〔提要〕本文叙述当代生物学中“分子革命”的历史，并着重说明其对细菌遗传学的出现、遗传学与生物化学的结合，以及研究大分子技术的巨大进步这三者的依存关系。这方面的中心问题包括：由核酸和变构蛋白携带的分子信息的传输；一维信息结构到三维信息结构的自动转换；以及生物学多样性表现在分子机制上的惊人的统一性。本文还将简述分子水平与形态学水平研究的结合，这种结合为细胞生物学开辟了广阔的领域。此外也约略涉及当前在另一些水平上对生物学提出了挑战的某些尖端问题。

我们中间一些人在本世纪三十年代已经从事生物学的研究，J. D. Bernal和Haldaue的文章大大地鼓舞了我们。他们预言生物学时代很快就会来到。这些作者也充满自信地预言，在解决经济和政治体制问题上科学规划将取得同样的成功。当时我们这一代研究者中很少有人能预见到生物学能这么快地成熟，可是，预言中的社会乌托邦却仍然是非常遥远的事情。

因为有了这种占卜式预言的教训，所以本文的主要任务不是预言未来而是着重刻画当前生物学中的一场革命。在这场革命的先锋队中，有一群大胆的探索者，在他们手下，遗传学中所推测的形式上的因子及其传递过程已经成为具体的存在物和生化反应。最后发展成一个新的领域——通常称为分子生物学——这门学科集中于详细地分析一直是毫无所知的、介于生化学家的小分子与形态学家的可见结构之间的一系列空间结构及其相互作用。这些进展在很大程度上有赖于极其简单而精确的大分子分析技术，以及有赖于能提供所需仪器和材料的工业技术的发展。

从进化上早先发展的普遍特征以及分子和形态结构间的连续性来看，生物界是高度统一的。另一个意义更为深远的结果是，深刻地认识到生命的机制，它是依靠增加其周围环境的熵为代价而积累负熵，因而才具有行使其特定的功能和生长的能力。

虽然物理学家希望发现能解释这一特性的新的物理学定律，然而接触到的却仍然是原来的物理力——不过发现这些物理力是以新的方式组织起来，从而产生分子信息的贮存和信息的流动。这样，DNA就如同一部计算机，在一条线性磁带上贮存了一个程序；而细胞利用这种信息来确定其工作机器的结构。而且，这种机器还包括起调节作用的蛋白质，正是这种细胞状态及其周围环境的调节蛋白信息流指导着物质和能量的流动。在较低等的生物中，由于有了组织结构方面的具体证据，这些见解已是确定无疑的了，分子信息的概念也与电子学和信息论的最新发展并驾齐驱，但其相互作用还不是那么密切。

由于这些发展，生物化学的研究就不再局限于化学机制的分析。人们也可以根据其有规律的反应和由突变引起的改变来准确无误地确定一个酶在细胞的生命活动中所具有的生物学功能。因此，目的论——这种假说认为任何正常的结构或功能有一种由进化所选择的“目的”——就在生物化学上变得颇有地位，正如它在生理学和进化生物学中长期以来所占有的地位一样。

除了分子生物学之外，我还将简要地讨论其他一些领域的主要内容。在组织结构更高的水平上，这些领域正在蓬勃地发展并提出了许多挑战性的问题。这些领域包括细胞生物学、发育生物学、神经生物学和进化生物学。除了讨论神经系统以外，我不得不略去有关不同有机体的专门结构与功能研究中很多活跃的方面。

微生物遗传学及分子遗传学的起源

1940年，基因与酶的直接联系第一次赢得了广泛的注意。当比德尔（Beedle）和塔特姆（Tatum）在红色面包霉（Neurospora crassa）中揭示了基因的各种变化导致相应的生物合成的酶的消失。这些突变型（在细菌中也有这样的突变型）具有极为有用的特性，就是它们可以累积被阻断的反应的前体。这种中间产物通常以微量存在，难以检测。由于这一进展，加之一些较常规的生化手段（酶的精制，放射性标记底物的掺入及能量通过ATP从放能反应到吸能反应的转移），就可以确定中间物的代谢途径。这些研究结果为以后识别细胞中复杂而有序的中间代谢途径奠定了基础。

