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教学中“一个基因一个酶假说”的再认知一个基因一个酶的假说（one-gene-one-enzymehypothesis认为一个基因仅仅参与一个酶的生成，并决定该酶的特异性和影响表型。一、研究的历史背景1902年英国医生加洛特（A.Garrod）从家族病史，发现并研究了第一例遗传病――尿黑酸症，并发现该病在家族中的遗传遵循孟德尔规律，是由单个隐性基因控制的。尤其难得是，加洛特预测，尿黑酸病病人缺乏一种酶，而正常人有，加洛特把这种遗传病症状称为“先天性代谢差错”。后来的研究证明加洛特的预见是对的。G.W.Beadle和E.L.Tatum在1941年发表了链孢霉中生化反应遗传控制的研究；进而使应用各种生化突变型对基因作用的研究有了发展。Beadle在1945年总结了这些结果，提出了一个基因一个酶的假说。以后发现，不仅链孢霉，而且细菌和酵母菌等各种生物由于生化突变都会引起特定酶的缺损，从而导致了特定的代谢反应阻滞，这进一步证明了这个假说的正确性。但是有些酶是由不同的多肽链特异地聚合起来才会呈现有活性，也有一个基因所决定的同样多肽链是两种或两种以上不同酶的组成成分。此外，有的基因能决定具有两种或两种以上作用的酶，也有几个基因所决定的多肽链通过聚合才能发挥作用。随着酶学、蛋白质化学的进展、遗传学方法的进步，进一步弄清楚了基因与酶的关系是建立在基因与多肽链严密对应的关系基础上的。表示这种对应关系的学说就是一个基因一条多肽链假说。二、考题展示1、比特尔等在1941年提出了“一个基因一种酶假说”。在生物体内，各类物质或分子是经过一系列代谢步骤合成的，每一步都受特定的酶所催化。现假设已分离到某微生物的5种突变体（1-5），它们都不能合成生长所需的物质G，但是该微生物在合成途径中，物质A、B、C、D、E都是必需的，只是不知它们的合成顺序；于是分析了这几种物质对各种突变体生长的影响。结果如下：加入的物质ABCDEG突变体1--+--+突变体2--+-++突变体3-----+突变体4+-+-++突变体5+-++++注：+表示生长，-表示不生长。（1）上述A-G物质合成的顺序为___________。（2）___________物质是突变体3的生长因子。（3）突变体2在_________两种物质之间合成被阻断，原因是_________。解析:从图表分析得知，加入物质E，都不生长，说明它的合成影响了其他4种物质的合成，即物质E要首先合成，同理分析，合成的顺序接下去依次为A、C、B、D、G。只有加入物质G，突变体3才能生长，说明物质G是突变体3的生长因子。突变体2加入物质B、D、G才能生长，说明合成B前面的途径阻断，又因为加入物质A、C仍然不生长，所以突变体2一定是在C-B发生基因突变而不能合成催化C-B的酶。答案（1）EACBDG（2）G（3）C-B发生基因突变，不能合成催化C-B的酶2、肺炎双球菌体内存在如下的代谢途径：在青霉素应用之前，磺胺是治疗许多细菌性传染病的最有效的化学治剂。它可以抑制上流程图中的某种酶的活性，致使二氢蝶啶不能转化成四氢叶酸（一种维生素）而抑制细菌的生长，进而达到治疗疾病的目的。请设计一个实验，探究磺胺的作用部位：（1）实验目的：。（2）实验原理：略。（3）实验材料及用具：培养皿若干、基本培养基（含有肺炎双球菌生长的各种营养成分，不含二氢蝶啶、二氢蝶酸、二氢叶酸和四氢叶酸）、接种环、酒精灯、高压蒸气锅、磺胺、二氢蝶啶、二氢蝶酸、二氢叶酸、四氢叶酸、肺炎双球菌菌种等。