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The ¡Origins ¡of ¡Molecular ¡Biology: ¡A ¡Mendelian ¡ and ¡Darwinian ¡View ¡of ¡the ¡World ¡

Introduc=on: ¡The ¡Big ¡Ques=on ¡

• Q: ¡Why ¡did ¡the ¡field ¡of ¡Molecular ¡Biology ¡

come ¡into ¡being? ¡

Introduc=on: ¡The ¡Big ¡Ques=on ¡

• Q: ¡Why ¡did ¡the ¡field ¡of ¡Molecular ¡Biology ¡come ¡

into ¡being? ¡

• A: ¡The ¡simplest ¡answer ¡is ¡that ¡the ¡field ¡of ¡

Molecular ¡Biology ¡came ¡into ¡being ¡as ¡a ¡way ¡to ¡ explain ¡mechanis=cally ¡how ¡heredity ¡works! ¡

– For ¡example, ¡you ¡may ¡want ¡to ¡know ¡how ¡eye ¡color ¡is ¡ inherited ¡ – You ¡may ¡want ¡to ¡know ¡how, ¡on ¡a ¡molecular ¡level, ¡ eye ¡color ¡forms ¡(How ¡the ¡pigment ¡is ¡actually ¡ produced) ¡

8/22/11 ¡ 2 ¡ Introduc=on: ¡Molecular ¡Biology ¡Pre-­‑ History ¡

• If ¡Molecular ¡Biology ¡studies ¡how ¡heredity ¡

works, ¡and ¡how ¡traits ¡are ¡expressed ¡then ¡the ¡ field ¡of ¡Molecular ¡Biology ¡must ¡have ¡its ¡roots ¡ in ¡Gene=cs ¡

• How ¡old ¡is ¡the ¡field ¡of ¡gene=cs? ¡ ¡How ¡long ¡

have ¡humans ¡been ¡studying ¡heredity? ¡

Introduc=on: ¡Molecular ¡Biology ¡Pre-­‑ History ¡

• How ¡old ¡is ¡the ¡field ¡of ¡

gene=cs? ¡ ¡How ¡long ¡have ¡ humans ¡been ¡studying ¡ heredity? ¡

• About ¡10,000-­‑12,000 ¡years ¡

ago ¡humans ¡began ¡to ¡ manipulate ¡animals ¡and ¡ plants, ¡to ¡domes=cate ¡them ¡

– Plants ¡include ¡wheat, ¡barley, ¡len=ls, ¡peas ¡ – Animals ¡include ¡dogs, ¡sheep ¡and ¡goats ¡

• Humans ¡were ¡able ¡to ¡quickly ¡

understand ¡the ¡concept ¡of ¡ heredity ¡(create ¡breeds ¡that ¡ were ¡beUer ¡suited ¡to ¡ agricultural ¡produc=on ¡by ¡ ma=ng ¡individual ¡organisms ¡ with ¡desirable ¡traits) ¡

Introduc=on: ¡Molecular ¡Biology ¡Pre-­‑ History ¡

• In ¡terms ¡of ¡crops, ¡humans ¡

have ¡selected ¡for ¡varie=es ¡ with ¡significantly ¡beUer ¡ viability ¡

– Crop ¡variants ¡that ¡produce ¡ more ¡fruit/vegetable ¡ – Crops ¡that ¡are ¡more ¡resistant ¡ to ¡pests ¡

• Using ¡Molecular ¡Biology: ¡

– Clone ¡genes ¡that ¡allow ¡for ¡pest ¡ resistance ¡etc. ¡ – Gene=c ¡Modifica=on: ¡Insert ¡ that ¡into ¡the ¡genome ¡of ¡a ¡ plant ¡using ¡Agrobacterium ¡ (round-­‑up ¡ready/Bt ¡crops) ¡

8/22/11 ¡ 3 ¡ Introduc=on: ¡Molecular ¡Biology ¡Pre-­‑ History ¡

• Besides ¡domes=ca=on, ¡understanding ¡how ¡

heredity ¡works ¡also ¡is ¡extremely ¡important ¡for ¡ public ¡health ¡

• Humans ¡have ¡known ¡for ¡long ¡periods ¡of ¡=me ¡that ¡

inbreeding ¡generally ¡results ¡in ¡expression ¡of ¡ deleterious ¡traits ¡(generally ¡due ¡to ¡more ¡efficient ¡ transmission ¡of ¡deleterious ¡gene ¡variants) ¡

• Let’s ¡take ¡the ¡example ¡of ¡the ¡Romanov’s ¡

– Tsar ¡Nicholas ¡Romanov ¡II ¡was ¡the ¡Czar ¡of ¡Russia ¡from ¡ ¡ – The ¡family ¡included ¡his ¡wife ¡Alexandria ¡as ¡well ¡as ¡ four ¡daughters ¡

• On ¡August ¡12, ¡1904 ¡Tsar ¡Nicholas ¡II ¡and ¡Alexandria ¡

had ¡their ¡first ¡son, ¡Alexis ¡

• Alexis ¡was ¡clumsy ¡as ¡a ¡young ¡child ¡and ¡fell ¡oben. ¡ ¡

When ¡he ¡cut ¡or ¡scraped ¡himself, ¡he ¡bled ¡profusely, ¡ and ¡bruises ¡caused ¡uncontrollable ¡internal ¡ bleeding ¡

• Alexis ¡was ¡suffering ¡from ¡a ¡disease ¡called ¡

hemophilia, ¡which ¡ran ¡through ¡the ¡Royal ¡Families ¡

• f ¡Europe ¡through ¡the ¡19th ¡century ¡ ¡ ¡ ¡

Introduc=on: ¡Molecular ¡Biology ¡Pre-­‑ History ¡ Introduc=on: ¡Molecular ¡Biology ¡Pre-­‑ History ¡

• At ¡the ¡=me ¡of ¡the ¡Romanov’s, ¡it ¡was ¡known ¡

that ¡the ¡disorder ¡ran ¡in ¡within ¡families ¡

– It ¡was ¡unknown ¡what ¡the ¡mechanism ¡of ¡ inheritance ¡of ¡the ¡disease ¡was ¡ – It ¡was ¡unknown ¡what ¡genes ¡were ¡implicated ¡