但是尽管有了遗传学和生物化学的这种结合，基因仍旧是一个形式上的单位。1944年，这方面发生了突破，埃佛雷（Avery），麦克劳德（Macleod）和麦卡替（McCarty）发现，从有毒的肺炎双球菌提取的DNA能使无毒的细菌转化为有毒细菌，即能够将产生有毒型所需的特异性多糖的遗传性传递给无毒品系。这一发现开创了分子遗传学的研究，但其深远意义到后来才逐渐被人们所认识，因为对于这一成就，当时并没有人认为该赢得诺贝尔奖金（虽然埃佛雷取得成功后还活了11年）。这一影响被拖延的一个原因是当时完全不知道细菌和遗传学的关系。人们不相信这些微小的细胞中有染色体或有能交换的基因，而且DNA作为遗传物质看来也似乎过于简单，因为DNA只由四种不同的材料（碱基或核苷酸）构成，而且在当时，人们也不知道DNA是大分子。

埃佛雷的发现不仅确立了基因的化学本质，而且还揭示了细菌与细菌之间转移基因的可能性，此后不到四年，李德堡（Lederberg）由于受到这一发现的鼓舞，发现了另外两种转移基因的机制，即接合（通过两个细菌细胞间的“桥”的转移）和转导（由病毒引起的转移）。这一发现在进化上的意义是深远的。因为在遗传性变异主要通过突变而发生时，如果突变只能在无性繁殖中积累，那么这种变异就扩展得很慢。因此，原核生物（没有定型的核和进行无性繁殖的细菌）就已经有了偶尔转移基因的能力，是毫不足怪的。这种转移甚至在将基因有规律地重新分配的真核生物（细胞中有膜包裹着的核的生物）的有性生殖产生之前就已经逐渐形成了。

于是，最简单的细胞可用来研究所有生物体的共同的遗传过程，它们原先的不利条件就变成有利条件。由于细菌的体积小，加之繁殖快，一个细菌在试管中经过一夜即可繁殖到109个。而且，不像经典遗传学那样，最多也只能观察到几千个子代个体，细菌遗传学家可以在109个细胞中选出特定的重组子或突变子。这样，细菌就成了分子遗传学先驱研究中的首选生物。用巴斯德的名言来说，就是：“最巨大的奥秘蕴藏在最微不足道之中。”

细菌病毒（噬菌体）也起了很大的作用。它们不仅比细菌简单得多，而且病毒所特有的繁殖机制（在宿主细胞中复制①和翻译它们的核酸，然后重新装配）又提供了更为有利的研究条件。病毒学已发展成为一门重要的学科，并且如同它与流行病的关系那么密切一样，与进化学、细胞生物学也发生了越来越多的内在联系。

DNA的结构：互补链的多种用途

也许人们对DNA在遗传学上的作用反应缓慢的主要原因，仅仅是由于当时对DNA的认识不能解释遗传学上任何问题。这种情况一直到1953年华生（Watson）和克里克（Crick）提出一种DNA双螺旋结构后才发生了戏剧性的改变，因为双链的互补性立即解释了基因是怎样为其自身复制编码这一老大难问题。这个别具一格的发现开创了一个惯例，即在分子生物学的起始领域中，把焦点鲜明地集中在关键问题上，集中于创立一个大胆的模型而引起人们在学术交流中的热烈讨论。分子遗传学现在通过新的概念和新的方法的不断相互影响而迅速发展，很像人类脑与手的相关进化，其结果是加深了对DNA结构与功能的很多方面的认识。今天我们已经大体了解基因是怎样进行酶促复制，并保持高度精确性，偶尔发生突变，以及转录为RNA，并通过遗传密码表达为相应的蛋白质，而且在表达中被调控、重组，在病毒与细胞染色体间进行交换，并随着较复杂的生物的进化过程而在数量上不断增加等等。

简而言之，如同原子结构提供给化学的那样，DNA分子结构也给生物学提整套说明现象的极其多样性和说明事物组合的极其多样性的原理和性质。分子遗传学的研究还填补了达尔文进化理论的空白，为遗传和变异提供了一个详尽的物质基础。此外，分子遗传学还为达尔文主义的描述提供了最直接的支持：在不同物种间DNA序列的差异与预计的进化上的距离相平行。而从DNA到蛋白质的不可逆的信息传递又进一步说明了环境在遗传信息上不能引起拉马克式的改变②而只能起选择作用，这也必然与人类起源的问题发生联系。除了那些不可知论者企图撇开理性以外，达尔文的理论现在已成为达尔文定律。

