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2.基因的開關，操縱子
學習中心法則以後，同學們在討論課上展開了激烈而興奮的討論。
A：我們很容易進行這樣的推理：所有的DNA都一次性地轉錄為RNA，然後一致性地翻譯為蛋白質。這樣，我們就可以在細胞的某一時期找到體內可能有的所有的蛋白質、所有的酶。這會是一個怎樣壯觀的場麵！
B：會有這麽壯觀的場麵嗎？如果一個反應促進生成M，而另一反應分解M，細胞不就白費功夫，自己打自己的臉了嗎？
C：而且，照A的說法，生物體所有的細胞都會是一樣的，那麽我們的手和腳、眼睛和鼻子不就沒有差別了嗎？我們怎麽完成生命交給我們的遺傳任務而像我們的父母呢？
D：在細胞中，基因的地位肯定是不平等的，在一個時期有些基因活動，而有些基因不活動，有些基因地位高一些，控製其他基因的活動。就像我們的社會有分化一樣，基因也有分化。
現在，科學家的目光正熱切地注視著基因之間的不平等，基因調控問題；隨著基因組計劃的完成，這個熱潮將達到其頂峰。科學家們相信，弄清了基因調控問題，就可解決孟德爾遺傳的另一半難題了。
首先做成這一工作的是猜測到mRNA的雅各布和莫諾，他們是法國巴斯德實驗室的科學家，莫諾同時還是一位哲學家，他寫了一本有名的書《偶然性與必然性》。二戰期間，他們都在法國抵抗納粹統治的地下組織裏工作，戰後回到實驗室研究大腸杆菌的乳糖代謝。
大腸杆菌有一種二次生長現象。在大腸杆菌培養基中同時加入葡萄糖(G)和乳糖(L)，大腸杆菌首先出現一次生長高峰，然後停止生長一段時間，接著又出現一次生長高峰。進一步研究表明，大腸杆菌第一次生長是靠分解G而獲得生長能量的，當G用完時，細菌休整一段時間，接著分解L而得到生長能量。
分解反應是一個生化反應，必須有酶參與。我們把分解G的酶寫作Eg，把分解L的酶寫作El。Eg是大腸杆菌整個生活時期都有的，叫組成酶，就好像是其生活不可缺少的組成部分；El隻有在L存在下才產生(並且沒有G時)，叫誘導酶，好像是L誘導大腸杆菌產生了El。大腸杆菌這種適應環境的能力著實讓人驚訝，要知道如果它不吃L就會餓死。
現在，我們要解釋El是怎樣產生？
A：酶是一種蛋白質，那麽El由相應的DNA編碼決定，我們設這段DNA為S。有G時El不產生，說明這時S被一個開關0關閉了，L可以打開這個開關。
B：有G時，S不能活動產生E1，說明G對S有關閉作用，設這個開關是P。老師：一般地，能與DNA結合的是蛋白質。
A：這麽說，如果開關0是S前麵的一小段DNA，這就是說有一個蛋白質r(由基因R編碼)結合到0上，使S關閉；當L存在時，L與r結合，r不能結合到0上，於是S開啟。
B：P的情況可能剛好相反，當G存在時，P關閉S；當G不存在時，可能刺激另外一種蛋白質A出現，它結合到P上，解除P的封閉作用從而開啟S。
老師：讓我用如下圖示表示你們的模型。
1961年，雅各布和莫諾提出了如下圖所示的基因調控機製，但他們的猜測中沒有P，P是1970年人們根據進一步的現象加上去的。這裏，S稱為結構基因，可以轉錄mR-NA，然後mRNA翻譯為蛋白質(酶El)，從而分解利用L；
0稱作操縱基因，位於S前端，不能轉錄出RNA，但可以與阻遏物r結合，從而關閉S；P稱作啟動子，當G濃度下圖3
降時，刺激一種受體蛋白A產生，A結合於P時，促使S開啟；R稱為調節基因，它產生阻遏蛋白r，在沒有L情況下，r結合到0上封閉S，有L時便與L結合，不能結合到0上，從而開啟S。其中P、0、S三種結構連在一起稱作操縱子，所以這個模型叫操縱子模型。雅各布和莫諾提這一猜想後進行了大量的實驗，驗證了這一模型；其他人的實驗也證實了這一點。在操縱子模型中，我們看到基因的地位是不平等的，S同時受著P和0的操縱，隻有P、0協商一致時，S才開啟，
如果它們相互扯皮，S是沒希望開始的(如存在G時，即使存在L，S也不開啟；不存在G時，如果沒有L，S也不開啟)。而0又受著基因R的控製。