• Today, ¡through ¡Molecular ¡Biology, ¡we ¡know ¡

that ¡hemophiliacs ¡contain ¡a ¡defec=ve ¡ variant ¡of ¡the ¡Cloeng ¡Factor ¡VIII ¡gene ¡on ¡ the ¡X ¡chromosome ¡

• Today, ¡hemophilia ¡is ¡not ¡a ¡life ¡threatening ¡

disease ¡and ¡that ¡blood ¡transfusions ¡are ¡ unnecessary ¡

• Today, ¡using ¡molecular ¡biology ¡in ¡vitro, ¡we ¡

can ¡produce ¡the ¡Cloeng ¡Factor ¡VIII ¡protein, ¡ which ¡can ¡be ¡given ¡to ¡pa=ents ¡

8/22/11 ¡ 4 ¡ Introduc=on: ¡Molecular ¡Biology-­‑ Where ¡We ¡Go ¡From ¡Here ¡

• Define ¡Molecular ¡Biology ¡

– Ini=al ¡Terms ¡ – Modern ¡Terms ¡

• Understand ¡the ¡links ¡between ¡Gene=cs ¡and ¡

Molecular ¡Biology ¡

– How ¡the ¡field ¡of ¡Molecular ¡Biology ¡grew ¡out ¡of ¡ Gene=cs ¡ – How ¡we ¡came ¡to ¡learn ¡which ¡molecule ¡contains ¡the ¡ gene=c ¡informa=on ¡

Introduc=on: ¡Molecular ¡Biology-­‑ Where ¡We ¡Go ¡From ¡Here ¡

• Define ¡Molecular ¡Biology ¡

– Ini=al ¡Terms ¡ – Modern ¡Terms ¡

• Understand ¡the ¡links ¡between ¡Gene=cs ¡and ¡

Molecular ¡Biology ¡

– How ¡the ¡field ¡of ¡Molecular ¡Biology ¡grew ¡out ¡of ¡ Gene=cs ¡ – How ¡we ¡came ¡to ¡learn ¡which ¡molecule ¡contains ¡the ¡ gene=c ¡informa=on ¡

Introduc=on: ¡The ¡General ¡Defini=on ¡

• f ¡Molecular ¡Biology ¡
• The ¡term ¡Molecular ¡Biology ¡was ¡coined ¡by ¡
• Dr. ¡Warren ¡Weaver ¡in ¡1938 ¡
• Warren ¡Weaver ¡was ¡a ¡civil ¡engineer ¡and ¡

mathema=cian ¡by ¡trade ¡

• Weaver ¡was ¡a ¡great ¡advocate ¡for ¡science ¡

and ¡was ¡responsible ¡for ¡suppor=ng ¡grants ¡ for ¡gene=cs ¡and ¡molecular ¡biology ¡ ¡

• He ¡defined ¡molecular ¡biology ¡as ¡the ¡study ¡
• f ¡biological ¡phenomena ¡at ¡the ¡molecular ¡

level ¡(ini=al ¡defini=on) ¡

– This ¡defini=on ¡covers ¡a ¡wide ¡range ¡of ¡ phenomena ¡ – This ¡defini=on ¡is ¡inaccurate ¡in ¡that ¡it ¡does ¡ not ¡explain ¡

8/22/11 ¡ 5 ¡ Introduc=on: ¡The ¡Beginnings ¡of ¡ Molecular ¡Biology ¡

• Molecular ¡Biology: ¡Study ¡how ¡the ¡processes ¡of ¡

heredity, ¡evolu=on ¡as ¡well ¡as ¡how ¡basic ¡cellular ¡ func=ons ¡work ¡(More ¡Modern ¡Defini=on) ¡ ¡

• Heredity ¡can ¡be ¡defined ¡as ¡the ¡study ¡of ¡the ¡

passage ¡of ¡traits ¡from ¡parent ¡to ¡offspring ¡

– Abstract ¡Concepts ¡of ¡Gene=cs ¡ – Eye ¡color ¡ – Hair ¡color ¡ – Body ¡paUern ¡ – Disease ¡or ¡Disease ¡predisposi=on ¡

• Evolu=on ¡can ¡be ¡defined ¡as ¡the ¡development ¡of ¡

more ¡complex ¡organisms ¡from ¡less ¡complex ¡

• rganisms ¡

– Abstract ¡Concepts ¡of ¡Evolu=on ¡ – Development ¡of ¡an=bio=c ¡resistance ¡in ¡bacteria ¡ – Humans ¡developing ¡from ¡lesser ¡primates ¡apes ¡ ¡

• Processes ¡that ¡fall ¡under ¡molecular ¡biology ¡

necessary ¡for ¡cellular ¡func=on ¡

– DNA ¡replica=on/Segrega=on ¡ – Membrane ¡biosynthesis ¡ – Cellular ¡respira=on ¡

Introduc=on: ¡The ¡General ¡Defini=on ¡

• f ¡Molecular ¡Biology ¡
• Our ¡Main ¡Focus ¡in ¡Molecular ¡

Biology: ¡Molecular ¡basis ¡of ¡gene ¡ expression ¡

• Specifically, ¡if ¡one ¡wants ¡to ¡study ¡

gene ¡expression ¡mechanis=cally ¡on ¡ the ¡molecular ¡level, ¡then ¡one ¡follows ¡ the ¡different ¡molecules ¡that ¡allow ¡ for ¡expression ¡of ¡a ¡gene ¡as ¡well ¡as ¡ the ¡molecules ¡that ¡carry ¡out ¡the ¡ func=on ¡of ¡a ¡gene ¡ ¡

– Structure ¡of ¡DNA ¡and ¡the ¡hereditary ¡ informa=on ¡it ¡encodes ¡ – Structure ¡and ¡func=on ¡of ¡RNA ¡ – Structure ¡and ¡func=on ¡proteins ¡ – Mechanisms ¡of ¡DNA ¡replica=on ¡before ¡ cell ¡division ¡