DNA的研究也开创了大分子化学的新局面。虽然用普通的制备手段可得到平均分子量为几百万的片段，但是用非常温和的裂解法可以从病毒甚至细菌中得到大得多的完整DNA链。而且，当链间的氢键由于高温的作用而削弱时，双链就会分开，（变性），而且在温和的“退火”温度下又能重新配对。测量两种DNA（或DNA和RNA）之间的配对程度就可以确定其序列的相似程度，这一体外杂交提供了一个重要技术来测量进化上的距离，鉴定专一性序列，以及直接定位基因和研究基因的表达和调控。DNA的另一个有趣的特性是A-T碱基对（在腺嘌呤和胸腺嘧啶间有两个氢键）比G-C碱基对（在鸟嘌呤和胞嘧啶间有三个氢键）更容易分开。大自然充分地利用了这一特性。人们发现A-T丰富的区域是在双链必须分开的位置（例如，DNA-DNA链是在其中一条链转录为互补RNA的起始位置，而RNA-DNA链是在将要释放转录产物的末端位置）。而且，在一条DNA或RNA链内的互补顺序会使链折叠为发夹型环。这种发夹型环在调控中有作用，而这种环的稳定性受其双链的柄上G-C与A-T对的比例的影响。

精细结构遗传学：重组、突变和修复

在分析DNA碱基顺序方法出现以前，在细菌遗传学中已经巧妙地应用遗传学的方法在分子水平上对基因下了定义。经典的基因定义是一个功能单位（从一个突变的表型效应来认识）和一个重组的单位（由其在染色体上的位置来确定）；遗传学是根据同一染色体上的两个座位间的重组频率与两者之间的距离成正比的假定来定位的。基因被想象为染色体中的某些特定的分子结构，而重组则发生在基因与基因之间的特殊的连接区中。可是，出现了一个新的事实，这就是本柘（Benzer）发现一种可以提高重组子分析效率的研究方法，即可以在数以百万计的个体中，从在特定座位上发生的互不相关的突变中挑选出野生型重组子，这样就发现了重组距离的最低限度可以是相邻的碱基，即重组可发生在DNA中的任何位点③。

这一技术还说明，一个噬菌体基因的末端和另一与之相邻的基因的起始端也是邻接的核苷酸。因而在染色体中就不存在分子的不连续性问题。基因之所以能作为一个功能单位，就是因为可以去“阅读”它的碱基程序（就像阅读计算机的磁带一样），而不是由于任何别的结构上的差别所造成的。而且，一个基因根据其功能可以定义为编码一个多肽的DNA序列，某些酶蛋白只由一种多眛组成，而另一些是两种多肽的聚合物，因此由两个基因所编码。

本柘的工作还开拓了研究诱变机制的道路。虽然在很长的染色体上发生基因突变是随机的，但精细结构定位表明突变频率在各个碱基上变化很大，可以相差500倍以上。另外还发现自发突变与掺入的碱基类似物引起的那种突变在位点分布上很不相同。这些类似物配对时不及原来的碱基准确。随后的研究又表明，大部分自发突变并不如所假定的那样是由错配引起，而是由于在复制或重组（这里指由于插入一个外加的碱基或失去一个碱基造成的移码）过程中链的错排而引起。

DNA的双链性质不仅在复制中起作用，而且在重组中也起作用（重组时首先是一条链，然后是另一条链断裂，随后再重新连接），而且在复制错误的修复以及辐射损伤的修复过程中也同样起作用。修复或许是最难预料的DNA的性质，可是仔细一想，修复可以看作是解释DNA的高度稳定性和复制的高度准确性的必不可少的手段（在我们的一代一代准确复制的每个细胞中有6×109个碱基对）。通常的修复机制是，两条链中一条被切断，接着一小段被切除；另一条保持整体的连续性并作为替换失去的片段的模板。

科恩伯格（Kornberg）发明了体外合成DNA的酶学方法。他的研究开通了复制、重组和修复研究的道路。在这三种作用中有一些共同的酶，控制DNA复制起始，从而控制细胞的分裂，机制还不清楚。关于DNA损伤、诱变和修复的生化方面研究使放射生物学的很多方面从描述性的研究转变为实验性的生化研究，因而成为正在发展中的生物化学的分支。