（4）实验步骤：第一步：取三个培养皿，标记为甲、乙、丙，分别向甲、乙、丙三个培养皿中加入等量的上述基本培养基；第二步：分别向甲、乙、丙三个培养皿中加入，再向三个培养皿中加入；第三步：；第四步：分别向甲、乙、丙三份培养基中，并置于37无菌条件下培养。一天后，可能的实验结果和结论是：①甲、乙、丙中的肺炎双球菌均不能生长，则说明；②甲、乙中的肺炎双球菌不能生长，丙中的能生长，则说明；③甲中的肺炎双球菌不能生长，乙、珍中的能生长，则说明。解析:本题以题干中代谢途径为信息载体，综合考查学生的从实验题中获得信息，来解决实验设计的问题。⑴从代谢途径中我们可以看到磺胺可以抑制代谢过程中的某种酶，所以该实验的目的就是探究磺胺能抑制哪种酶的活性。⑷实验步骤：第一步：取三个培养皿，标记为甲、乙、丙，分别向甲、乙、丙三个培养皿中加入等量的上述基本培养基；第二步：分别向甲、乙、丙三个培养皿中加入等量的二氢蝶啶、二氢蝶酸、二氢叶酸，再向三个培养皿中加入等量的磺胺；第三步：将甲、乙、丙三份培养基进行高压蒸汽灭菌；第四步：分别向甲、乙、丙三份培养基中加入等量的肺炎双球菌菌种，并置于37无菌条件下培养。一天后，可能的实验结果和结论是：①甲、乙、丙中的肺炎双球菌均不能生长，则说明磺胺抑制酶3的活性；②甲、乙中的肺炎双球菌不能生长，丙中的能生长，则说明磺胺抑制酶2的活性；③甲中的肺炎双球菌不能生长，乙、珍中的能生长，则说明磺胺抑制酶1的活性。答案：（1）探究磺胺能抑制哪种酶的活性（4）等量的二氢蝶啶、二氢蝶酸、二氢叶酸等量的磺胺将甲、乙、丙三份培养基进行高压蒸汽灭菌①磺胺抑制酶3的活性②磺胺抑制酶2的活性③磺胺抑制酶1的活性三、变式训练某研究性小组研究的课题是“探究影响细菌生长繁殖的因素”。他们在培养细菌的过程中，发现某种细菌的生长和繁殖受营养成分和温度等条件的影响。（1）研究小组工在探究温度对某种细菌的影响时，对细菌繁殖一代所需的时间（代时）与温度的关系做了有关的数据统计，见下列表格：温度（℃）101520253035404547．550代时（分）8601209040292217．52077750依据上表推测，适合该细菌繁殖的最适温度约为_____________。（2）研究小组Ⅱ发现某种细菌有5种营养缺陷型菌株1、2、3、4、5，它们不能合成生长所必需的物质C，已知A、B、C、D、E都是合成G物质的必需中间产物，但不知这些物质合成的顺序，于是在培养基中分别加入这几种物质并分析了这几种物质对各种营养缺陷型菌株生长的影响，结果如下表所示。+：表示生长—：表示不生长物质突变体培养基中加入的物质ABCDEG1———+—+2—+—+—+3—————+4—+++—+5++++—+根据以上结果，推测这几种物质的合成顺序应是____________。由于A—C所需的量很少，属于微生物所需营养要素中的___________。（3）假定在细菌培养过程中，出现了某种突变的菌种，为了分离获得不能合成某种维生素的营养缺陷型菌株，设计一个实验以鉴定这种维生素的类型。第一步：将变异菌株接种到____________培养基上扩大培养；第二步：配制系列培养基。此时应将_____________设为实验的自变量；第三步：将扩大培养的变异菌株______________________；第四步：观察细菌的生长情况。在实验操作过程中自始至终要注意_______操作。（4）实验结果分析：________________________________________________。【答案】（1）40℃（2）E→A→C→B→D(→G)特殊营养物质（3）第一步：完全；第二步：维生素的类型；第三步：分别接种到上述培养基中；第四步：无菌（4）细菌不能正常生长的培养基中所缺少的维生素，就是该变异菌株不能合成的维生素（细菌能正常生长的培养基中所添加的维生素，就是该变异菌株不能合成的维生素）。