這一模型首次成功地揭示了生命內在的美妙與和諧。1965年，雅各布、莫諾及其指導者樂沃夫分享了諾貝爾生理醫學獎。
A：我們很容易進行這樣的推理：所有的DNA都一次性地轉錄為RNA，然後一致性地翻譯為蛋白質。這樣，我們就可以在細胞的某一時期找到體內可能有的所有的蛋白質、所有的酶。這會是一個怎樣壯觀的場麵！
B：會有這麽壯觀的場麵嗎？如果一個反應促進生成M，而另一反應分解M，細胞不就白費功夫，自己打自己的臉了嗎？
C：而且，照A的說法，生物體所有的細胞都會是一樣的，那麽我們的手和腳、眼睛和鼻子不就沒有差別了嗎？我們怎麽完成生命交給我們的遺傳任務而像我們的父母呢？
D：在細胞中，基因的地位肯定是不平等的，在一個時期有些基因活動，而有些基因不活動，有些基因地位高一些，控製其他基因的活動。就像我們的社會有分化一樣，基因也有分化。
現在，科學家的目光正熱切地注視著基因之間的不平等，基因調控問題；隨著基因組計劃的完成，這個熱潮將達到其頂峰。科學家們相信，弄清了基因調控問題，就可解決孟德爾遺傳的另一半難題了。
首先做成這一工作的是猜測到mRNA的雅各布和莫諾，他們是法國巴斯德實驗室的科學家，莫諾同時還是一位哲學家，他寫了一本有名的書《偶然性與必然性》。二戰期間，他們都在法國抵抗納粹統治的地下組織裏工作，戰後回到實驗室研究大腸杆菌的乳糖代謝。
大腸杆菌有一種二次生長現象。在大腸杆菌培養基中同時加入葡萄糖(G)和乳糖(L)，大腸杆菌首先出現一次生長高峰，然後停止生長一段時間，接著又出現一次生長高峰。進一步研究表明，大腸杆菌第一次生長是靠分解G而獲得生長能量的，當G用完時，細菌休整一段時間，接著分解L而得到生長能量。
分解反應是一個生化反應，必須有酶參與。我們把分解G的酶寫作Eg，把分解L的酶寫作El。Eg是大腸杆菌整個生活時期都有的，叫組成酶，就好像是其生活不可缺少的組成部分；El隻有在L存在下才產生(並且沒有G時)，叫誘導酶，好像是L誘導大腸杆菌產生了El。大腸杆菌這種適應環境的能力著實讓人驚訝，要知道如果它不吃L就會餓死。
現在，我們要解釋El是怎樣產生？
A：酶是一種蛋白質，那麽El由相應的DNA編碼決定，我們設這段DNA為S。有G時El不產生，說明這時S被一個開關0關閉了，L可以打開這個開關。
B：有G時，S不能活動產生E1，說明G對S有關閉作用，設這個開關是P。老師：一般地，能與DNA結合的是蛋白質。
A：這麽說，如果開關0是S前麵的一小段DNA，這就是說有一個蛋白質r(由基因R編碼)結合到0上，使S關閉；當L存在時，L與r結合，r不能結合到0上，於是S開啟。
B：P的情況可能剛好相反，當G存在時，P關閉S；當G不存在時，可能刺激另外一種蛋白質A出現，它結合到P上，解除P的封閉作用從而開啟S。
老師：讓我用如下圖示表示你們的模型。
1961年，雅各布和莫諾提出了如下圖所示的基因調控機製，但他們的猜測中沒有P，P是1970年人們根據進一步的現象加上去的。這裏，S稱為結構基因，可以轉錄mR-NA，然後mRNA翻譯為蛋白質(酶El)，從而分解利用L；
0稱作操縱基因，位於S前端，不能轉錄出RNA，但可以與阻遏物r結合，從而關閉S；P稱作啟動子，當G濃度下圖3
降時，刺激一種受體蛋白A產生，A結合於P時，促使S開啟；R稱為調節基因，它產生阻遏蛋白r，在沒有L情況下，r結合到0上封閉S，有L時便與L結合，不能結合到0上，從而開啟S。其中P、0、S三種結構連在一起稱作操縱子，所以這個模型叫操縱子模型。雅各布和莫諾提這一猜想後進行了大量的實驗，驗證了這一模型；其他人的實驗也證實了這一點。在操縱子模型中，我們看到基因的地位是不平等的，S同時受著P和0的操縱，隻有P、0協商一致時，S才開啟，
如果它們相互扯皮，S是沒希望開始的(如存在G時，即使存在L，S也不開啟；不存在G時，如果沒有L，S也不開啟)。而0又受著基因R的控製。
這一模型首次成功地揭示了生命內在的美妙與和諧。1965年，雅各布、莫諾及其指導者樂沃夫分享了諾貝爾生理醫學獎。