经典的遗传学重组只发生在有广泛同源性的部分。现在发现一种完全不同的、位点专一的重组机制，它是把某种非同源性DNA插入到一条链上。这一机制是在某些噬菌体中发现的。噬菌体依靠一种酶的作用，该酶能识别DNA双链中某一特异性的（但非同源性的）序列，于是噬菌体偶尔可以整合到宿主染色体的一个专一的位点上。目前也鉴定了由类似的酶所识别的一些专一性插入序列（IS），特别是在质粒中发现较多。质粒是能自主复制的小型环状DNA，性质与病毒很相近，但对宿主无致死作用并且不编码病毒外壳。现在对这些可移动的基因的转移机制及其在基因调控中的作用，以及在染色体、质粒、病毒之间基因交换作用的研究，已经成为一个十分活跃的领域。

因此，DNA顺序的多样性不只是对编码不同的产物起作用，而且还影响到别的性质，诸如基因的可变性和可转移性等。在下文中将讨论它在基因调控中的重要作用。毫无疑问，我们还远没有看到进化在DNA这副牌的四种花色上所玩的一系列把戏有告终的苗头。

基因表达和遗传密码

一个碱基序列能够决定对应的多状链的氨基酸序列，这已是确定无疑的了，把这两个序列联系起来的密码和翻译机制接着就成了主要的研究目标。赞姆克尼克（Zamecnik）小组首先在细胞提取液中完成蛋白质的合成（放射性标记氨基酸掺入到大的多肽中），小组的成员霍格兰（Hoagland）指出：蛋白质合成系统不仅需要氨基酸、核糖体（含有蛋白质和RNA的大沉降颗粒）和酶，而且需要各种转运RNA（tRNA）分子（大约80个核苷酸）和把每个tRNA共价连接到特定的氨基酸上的酶。因而，tRNA担当了核糖体上的编码单位与对应的氨基酸之间的连接物。

然而，在已经研究过的体外系统中，直接的生化分析未能揭示一个主要的组分；一个特殊的，迅速更新的RNA类型，即信使RNA（mRNA）。根据基因调节（见下文）的动力学研究，雅各布（Jacob）和莫诺（Monod）确证了mRNA的存在。例如当打开或关闭编码β - 半乳糖苷酶基因的时候，该蛋白的产量在2 ~ 3分钟内就作出了充分的反应。核糖体是太稳定了，以至于不可能是这些变化的原因。因此，就要求基因形成一个不稳定的RNA转录产物（半衰期仅为2 ~ 3分钟），并且要求这种信使RNA附着于核糖体上并决定所合成的多肽序列。正如所预期的，不久就直接证实了不稳定的mRNA的存在（它的序列与DNA有同源性）。此外，现在对于依赖DNA的RNA聚合作用（转录）的酶促机制也研究得相当详尽了。

与此同时，尼伦伯格（Nirenberg）和马泰（Matthaei）把一个合成的核糖核苷酸同型多聚体，poly（U）（多聚尿嘧啶核苷酸）加入到他们试验系统，结果合成了多聚苯丙氨酸，这说明UUU（U，尿嘧啶）是苯丙氨酸的密码子④。意想不到这种生物化学方法竟敲开了密码迷宫的大门。这个关键问题突破后，紧接又试验了各种合成的多聚核苷酸，不久就解开了一直被视为大自然“天书”的遗传密码之谜，而且在不到三年的时间内，就破译了全部密码，其中包括起始信号和终止信号。

三核苷酸密码子连续阅读的机制解释了为什么移码突变导致在基因末端部分出现非同寻常的氨基酸序列（或导致过早的终止）。可是，在一些病毒中，节省DNA显然已达到极大的程度，同一个DNA序列可以从不同的阅读柜架开始翻译⑤，从而编码几种不同的蛋白质。

核糖体和蛋白质合成

蛋白质合成的整个机制是复杂的，但各个具体的步骤则大体上是简单的。当核糖体沿着信使RNA移动的时候，在每个新密码子位置上，就把一个氨基酸添加到正在生长的链的末尾，这样一个一个接上去，这条链可以长达几百个氨基酸，直到终止密码处才停止。翻译在mRNA中一定的位置上开始，也在一定的位置上终止，并需要核糖体与一些待定的蛋白质因子合作。

