质从一个生物体引入另一个生物体。 HGT 甚至允许远距离相关的物种共享基因，从而影响其表型。
- 11.7：基因调控——操纵子理论
- 基因组DNA既包含结构基因，前者对充当细胞结构或酶的产物进行编码，也包含调控基因，后者编码调节基因表达的产物。 基因的表达是一个高度调节的过程。 尽管调节多细胞生物中的基因表达允许细胞分化，但在原核生物等单细胞生物中，它可以确保细胞的资源不会被浪费在制造细胞当时不需要的蛋白质上。
缩略图：DNA 双螺旋。 （公共领域；apers0n）。