¡Historical ¡Perspec=ves ¡on ¡Heredity: ¡ An ¡Introduc=on ¡

• The ¡study ¡of ¡heredity ¡is ¡not ¡just ¡limited ¡to ¡

the ¡modern ¡era, ¡but ¡started ¡over ¡2000 ¡years ¡ ago ¡

• The ¡study ¡of ¡heredity ¡asks ¡one ¡of ¡the ¡

fundamental ¡ques=ons ¡of ¡life, ¡how ¡do ¡we ¡ have ¡the ¡traits ¡we ¡have? ¡

• The ¡study ¡of ¡heredity ¡has ¡captured ¡the ¡

imagina=on ¡of ¡many ¡scien=sts ¡through ¡out ¡ history ¡

• The ¡study ¡of ¡heredity ¡started ¡long ¡ago ¡in ¡

ancient ¡Greece ¡with ¡Aristotle ¡(384-­‑322 ¡BC) ¡

– Aristotle ¡proposed ¡the ¡theory ¡of ¡pangenesis ¡ – Pangenesis: ¡Hereditary ¡characteris=cs ¡are ¡ transmiUed ¡by ¡gemmules ¡from ¡individual ¡ body ¡parts ¡

8/22/11 ¡ 6 ¡ Historical ¡Perspec=ves ¡on ¡Heredity: ¡ An ¡Introduc=on ¡

• Robert ¡Hooke ¡(1635-­‑1703) ¡

developed ¡the ¡first ¡microscope ¡in ¡ 1665 ¡and ¡allowed ¡humans ¡to ¡see ¡ cells ¡for ¡the ¡first ¡=me ¡

• The ¡use ¡of ¡microscopes ¡allowed ¡

for ¡the ¡visualiza=on ¡of ¡sperm ¡ and ¡eggs ¡

• Performa=onism: ¡Inside ¡the ¡

sperm ¡or ¡egg ¡exists ¡a ¡miniature ¡ adult ¡(a ¡homunculus) ¡which ¡ enlarges ¡during ¡development ¡

• Note: ¡performa=onism ¡meant ¡

that ¡all ¡traits ¡would ¡be ¡inherited ¡ from ¡one ¡parent ¡

Historical ¡Perspec=ves ¡on ¡Heredity: ¡ The ¡Age ¡of ¡Mendel ¡

• It ¡was ¡not ¡un=l ¡the ¡1860s ¡that ¡mechanisms ¡of ¡

heredity ¡started ¡to ¡become ¡truly ¡understood ¡

• The ¡person ¡responsible ¡for ¡determining ¡the ¡

mechanism ¡of ¡heredity ¡was ¡the ¡Austrian ¡monk ¡ Gregor ¡Mendel ¡ ¡

• Gregor ¡Mendel ¡was ¡born ¡in ¡1822 ¡in ¡what ¡is ¡now ¡

considered ¡the ¡Czech ¡Republic ¡to ¡a ¡family ¡of ¡ farmers ¡

• Although ¡his ¡family ¡had ¡liUle ¡money, ¡he ¡s=ll ¡

received ¡a ¡substan=al ¡educa=on ¡during ¡his ¡ childhood ¡ ¡

• In ¡1843, ¡Mendel ¡was ¡admiUed ¡to ¡the ¡Augus=nian ¡

Monastary ¡in ¡Brno, ¡where ¡he ¡was ¡trained ¡as ¡a ¡ priest ¡

• Mendel ¡later ¡went ¡on ¡the ¡become ¡a ¡teacher ¡and ¡

scholar ¡

• Later ¡he ¡went ¡on ¡to ¡further ¡his ¡educa=on ¡at ¡the ¡

University ¡of ¡Vienna ¡from ¡1851-­‑1853, ¡where ¡he ¡ took ¡courses ¡in ¡Math, ¡Chemistry, ¡Paleontology, ¡ Botany ¡and ¡Plant ¡Physiology ¡ ¡

Historical ¡Perspec=ves ¡on ¡Heredity: ¡ The ¡Age ¡of ¡Mendel ¡

• Most ¡scien=sts ¡during ¡the ¡middle-­‑late ¡1800s ¡

sought ¡to ¡follow ¡human ¡traits ¡as ¡they ¡thought ¡ (without ¡evidence) ¡that ¡each ¡organism ¡inherited ¡ traits ¡in ¡much ¡different ¡manners ¡than ¡other ¡

• rganism ¡
• The ¡other ¡scien=sts ¡of ¡that ¡=me ¡who ¡did ¡follow ¡

human ¡traits ¡followed ¡those ¡that ¡generally ¡are ¡ inherited ¡in ¡a ¡more ¡complex ¡manner ¡ ¡

– Traits ¡may ¡involve ¡many ¡genes ¡ ¡ – These ¡genes ¡may ¡have ¡strong ¡interac=ons ¡with ¡ environmental ¡factors ¡

• Mendel ¡took ¡a ¡different ¡approach ¡because ¡he ¡

decided ¡he ¡could ¡not ¡use ¡people ¡as ¡a ¡system ¡for ¡ studying ¡inheritance, ¡he ¡instead ¡bred ¡pea ¡plants ¡

• Mendel ¡was ¡easily ¡able ¡to ¡isolate ¡different ¡strains ¡
• f ¡pea ¡plant ¡with ¡very ¡dis=nct ¡characteris=cs ¡

– Seed ¡shape ¡ – Seed ¡color ¡ – Pod ¡shape ¡ – Stem ¡length ¡

8/22/11 ¡ 7 ¡ Historical ¡Perspec=ves ¡on ¡Heredity: ¡ The ¡Age ¡of ¡Mendel ¡

• Through ¡his ¡work ¡with ¡pea ¡plants ¡he ¡was ¡

able ¡to ¡determine ¡how ¡each ¡of ¡these ¡ individual ¡traits ¡were ¡inherited ¡from ¡parent ¡ to ¡offspring ¡

• Each ¡trait ¡was ¡controlled ¡by ¡a ¡pair ¡of ¡factors ¡
• From ¡Mendel’s ¡study ¡of ¡the ¡different ¡traits, ¡

and ¡their ¡mul=ple ¡factors, ¡came ¡his ¡law ¡of ¡ Independent ¡Segrega=on ¡ ¡(Mendel’s ¡second ¡ law) ¡