核糖体是一个构造极其复杂的分子聚合体，它含有三种大的RNA分子和五十二种不同的蛋白质分子。诺穆拉（Nomura）和他的同事们在试管中把分散的核糖体组分在适当条件下重新装配成有活性的核糖体，这是生化操作的一项成就。核糖体各种组分的错综复杂的空间构型关系，以及打开和关闭蛋白质合成过程中相继步骤的许多配合基（ligand）的结合部位是目前化学、物理学、免疫学和电子显微镜技术的主要研究目标。今后一个更高的目标是详细了解许多使核糖体不断循环使用的结构。

核糖体不单纯是mRNA移动和翻译成蛋白质的一个被动场所。它还要消耗能量，对其各个组分的彼此结合进行“校对”，从而能主动地排除偶尔发生的错误，以保证它各个组分的好几个配合基按一定的顺序准确而牢固地结合起来。通过核糖体的“校对”过程排除各种结合错误，其中包括：结合错误的氨基酰—tRNA（tRNA上的反密码与mRNA错误配对）、结合发生了突变的核糖体组分，以及抗菌素（例如链霉素）引起的密码误读等，这些错误都会影响转译的准确性。

蛋白质合成需要极其大量的能量：每构成一个肽键需要4个以上ATP高能键，而在非核糖体酶促合成小肽情况下仅耗费1个高能键。显然，付出这样高的代价是为了满足几个方面的需要，包括保持高度的准确度，牢固保留生长中的多肽链，肽链的迅速生长（每秒钟大约15个氨基酸），更重要的是可以保持灵活性。这种机制能够合成在进化上有生存价值的任何长短和任何序列的肽链。

一维到三维：蛋白质结构

经典生物化学的一个重要进展是发现细胞的主要运转机器是由许许多多种类的蛋白质构成的，每种蛋白质具有一个或多个位点能同特定配合基作非共价结合。事实上，这些极为多样的特定结合位点是在酶、抗体、抗原、调节蛋白、膜运输蛋白和使细胞与器官维持在一起的结构蛋白当中发现的。为了说明这些特定位点是在蛋白的表面，就不仅要了解一级结构信息是怎样由核苷酸序列翻译成多肽序列，而且要了解这些信息怎样能够形成特异的三维结构。

解释是非常简单的。基因的一级多肽产物能自动折迭成它最终的三维结构形式。从而，多肽链含有它本身所需的全部信息，即含有20种不同的氨基酸残基侧链之间的吸引和排斥的方式。这些相互作用包括正、负电荷，氢键，亲水残基对水或极性表面的吸引，疏水残基彼此之间（或对脂类化合物）的吸引。因而蛋白质的构型，就像核酸链配对一样，依赖于多种弱的非共价键。但是，DNA的碱基只以精确固定的角度配对，结果构型基本上不变，而蛋白质不仅能形成一个α - 螺旋［波林（Pauling）]，而且侧链能以任何角度相互作用，于是产生惊人的可塑性。虽然说明三维结构特性的理论就像证明DNA信息贮存理论一样十分重要，但它并没有一下子就产生那样戏剧性的效果，因为证据是逐渐积累的。第一个证据来自安菲森（Anfinsen）发现了一个分子量很小的酶，即核糖核酸酶，如果将这种酶变性以后再退火的话将能恢复它的一部分活性。随后，许多活性酶的体外合成实验，说明甚至对于分子量较大的多肽，当它们从核糖体上合成以后，如果允许它们折迭的话，就会自动趋向一个活性构型，这与在热溶液中多重变性链相互缠绕到一起（例如煮熟的鸡蛋）以后重新恢复正确构型的过程是大不相同的。

