卷首语
在上期文章中，我们提到，摩尔根依据果蝇实验进一步发展和完善了孟德尔的遗传学理论，把基因定位到了染色体上，并且创立了染色体遗传学说；但是如同孟德尔一样，摩尔根并没有彻底搞清楚基因的化学本质是什么，更不清楚基因是如何控制生物体的各种性状的；尽管染色体遗传学说在人类的生产实践中得到了广泛的应用，但是在摩尔根的时代，“基因”的本质和“基因”如何控制生物体的性状，仍旧是两个悬而未决的问题。
科学发展的最大动力来自于人类对于未知事物的强烈的好奇心和求知欲。年，美国科学家比德尔通过对红色面包霉X射线诱变的研究，提出了“一个基因一个酶”的学说，该理论认为一种基因产生一种酶来影响生物体新陈代谢过程中的一个步骤，从而控制生物体的性状；年，美国科学家埃弗里通过肺炎双球菌转化实验，第一次将基因的化学本质指向了DNA；受此启发，年，沃森和克里克通过X射线衍射，发现了DNA的双螺旋结构模型，并于年提出了从DNA到蛋白质的“中心法则”假说；年美国科学家梅塞森通过DNA的同位素标记实验，证实了DNA的半保留复制机制；年，布伦纳通过一系列实验，证明了mRNA的存在和mRNA传递遗传信息的机制；年，法国科学家莫诺提出了操纵子模型，开创了基因调控研究的先河；年，霍利首次分离了tRNA，并阐明了tRNA的序列与结构；年，科拉纳等人破解了遗传密码并阐明了其在蛋白质合成中的作用。至此，从基因的化学本质到基因控制生物体性状的机制，一套完整的理论体系被逐步建立了起来，同时也宣告了分子生物学的诞生。
一个基因一个酶
从孟德尔发现遗传规律并且提出遗传学理论假说，到摩尔根通过果蝇实验把基因定位到染色体上并创立了染色体遗传学说，遗传学在人类的生产实践中得到了广泛的应用，这些都说明了遗传学说是正确的，是经得起实践考验的，尽管人们当时并不清楚基因到底是个什么玩意儿，也不清楚基因是如何控制生物体的遗传和性状的。但是这两个问题却一直困扰着当时的科学家，同时也吸引了大批的科学家（生物学家、化学家、物理学家）前去研究和探索。真可谓：江山如画，一时多少豪杰。
什么是酶
只要有中学学历，对于酶肯定不会陌生；对于医生来说，酶是最常见的一个字，生化检测中会遇到各种各样的酶；对于学生物的，酶更是家常便饭，几乎每个实验都要用到各种各样的酶来进行生化反应。在日本和台湾，酶也被称为“酵素”，英文enzyme。那么酶是怎么被发现的？酶在生物体中又发挥着什么样的功能呢？
其实人类利用酶已经有几千年的历史了，从酒类和酱类的发酵制作开始，人们就已经在生产实践中无意识的利用酶了。但是直到18世纪，人们才意识到了酶的存在并开始有意识的展开了对酶的研究，19世纪、20世纪生物化学的发展，才极大地促进了人类对于酶的深入研究，时至今日，生物化学的核心研究方向之一仍旧是各种各样的酶和蛋白质。
年，意大利科学家斯帕兰扎尼设计了一个巧妙的实验：将肉块放入小巧的金属笼中，然后让鹰吞下去。过一段时间他将小笼从鹰肚子里取出，发现肉块消失了；
年，法国的佩恩和帕索兹从麦芽的水解物中用酒精沉淀得到一种可使淀粉生成糖的物质，并将其命名为diastase，也就是现在所谓的淀粉酶；
年，德国科学家施旺从胃液中提取出一种物质，这种物质能够消化肉类，从此肉类的消化之谜被解开；
年，美国科学家萨姆纳从刀豆种子中提取出脲酶的结晶，并通过化学实验证实脲酶是一种蛋白质；
到了20世纪30年代，随着生物化学的发展与成熟，科学家们相继提取出多种酶的结晶，并指出酶的化学本质是一类具有生物催化作用的蛋白质。
黑尿症与尿黑酸氧化酶
正常尿液和黑尿症尿液颜色对比
黑尿症（alkaptonuria），又称伽罗德综合征，是一种罕见的遗传病，因尿色发黑而得名。这种疾病与酪氨酸和苯丙氨酸的代谢障碍有关，具有无法合成尿黑酸氧化酶的缺陷，导致黑尿病患者的尿里含有大量的尿黑酸，而使尿液呈现黑色。由于尿黑酸对人体有毒性，长期积累，会引起骨骼、肝脏和肾脏等器官的损害。
最早研究“黑尿病”的是英国医生兼生物化学家伽罗德。通过研究，年，伽罗德发现所有正常人的尿液里都能分离出尿黑酸氧化酶，而黑尿症病人却没有。通过调查了这一患者的家族史，伽罗德发现这是一种单基因隐形遗传病，符合孟德尔遗传规律。伽罗德的研究表明，人体生理代谢过程中的尿黑酸氧化酶与孟德尔提出的基因（黑尿症基因）之间存在着某种确定的关系，这是人类首次将基因和酶联系了起来，然而他的发现在当时却没有引起重视。
一个基因一个酶学说的提出