– Each ¡trait ¡is ¡determined ¡by ¡different ¡factors ¡ – Each ¡organism ¡must ¡inherit ¡two ¡factors ¡for ¡ each ¡trait ¡(one ¡from ¡each ¡parent) ¡ – Each ¡parent ¡then ¡must ¡segregate ¡his/her ¡two ¡ factors ¡into ¡separate ¡gametes ¡

• In ¡Mendel’s ¡experiments, ¡he ¡no=ced ¡that ¡

certain ¡factors ¡are ¡dominant ¡to ¡others, ¡ which ¡led ¡to ¡postulate ¡a ¡Concept ¡of ¡ Dominance ¡ ¡

• Today, ¡we ¡find ¡that ¡each ¡trait ¡is ¡determined ¡

by ¡a ¡gene ¡and ¡that ¡each ¡gene ¡can ¡exist ¡in ¡ mul=ple ¡forms ¡(factors) ¡called ¡alleles ¡

Historical ¡Perspec=ves ¡on ¡Heredity: ¡ The ¡Age ¡of ¡Mendel ¡

• Mendel ¡extended ¡his ¡breeding ¡experiments ¡

such ¡that ¡he ¡could ¡follow ¡more ¡than ¡one ¡ trait ¡at ¡a ¡=me ¡

• From ¡the ¡results ¡of ¡these ¡experiments ¡he ¡

postulated ¡the ¡law ¡of ¡independent ¡ assortment ¡(Mendel’s ¡first ¡law), ¡

• The ¡first ¡law ¡states ¡that ¡for ¡each ¡trait, ¡the ¡

factors ¡will ¡assort ¡independently ¡from ¡one ¡ another ¡during ¡gamete ¡forma=on ¡ ¡

– Each ¡gamete ¡will ¡have ¡one ¡factor ¡for ¡each ¡ trait ¡ – The ¡presence ¡of ¡a ¡specific ¡factor ¡for ¡one ¡gene ¡ will ¡have ¡no ¡influence ¡on ¡which ¡factor ¡will ¡be ¡ present ¡for ¡another ¡gene ¡

• Upon ¡union ¡of ¡two ¡gametes, ¡each ¡trait ¡will ¡

again ¡be ¡represented ¡by ¡two ¡factors ¡

Historical ¡Perspec=ves ¡on ¡Heredity: ¡The ¡Age ¡of ¡ Mendel ¡ ¡

• Mendel ¡performed ¡his ¡work ¡generally ¡outside ¡the ¡

scien=fic ¡community, ¡and ¡thus, ¡his ¡work ¡although ¡ published ¡was ¡not ¡exactly ¡viewed ¡favorably ¡(36 ¡ years) ¡

• His ¡work ¡sat ¡idle ¡un=l ¡1900 ¡when ¡Hugo ¡DeVries, ¡

Karl ¡Correns ¡and ¡Erich ¡Von ¡Tschermak ¡ independently ¡recreated ¡his ¡work ¡

• Although ¡Mendel ¡was ¡able ¡to ¡determine ¡how ¡

different ¡traits ¡were ¡inherited ¡he ¡had ¡no ¡idea ¡how ¡ traits ¡were ¡encoded ¡

– Had ¡no ¡idea ¡that ¡traits ¡were ¡determined ¡by ¡genes ¡ – Had ¡no ¡idea ¡what ¡genes ¡were ¡composed ¡of ¡

• During ¡the ¡early ¡1900’s, ¡many ¡other ¡scien=sts ¡

determined ¡the ¡mechanisms ¡of ¡inheritance ¡for ¡a ¡ large ¡number ¡of ¡traits ¡in ¡a ¡variety ¡of ¡different ¡

• rganisms ¡
• In ¡the ¡early ¡1900’s ¡Thomas ¡Hunt ¡Morgan ¡

postulated ¡sex-­‑linkage ¡for ¡which ¡he ¡won ¡a ¡Nobel ¡ Prize ¡

8/22/11 ¡ 8 ¡ Historical ¡Perspec=ves ¡on ¡Heredity: ¡ The ¡Chromosomal ¡Theory ¡of ¡Heredity ¡

• One ¡of ¡the ¡main ¡difficul=es ¡in ¡the ¡

acceptance ¡of ¡Mendel’s ¡work ¡is ¡the ¡lack ¡of ¡ actual ¡physical ¡evidence ¡

• August ¡Weisman ¡(1893) ¡was ¡one ¡of ¡the ¡first ¡

scien=sts ¡to ¡link ¡behavior ¡of ¡chromosomes ¡ to ¡heredity ¡

• When ¡studied ¡segrega=on ¡of ¡chromosomes, ¡

he ¡no=ced ¡that ¡the ¡number ¡of ¡ chromosomes ¡in ¡the ¡nuclei ¡of ¡germ ¡cells ¡is ¡

• halved. ¡ ¡Therefore, ¡he ¡postulated ¡that ¡the ¡

material ¡of ¡heredity ¡(gene=c ¡informa=on) ¡is ¡ located ¡in ¡the ¡nucleus ¡ ¡

• From ¡this, ¡Weisman ¡postulated ¡that ¡The ¡

Germ-­‑plasm ¡theory ¡

– States ¡that ¡cells ¡in ¡the ¡reproduc=ve ¡organs ¡ carry ¡a ¡complete ¡set ¡of ¡gene=c ¡informa=on, ¡ and ¡that ¡this ¡informa=on ¡is ¡passed ¡along ¡to ¡ the ¡egg ¡and ¡sperm ¡ – Perhaps ¡this ¡informa=on ¡is ¡present ¡in ¡the ¡ chromosomes ¡

Historical ¡Perspec=ves ¡on ¡Heredity: ¡ The ¡Chromosomal ¡Theory ¡of ¡Heredity ¡

• In ¡1903 ¡Walter ¡SuUon ¡published ¡his ¡paper ¡“The ¡

Chromosomes ¡in ¡Heredity ¡

– Paper ¡focused ¡on ¡the ¡principles ¡in ¡Meiosis ¡ – SuUon ¡saw ¡that ¡there ¡appeared ¡to ¡be ¡two ¡copies ¡for ¡ each ¡chromosome ¡ – During ¡meiosis, ¡each ¡gamete ¡receives ¡only ¡one ¡ member ¡of ¡of ¡the ¡chromosome ¡pair, ¡which ¡ appropriately ¡follows ¡Mendel’s ¡law ¡of ¡independent ¡ assortment ¡ ¡