下面几种技术在检测和分离特定的蛋白质以及分析它们详细分子结构方面极为重要。色谱法（根据大小、电荷、特定的结合亲和性和另一些特征）能够很容易地从一个细胞混合物中分辨和分离许许多多种蛋白质。此外，一些特定的蛋白质通过与抗体的相互作用可以使鉴定变得异常灵敏。桑格（Sanger）首先完成的氨基酸的序列测定，现在用自动顺序分析仪很容易做到。佩鲁兹（Perutz）应用X光衍射晶体分析法研究蛋白质，现在这种方法已达到很高的分辨力，它能够以三维方式识别一个结晶蛋白所有原子的空间关系。一个主要目标是学会如何从一个多肽序列可能的大量潜在构形中预言哪一个具有最低自由能，而代表它的自然状态。从菲利普斯（Phillips）应用X光衍射晶体分析法证明酶的结合部位同它的底物密切配合以来，酶学已推进到新的水平。亲和性标记，即底物的反应类似物，已经用来研究底物与构成结合部位基团之间的相互关系。

蛋白质结构的研究进一步证明许多基因产物并不保持原先的样子，它们作为前体而经历各种翻译后的辅助加工，例如，包括切除一端的少数几个基团，或在不同位置上连接上磷酸、糖类或许多其他基团。今天，一个迅速发展的领域是研究这些反应的生物学作用，其中包括可逆修饰，它调节各种蛋白的功能活性，又包括不可逆的修饰，它协助把蛋白质输送到特定的位置（例如膜上或高等生物细胞的细胞器里）。

调节和变构

器官之间的调节关系长期来是生理学的主要课题。对细菌细胞代谢途径的新解释导致发现一个同样精致的细胞内控制系统。已经发现两种基本类型：即一些特定基因活性的诱导（或阻遏）和一些特定酶活性的抑制。例如，加入某一特定的氨基酸就阻遏进一步合成相应代谢途径中的一些酶（在继续生长的时候这些酶就逐渐稀释），因而，也就用不着合成那些不必要的RNA和蛋白质。同时，加入的氨基酸由于直接抑制代谢途径中的第一个酶，就立即停止它本身非必要的内源代谢的合成。由于研究外界环境对细胞的作用而发现了这两种机制，这两种机制在调节细胞内部系统的反馈回路中也是同等重要的。因而在正常生长情况下，由于代谢途径的酶的活性水平，以及酶的合成水平使细胞内源代谢合成的最终产物保持在一个恒定的水平上。类似的反馈很可能调节细胞中各种组分的合成。例如，核糖体组分的合成就是受一个精致的机制阻遏的，只要20种氨基酸中任何一种的供应受到限制，就可激活这个机制，而降低任何一种t-RNA的氨基酰化作用使正在翻译的核糖体停顿下来。

第一种调节机制，即是一种酶的底物能诱导该酶的合成，对这一机制已研究得较清楚。雅各布（Jacob）莫诺（Monod）帕迪（Pardee）依据使这种作用发生改变的突变型的研究发现了操纵子。在操纵子中，阻遏蛋白结合到控制座位（操纵基因）阻止了RNA多聚酶与邻近区域（启动基因）的结合，因此也阻止了毗邻的功能基因转录的发动。阻遏物是否有活性（那就是能否同操纵基因结合）取决于它是游离的还是与特定的小分子（诱导物）结合在一起。所以，这种阻遏蛋白必须既能识别特定的DNA序列又能识别特定的控制小分子。

在细菌中还发现许多其他基因调节机制，例如，调节蛋白是激活而不是阻遏操纵子的，以及最近发现的转录与翻译之间的耦合，当存在足够的最终产物表明这种产物是不必要的时候，这种耦合就提前终止一个信使RNA的合成。一些因素［例如环腺苷酸（cAMP）] 是多效的，它们对具有相似功能的一类操纵子，而不是单一操纵子起作用。这种调节机制作为推测高等生物基因调节演变的模型具有特殊的重要性。

当前正在详细分析调节蛋白如何与操纵基因的DNA结合这种结合是通过辨认碱基的形状实现的，这些碱基在两股链没有分开的情况下很容易同外界接触。吉尔伯特（Gilbert）和帕塔什尼（Ptashne）巧妙地分离出阻遏蛋白后，这项工作就开始了。尽管每个细胞通常具有不到10个阻遏蛋白分子。