时间到了20世纪三十年代，生物化学的发展已经让人们认识到酶在生物体代谢过程和生化反应中的控制作用，并且当时的人们普遍相信蛋白质在生命过程中起着特别重要的作用，甚至有人认为连遗传物质也可能是蛋白质。在此前提下，美国科学家比德尔和塔特姆通过对X射线照射红色面包霉的研究提出了“一个基因一个酶”的学说。
比德尔和塔特姆
比德尔最开始是以果蝇作为实验材料来进行遗传学研究的，所采用的方法也和摩尔根一样，先是用各种方法诱变果蝇，以期果蝇产生可遗传的生理性状的突变，奈何果蝇的突变率实在太低，所以没有得到有价值的发现。想当年摩尔根那可是反复折腾果蝇，用尽了各种诱变方法才得到了一只可稳定遗传的白眼果蝇，整天揣在身上，珍惜的像个宝贝似的。到了年，比德尔放弃了果蝇，与塔特姆合作，开始将红色面包霉作为研究对象。
红色面包霉是丝状真菌，属于子囊菌，成熟的单倍体孢子之间能进行有性生殖，形成二倍体，并具有像高等动物那样的染色体；然后进行两次减数分裂和一次有丝分裂再恢复到单倍体的孢子状态，单倍体的孢子再生长为菌丝体，待孢子成熟再进入到下一轮的有性生殖。红色面包霉的世代周期很短，有性世代可短到10天。一般情况下，红色面包霉在含有糖、少量维生素和无机盐的培养基中就能很好生长，这种最简单、最贫瘠的培养基也被称为基础培养基。除此之外，红色面包霉成体阶段是单倍体，这样就使得所有的突变基因都能表现出来，呈表现型，不存在所谓隐性突变。这些特点使得红色面包霉成为了理想的遗传学实验材料，直至现在。
红色面包霉生活周期
比德尔和塔特姆在实验中用X射线照射红色面包霉的孢子，事实证明这是一个正确的选择，经过X射线照射后，红色面包霉孢子的变化率比果蝇强太多了，典型的变化就是照射后的孢子在基础培养基上不生长，而在基础培养基的基础上添加了某些氨基酸之后才能正常生长，而且这种变化是可以遗传的，并且符合孟德尔的遗传规律。例如，有的孢子不能像正常的孢子那样在基础培养基上生长，必须在基础培养基里添加精氨酸后才能正常生长。这说明X射线的照射能够使面包霉的孢子产生某种基因突变，突变的基因改变了孢子利用基础培养基合成红色面包霉生长所必需的氨基酸的能力。
通过X射线照射，比德尔和塔特姆获得了大量的突变孢子，通过在基础培养基中添加不同的物质，并观察它是否能使突变的孢子正常生长，通过这种方法，比德尔和塔特姆鉴定出了大量不同类型的孢子突变。
在鉴别了大量突变体之后，比德尔和塔特姆对它们一一作了统计分析。分析的结果表明，合成障碍和基因突变有着直接的关系，合成障碍可以看作是基因突变的结果。根据实验结果，并结合当时人们对于酶在生物体物质代谢过程中的作用的深入认识，比德尔和塔特姆得出结论：基因突变能够引起酶的改变，一个基因控制着一个特定的酶。后来这一结论被说成更为简洁的一句话：“一个基因一种酶”。
对于基因概念的深入认识
在孟德尔和摩尔根的时代，甚至在我们中学课本里，我们对基因的直观认识就是圆粒基因相对于皱粒基因、高颈基因相对于矮颈基因、红花基因相对于白花基因、红眼基因相对于白眼基因等生物体的外观形态；尽管染色体遗传学说在摩尔根的时代得到了广泛的应用，但是人们对于基因的认识还是非常的肤浅和模糊。比如豌豆的高颈基因和矮颈基因到底是什么？难道所谓的“高颈基因”就是单独的一种神秘物质，这种神秘的物质直接控制着豌豆植株的高矮？要知道豌豆植株的高度可不是什么非高即矮，而是连续渐变的，那些中间高度的豌豆又该怎么用基因的观点来解释？我们知道，孟德尔当年做杂交实验时选取的豌豆相对性状比如高矮、红白、圆皱等，都是很容易比较出来的，那么对于数量众多的其他性状，又该怎么用基因的观点解释呢？所有的这些问题，都困扰着当时的人们。
到了20世纪30年代，生物化学以及生理学的发展使人们逐渐认识到生物体所有的性状和生物体内代谢过程中的生化反应密切相关，而生物体内各种各样的酶在在这些生理生化过程当中起着关键作用，酶的缺失与否直接决定着生物体生理生化反应的开启与关闭，而酶含量的多少则决定了生物体内生理生化反应的程度。
“一个基因一个酶”的学说将基因与酶联系了起来，使基因的概念从模糊不清变得明确具体------基因通过控制酶的活性和含量来决定生物体的各种性状。用这种观点再来解释诸如豌豆植株的高矮等性状就豁然开朗了，酶的量不是非多即少的，而是渐变的，控制豌豆高矮的某种酶含量多的话，豌豆植株就相应的高一些，反之则矮一些。
基因的化学本质是核酸
从孟德尔提出“遗传因子”这个概念开始，关于基因的化学本质这个问题，一直都是人们最为
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