• SuUon’s ¡Conclusions ¡

– Chromosomal ¡movement ¡explains ¡Mendel’s ¡second ¡ law ¡(independent ¡segrega=on) ¡ – Proposal ¡of ¡the ¡Chromosomal ¡Theory ¡of ¡Heredity ¡

• SuUon ¡assumed ¡that ¡genes ¡are ¡part ¡of ¡the ¡

chromosome ¡

– Assumed ¡that ¡the ¡seed ¡color ¡gene ¡is ¡found ¡on ¡one ¡ pair ¡of ¡chromosomes ¡ – Explains ¡the ¡3:1 ¡ra=o ¡when ¡crossing ¡heterozygotes ¡ – He ¡also ¡assumed ¡that ¡seed ¡shape ¡genes ¡were ¡found ¡

• n ¡another ¡pair ¡of ¡chromosomes ¡from ¡the ¡seed ¡color ¡

genes, ¡which ¡allow ¡for ¡the ¡observed ¡9:3:3:1 ¡ra=o ¡

• SuUon’s ¡results ¡were ¡important ¡for ¡two ¡reasons ¡

– Most ¡importantly ¡suggested ¡(but ¡did ¡not ¡prove) ¡ physical ¡evidence ¡for ¡Mendel’s ¡rules ¡regarding ¡ segrega=on ¡ – Linked ¡the ¡study ¡of ¡Gene=cs ¡to ¡the ¡study ¡of ¡cytology ¡ and ¡would ¡drive ¡the ¡development ¡of ¡the ¡field ¡of ¡ Molecular ¡Biology ¡

Historical ¡Perspec=ves: ¡The ¡ Chromosomal ¡Theory ¡of ¡Heredity ¡

• With ¡the ¡work ¡of ¡SuUon ¡and ¡

the ¡Chromosomal ¡Theory ¡of ¡ ¡ Heredity ¡two ¡ques=ons ¡ remained ¡

– What ¡were ¡the ¡chromosomes ¡ composed ¡of? ¡ – What ¡material ¡carried ¡the ¡ informa=on ¡of ¡heredity? ¡

• Given ¡that ¡the ¡chromosomes ¡

appeared ¡to ¡segregate ¡ according ¡to ¡Mendel’s ¡laws ¡of ¡ independent ¡segrega=on, ¡ then ¡the ¡material(s) ¡that ¡ compose ¡chromosomes ¡must ¡ also ¡be ¡responsible ¡for ¡ heredity ¡ ¡ ¡

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The ¡Beginnings ¡of ¡Molecular ¡Biology: ¡Friedrich ¡Meischer’s ¡ Contribu=ons ¡To ¡Determining ¡Which ¡Molecule ¡Holds ¡ Gene=c ¡Informa=on ¡

• At ¡about ¡the ¡same ¡=me ¡that ¡Mendel ¡

was ¡working ¡on ¡his ¡pea ¡plants, ¡ Friedrich ¡Meischer ¡(1868) ¡was ¡ embarking ¡on ¡studying ¡the ¡chemical ¡ makeup ¡of ¡cells ¡

• Meicher ¡theorized ¡that ¡to ¡determine ¡

the ¡material ¡of ¡heredity ¡one ¡must ¡ understand ¡the ¡chemical ¡nature ¡of ¡ cells ¡

• Meicher, ¡in ¡order ¡to ¡determine ¡the ¡

material ¡of ¡heredity ¡studied ¡the ¡ chemistry ¡of ¡pus ¡

• Pus ¡includes ¡bacteria, ¡which ¡cause ¡

an ¡infec=on, ¡as ¡well ¡as ¡many ¡white ¡ blood ¡cells, ¡which ¡are ¡called ¡on ¡to ¡ fight ¡the ¡infec=on ¡

The ¡Beginnings ¡of ¡Molecular ¡Biology: ¡Friedrich ¡Meischer’s ¡ Contribu=ons ¡To ¡Determining ¡Which ¡Molecule ¡Holds ¡ Gene=c ¡Informa=on ¡

• Meicher ¡took ¡the ¡white ¡blood ¡

cells ¡and ¡isolated ¡their ¡nuclei ¡to ¡ study ¡what ¡was ¡inside ¡

• Upon ¡analysis, ¡he ¡expected ¡to ¡

find ¡protein ¡inside ¡the ¡nucleus, ¡ however, ¡he ¡found ¡the ¡ra=os ¡of ¡ carbon ¡and ¡nitrogen ¡to ¡be ¡ inconsistent ¡the ¡presence ¡of ¡ protein ¡

• As ¡well, ¡he ¡found ¡that ¡the ¡

material ¡was ¡slightly ¡acidic ¡and ¡ importantly ¡was ¡high ¡in ¡ phosphorus-­‑he ¡called ¡this ¡ material ¡nuclein ¡

• With ¡further ¡analysis ¡of ¡nuclein, ¡

he ¡found ¡that ¡the ¡three ¡main ¡ components ¡of ¡nuclein ¡were ¡ phosphate, ¡sugar ¡and ¡a ¡nitrogen ¡ containing ¡base ¡

The ¡Beginnings ¡of ¡Molecular ¡Biology: ¡ ¡The ¡Controversy ¡ Between ¡DNA ¡and ¡Protein ¡Carrying ¡the ¡Informa=on ¡of ¡ Heredity ¡

• In ¡the ¡early ¡20th ¡Century ¡the ¡controversy ¡raged ¡which ¡molecule ¡

contained ¡the ¡informa=on ¡of ¡heredity ¡

– Nucleic ¡Acid ¡(DNA) ¡ – Protein ¡

• Due ¡to ¡the ¡chemical ¡nature ¡of ¡each ¡molecule, ¡it ¡was ¡thought ¡that ¡

proteins ¡contained ¡the ¡informa=on ¡of ¡heredity ¡

– Proteins ¡are ¡composed ¡of ¡a ¡possible ¡20 ¡different ¡amino ¡acids ¡ – Each ¡amino ¡acid ¡has ¡its ¡own ¡chemical ¡proper=es ¡ – Within ¡a ¡cell ¡there ¡could ¡be ¡many ¡different ¡varia=ons ¡of ¡protein ¡