调节机制的第二种主要类型不是对基因起作用而是对酶起作用。已经知道生物合成发生障碍的突变型在耗尽补给的所需最终产物之前不会积聚阻塞反应的底物。安巴格（Umbarger）和帕迪（Pardee）各自发现最终产物直接抑制代谢途径的第一个酶。另外，帕迪指出，这些调节酶能在不同的位点分别结合两种不同的配合基而发生变构作用。莫诺和考什兰（Koshland）进一步指出，这些位点对构形能相互影响，抑制物使平衡朝酶的钝性构形方面转变，而底物使酶朝活性构形方面转变。

变构酶的动力学使生物体具有另一种重要性质：生物由于具有许多在结构上相互作用的亚单位，增加了它对于底物浓度微小变化的敏感性。变构酶由于和底物分子（或最终产物）的结合，增加了酶对其他分子的亲和力。氧结合于血红蛋白所呈现的近似于S型的曲线，就是一个例子，说明在生物学各个领域里研究的共同性日益增加。因此，佩鲁兹关于氧化作用对血红蛋白构形影响的研究工作，提供了一个很好的模式，可以用来说明构成调节蛋白的亚单位之间类似的协同变化。

某些蛋白质具有在不同活性的两种构型之间往复变化的特性，其意义远远超越了调节酶活力作用的范围。正如莫诺所指出的，它也是了解阻碍物如何作用于操纵子的一把钥匙。无疑，变构蛋白在许多其他生命现象中也起作用，包括细胞对于激素，药物以及神经介质的反应，感觉器官对于刺激的反应；生物膜的输送作用，神经传导，抗体和细胞的相互作用，肌肉收缩，细胞和生物整体的运动现象，以及吞噬作用等等。

因此，变构蛋白对于分子水平上的信息传递提供了第二条途径。固然它们不能像核酸那样为分子模型提供设计图，但它们对于底物（或最终产物）的浓度变化很敏感，从而能在有机体内部的新陈代谢中起调节作用，而且还是基因与环境相互作用的中介物。另外，它们在结构上的改变，例如，酶同底物作用的活性部位上的一个细微变化，还可以说明蛋白质结构是随时间而发生变化的。

基因操作——重组DNA

近来，由于发展了克隆⑥方法，可以把任何来源的DNA短片段与一个能够在细菌中增殖的环状DNA载体（质粒或噬菌体）连接起来，使高等生物的分子遗传学有了很大的进展。现在已有不少关于这些技术的综述。

一种哺乳动物的总DNA，通过散弹法处理，可以将其整个基因组库保存在大约105个细菌中。这种建造基因文库的方法已是一件相当简易的事。如要捡出其中所连接的特异的DNA片段，可让它们与一个具有放射性的mRNA分子杂交，或者使其转译成可检测的蛋白质，进一步应用几个能在特异的短的碱基序列上具有切口的限制酶，把这段DNA切成一定长度的短片段（少于200个核苷酸），这样就可以应用马克萨母（Maxam）、吉尔伯特（Gilbert）和桑格（Sanger）所发展的简易技术进行碱基序列测定（附带说明，看来运用这个方法，所获得的信息量不久将超过科学杂志的篇幅）。DNA重组技术已经揭示出哺乳动物基因组结构的许多令人惊异的事实。今后我们还希望利用DNA重组技术探讨高等生物个体发育过程中复杂的难以捉摸的基因调节机制。

至今，应用DNA重组技术，虽然还只能合成哺乳动物的蛋白质，而且产量很低，但是，DNA重组技术在医药和商业上应用的希望必然会引起人们的广泛注意（例如，生产昂贵的哺乳动物激素，抗体和干扰素，免疫上应用的抗原，在高等植物中引入固氮系统等）。可以预计产量将会很快提高，并且扩大生产许多其他的产品。因为原核生物和真核生物的基因调节具有很大差异，因此，在最简单的真核生物单细胞的酵母中进行重组分子的克隆，无论对于基础研究，还是对于商业性生产都将具有很大价值。在微生物以及在体外培养的动物细胞中的克隆工作也正在快速地发展着（待续）。

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① 原文为release（释放），疑为replicate（复制）之误。——译注

② 指获得性遗传。——译注

③ 这说明重组（交换）可以发生在基因的内部、与前述重组只发生在基因之间的概念不同了。——译注

④ 这一项研究最先是奥恰（Ochoa）。做的——译注

⑤ 原文为“翻译”（translation），实际上应该是先转录mRNA后再翻译的。——译注

⑥ 克隆（Clone），即建成无性繁殖系。