• DNA ¡was ¡thought ¡to ¡be ¡much ¡less ¡complex ¡than ¡protein ¡and ¡thus ¡could ¡

not ¡be ¡the ¡material ¡of ¡heredity ¡

– Composed ¡of ¡only ¡four ¡different ¡nitrogenous ¡bases ¡ – Only ¡a ¡few ¡structural ¡varia=ons ¡

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The ¡Beginnings ¡of ¡Molecular ¡Biology: ¡Fredrick ¡ Griffith’s ¡Contribu=ons ¡To ¡Molecular ¡Biology ¡

• In ¡Griffith’s ¡experiments ¡he ¡used ¡two ¡

different ¡strains ¡of ¡S. ¡pneumoniae ¡ ¡

– Type ¡IIIR ¡ – Type ¡IIIS ¡

• Griffith ¡first ¡injected ¡the ¡non-­‑

pathogenic ¡Type ¡IIIR ¡strain ¡and ¡found ¡ that ¡the ¡mice ¡survived ¡

• Next, ¡Griffth ¡injected ¡the ¡pathogenic ¡

Type ¡IIIS ¡strain ¡into ¡the ¡mice ¡and ¡ they ¡died ¡

• Griffith ¡treated ¡Type ¡S ¡bacteria ¡with ¡

heat, ¡thus ¡killing ¡them ¡

• When ¡he ¡injected ¡the ¡heat ¡killed ¡

type ¡S ¡bacteria, ¡he ¡found ¡that ¡the ¡ mice ¡remained ¡healthy ¡

The ¡Beginnings ¡of ¡Molecular ¡Biology: ¡Fredrick ¡ Griffith’s ¡Contribu=ons ¡To ¡Molecular ¡Biology ¡

• The ¡last ¡experiment ¡he ¡did ¡was ¡he ¡mixed ¡

the ¡heat ¡killed ¡type ¡S ¡bacteria ¡with ¡the ¡live ¡ type ¡R ¡bacteria ¡

• He ¡then ¡injected ¡this ¡mixture, ¡and ¡found ¡

that ¡the ¡mice ¡became ¡sick ¡and ¡died ¡

• He ¡concluded ¡that ¡there ¡was ¡a ¡transfer ¡of ¡

some ¡component ¡from ¡the ¡dead ¡pathogenic ¡ (Type ¡S) ¡bacteria ¡to ¡the ¡live ¡non-­‑pathogenic ¡ Type ¡R ¡bacteria ¡to ¡make ¡it ¡become ¡ pathogenic ¡

• He ¡called ¡this ¡component ¡the ¡transforming ¡

principle, ¡that ¡when ¡transmiUed ¡from ¡the ¡ dead ¡S ¡to ¡the ¡live ¡R ¡bacteria ¡allowed ¡them ¡ to ¡become ¡pathogenic ¡

• Griffith ¡was ¡not ¡able ¡to ¡determine ¡the ¡true ¡

chemical ¡nature ¡of ¡the ¡transforming ¡ principle ¡

The ¡Beginnings ¡of ¡Molecular ¡Biology: ¡In ¡vitro ¡ Experiments ¡Based ¡on ¡Griffith’s ¡work ¡

• In ¡1931, ¡Henry ¡Dawson ¡showed ¡that ¡the ¡mouse ¡was ¡not ¡needed ¡for ¡

transforma=on ¡

– He ¡heat ¡killed ¡the ¡pathogenic ¡type ¡S ¡bacteria ¡and ¡then ¡mixed ¡it ¡with ¡the ¡the ¡live ¡type ¡R ¡ bacteria ¡ – Instead ¡of ¡injec=ng ¡the ¡mixture ¡into ¡mice, ¡he ¡plated ¡the ¡mixture ¡on ¡agar ¡plates ¡ – He ¡found ¡some ¡type ¡R ¡colonies ¡and ¡some ¡type ¡S ¡colonies ¡on ¡his ¡plates ¡

• In ¡1933, ¡Lionel ¡Alloway ¡showed ¡that ¡a ¡cell-­‑free ¡extract ¡prepared ¡from ¡broken ¡

type ¡S ¡bacteria ¡could ¡also ¡be ¡used ¡for ¡transforma=on ¡of ¡live ¡type ¡R ¡cells ¡to ¡type ¡S ¡ cells ¡ ¡

• In ¡1941 ¡Oswald ¡Avery, ¡Colin ¡MacLeod ¡and ¡Maclyn ¡McCarty ¡took ¡Griffith’s ¡

experiment ¡further ¡to ¡determine ¡the ¡true ¡chemical ¡nature ¡of ¡the ¡transforming ¡ principle ¡

– Took ¡mixtures ¡and ¡incubated ¡them ¡with ¡different ¡degrada=ve ¡enzymes ¡ – DNase ¡ – RNase ¡ – Protease ¡

8/22/11 ¡ 11 ¡

The ¡Beginnings ¡of ¡Molecular ¡Biology: ¡In ¡vitro ¡ Experiments ¡Based ¡on ¡Griffith’s ¡work ¡

Historical ¡Perspec=ves: ¡The ¡Hershey-­‑ Chase ¡Experiment ¡

• Even ¡with ¡the ¡results ¡of ¡Avery, ¡MacLeod ¡and ¡

McCarty, ¡the ¡controversy ¡about ¡whether ¡DNA ¡or ¡ protein ¡contained ¡the ¡informa=on ¡of ¡heredity, ¡was ¡ s=ll ¡raging ¡

• Hershey ¡and ¡Chase ¡performed ¡what ¡is ¡now ¡

recognized ¡as ¡the ¡sen=nel ¡experiment, ¡which ¡put ¡ the ¡controversy ¡to ¡rest ¡ ¡

• In ¡order ¡to ¡determine ¡whether ¡protein ¡or ¡DNA ¡was ¡

being ¡inserted ¡into ¡the ¡host ¡cell, ¡Hershey ¡and ¡ Chase ¡needed ¡to ¡find ¡a ¡way ¡to ¡label ¡each ¡type ¡of ¡ molecule ¡

• Hershey ¡and ¡Chase ¡used ¡the ¡T2 ¡bacteriophage, ¡in ¡

their ¡experiments ¡

• T2 ¡bacteriophage ¡is ¡a ¡virus ¡that ¡infect ¡E. ¡coli. ¡ ¡

Viruses ¡are ¡unable ¡to ¡reproduce ¡on ¡their ¡own, ¡they ¡ need ¡to ¡reproduce ¡use ¡a ¡host ¡cell ¡ ¡

• At ¡the ¡=me, ¡it ¡was ¡known ¡that ¡a ¡virus ¡had ¡an ¡outer ¡

protein ¡coat, ¡and ¡inside ¡this ¡protein ¡coat ¡was ¡DNA ¡

• When ¡a ¡T2 ¡bacteriophage ¡infects ¡and ¡E. ¡coli, ¡it ¡

aUaches ¡to ¡the ¡outside, ¡and ¡then ¡injects ¡its ¡gene=c ¡ material ¡into ¡the ¡E. ¡coli ¡cell. ¡Once ¡injected, ¡the ¡cell ¡ uses ¡this ¡gene=c ¡material ¡to ¡make ¡new ¡virus ¡

• What ¡Hershey ¡and ¡Chase ¡wanted ¡to ¡do ¡was ¡to ¡

figure ¡out ¡what ¡got ¡inserted ¡into ¡the ¡host ¡cell ¡ because ¡that ¡must ¡be ¡the ¡gene=c ¡material ¡

The ¡Beginnings ¡of ¡Molecular ¡Biology: ¡ The ¡Hershey-­‑Chase ¡Experiment ¡

• They ¡knew ¡protein ¡contained ¡sulfur, ¡whereas ¡DNA ¡

did ¡not ¡and ¡DNA ¡contained ¡phosphorus ¡whereas ¡ proteins ¡did ¡not ¡

• They ¡labeled ¡proteins ¡with ¡a ¡radioac=ve ¡form ¡of ¡

sulfur ¡(35S) ¡ ¡

• They ¡labeled ¡DNA ¡with ¡a ¡radioac=ve ¡form ¡of ¡

phosphorus ¡(32P) ¡

• Next ¡they ¡created ¡Bacteriophage ¡that ¡had ¡either ¡

their ¡DNA ¡labeled ¡with ¡32P ¡or ¡their ¡protein ¡labeled ¡ with ¡35S ¡

• They ¡then ¡took ¡their ¡phage ¡that ¡either ¡contained ¡

radioac=ve ¡protein ¡or ¡radioac=ve ¡DNA ¡and ¡ infected ¡E. ¡coli ¡with ¡them ¡

• Upon ¡infec=on, ¡the ¡viruses ¡would ¡bind ¡to ¡the ¡
• utside ¡of ¡the ¡E. ¡coli ¡cell ¡and ¡insert ¡their ¡gene=c ¡

material ¡ ¡

• Next, ¡they ¡took ¡their ¡mixture ¡containing ¡infected ¡E. ¡

coli ¡and ¡used ¡a ¡blender ¡to ¡lightly ¡shear ¡off ¡ whatever ¡was ¡leb ¡that ¡was ¡bound ¡to ¡the ¡outside ¡of ¡ the ¡cell ¡

• They ¡then ¡centrifuged ¡their ¡sample ¡to ¡pellet ¡the ¡
• bacteria. ¡This ¡leaves ¡any ¡part ¡of ¡the ¡phage ¡that ¡was ¡

not ¡inserted ¡into ¡the ¡cell ¡leb ¡in ¡solu=on ¡ (supernatant) ¡

8/22/11 ¡ 12 ¡ The ¡Beginnings ¡of ¡Molecular ¡Biology: ¡ The ¡Hershey-­‑Chase ¡Experiment ¡

• When ¡they ¡looked ¡at ¡sample ¡in ¡

which ¡the ¡phage ¡contained ¡ radioac=ve ¡protein ¡(35S), ¡they ¡found ¡ that ¡the ¡radioac=vity ¡was ¡found ¡in ¡ the ¡supernatant ¡and ¡not ¡in ¡the ¡ bacterial ¡pellet ¡

• This ¡suggests ¡that ¡protein ¡is ¡not ¡

inserted ¡into ¡the ¡host ¡cell, ¡and ¡thus ¡ protein ¡would ¡not ¡be ¡the ¡gene=c ¡ material ¡

• In ¡contrast, ¡when ¡they ¡looked ¡at ¡the ¡

sample ¡in ¡which ¡the ¡phage ¡ contained ¡radioac=ve ¡DNA ¡(32P), ¡ they ¡found ¡that ¡the ¡radioac=vity ¡was ¡ found ¡in ¡the ¡bacterial ¡pellet ¡and ¡not ¡ in ¡the ¡supernatant ¡

• This ¡suggests ¡that ¡DNA ¡is ¡being ¡

inserted ¡into ¡the ¡host ¡cell, ¡and ¡thus, ¡ DNA ¡would ¡be ¡the ¡gene=c ¡material ¡

The ¡Beginnings ¡of ¡Molecular ¡Biology: ¡ A ¡Model ¡For ¡the ¡Structure ¡of ¡DNA ¡

• Previously, ¡it ¡had ¡been ¡shown ¡that ¡DNA ¡is ¡

composed ¡of ¡three ¡different ¡components ¡

– Sugar ¡ – Phosphate ¡ – Nitrogenous ¡bases ¡

• It ¡was ¡known ¡that ¡there ¡were ¡four ¡nitrogenous ¡

bases ¡

– Adenine ¡ – Thymine ¡ – Cytosine ¡ – Guanine ¡

• Quan=ta=ve ¡methods ¡by ¡Erwin ¡Chargaff ¡had ¡

shown ¡that ¡the ¡the ¡number ¡of ¡[A] ¡= ¡[T] ¡and ¡the ¡ amount ¡of ¡[G] ¡=[C] ¡(However, ¡[G+C] ¡does ¡not ¡equal ¡ [A+T] ¡

• Based ¡off ¡of ¡this ¡work, ¡and ¡by ¡X-­‑ray ¡diffrac=on ¡

analysis ¡on ¡DNA ¡by ¡Maurice ¡Wilkins ¡and ¡Rosalind ¡ Franklin, ¡ ¡James ¡Watson ¡and ¡Francis ¡Crick ¡were ¡ able ¡to ¡determine ¡the ¡3-­‑D ¡structure ¡of ¡DNA ¡ ¡

– Found ¡that ¡the ¡shape ¡of ¡DNA ¡is ¡in ¡the ¡form ¡of ¡a ¡helix ¡

• f ¡constant ¡diameter ¡

– Found ¡that ¡the ¡nitrogenous ¡bases ¡were ¡stacked ¡ towards ¡the ¡interior ¡of ¡the ¡molecule, ¡with ¡the ¡ backbone ¡containing ¡sugar ¡(deoxyribose) ¡and ¡ phosphate ¡ – They ¡were ¡able ¡to ¡determine ¡the ¡distance ¡between ¡ the ¡stacked ¡bases ¡

The ¡Beginnings ¡of ¡Molecular ¡Biology: ¡ A ¡Model ¡For ¡the ¡Structure ¡of ¡DNA ¡

8/22/11 ¡ 13 ¡ The ¡Gene ¡Is ¡The ¡Basic ¡Unit ¡of ¡ Heredity: ¡Introduc=on ¡

• As ¡Mendel ¡worked ¡with ¡his ¡pea ¡plants ¡he ¡had ¡no ¡

concept ¡of ¡what ¡a ¡gene ¡was ¡

• Instead ¡he ¡was ¡only ¡following ¡hereditary ¡

characteris=cs ¡

– Seed ¡shape ¡ – Seed ¡color ¡ – Plant ¡size ¡

• In ¡1889 ¡Hugo ¡de ¡Vries ¡tried ¡to ¡explain ¡Mendel’s ¡

factors ¡in ¡his ¡book ¡“Intracellular ¡Pangenesis” ¡

• De ¡Vries ¡ ¡stated ¡that ¡the ¡pangen ¡is ¡“smallest ¡

par=cle ¡represen=ng ¡one ¡hereditary ¡characteris=c” ¡

• About ¡20 ¡years ¡late ¡Wilhelm ¡Johannsen ¡coined ¡the ¡

term ¡gene ¡by ¡shortening ¡the ¡word ¡pangen ¡ ¡

• Be ¡aware ¡neither ¡scien=st ¡understood ¡physically ¡

what ¡a ¡gene ¡was, ¡they ¡only ¡knew ¡that ¡it ¡encoded ¡a ¡ specific ¡hereditary ¡characteris=c ¡

The ¡Gene ¡Is ¡The ¡Basic ¡Unit ¡of ¡Heredity: ¡The ¡ Molecular ¡Iden=ty ¡of ¡a ¡Gene ¡

• Over ¡=me, ¡it ¡was ¡determined ¡that ¡the ¡genes ¡were ¡

located ¡on ¡chromosomes, ¡which ¡were ¡composed ¡of ¡ primarily ¡DNA ¡and ¡associated ¡proteins ¡ ¡

• As ¡early ¡as ¡1910, ¡Thomas ¡Hunt ¡Morgan ¡and ¡his ¡

research ¡group ¡at ¡Columbia ¡University ¡started ¡ mapping ¡the ¡exact ¡posi=ons ¡of ¡each ¡discovered ¡ gene ¡within ¡the ¡genome ¡

– Morgan ¡and ¡his ¡group ¡worked ¡with ¡Drosophila ¡ melanogaster ¡ – Produced ¡mutant ¡flies ¡with ¡different ¡characteris=cs ¡ (mutant ¡strains) ¡ ¡

• Morgan ¡and ¡his ¡group ¡were ¡able ¡to ¡map ¡their ¡

posi=ons ¡by ¡using ¡a ¡series ¡of ¡gene=c ¡crosses ¡using ¡ his ¡different ¡mutant ¡strains ¡

– Mapped ¡each ¡new ¡gene ¡with ¡respect ¡to ¡known ¡genes ¡ – Were ¡able ¡to ¡map ¡each ¡gene ¡by ¡determining ¡which ¡ genes ¡were ¡linked ¡(on ¡the ¡same ¡chromosome) ¡

• By ¡1913 ¡Alfred ¡Sturtyvant, ¡student ¡in ¡Morgans’s ¡

lab, ¡produced ¡the ¡first ¡ever ¡physical ¡map ¡loca=ng ¡ each ¡known ¡gene ¡of ¡an ¡organism’s ¡genome ¡ (Drosophila) ¡

• At ¡this ¡point ¡in ¡=me, ¡a ¡gene ¡was ¡being ¡beUer ¡

defined ¡as ¡a ¡unit ¡that ¡encodes ¡a ¡specific ¡inherited ¡ trait ¡

The ¡Gene ¡Is ¡The ¡Basic ¡Unit ¡of ¡Heredity: ¡Determining ¡ What ¡A ¡Gene ¡Encodes ¡on ¡a ¡Molecular ¡Level ¡ ¡

• As ¡the ¡field ¡of ¡molecular ¡biology ¡started ¡to ¡

develop, ¡researchers ¡wanted ¡to ¡develop ¡a ¡ beUer ¡molecular ¡defini=on ¡of ¡a ¡gene ¡

– What ¡the ¡structure ¡of ¡a ¡gene ¡looks ¡like ¡ – More ¡importantly, ¡what ¡a ¡gene ¡actually ¡ encodes ¡

• In ¡1941, ¡George ¡Beadle ¡and ¡Edward ¡L. ¡

Tatum ¡were ¡the ¡first ¡to ¡demonstrate ¡the ¡link ¡ between ¡a ¡gene ¡and ¡a ¡step ¡in ¡a ¡metabolic ¡ pathway ¡which ¡is ¡catalyzed ¡by ¡an ¡enzyme ¡

• Beadle ¡and ¡Tatum ¡worked ¡backwards ¡using ¡

specific ¡mutants ¡of ¡the ¡pink ¡bread ¡mold, ¡ Neurospora ¡crassa ¡in ¡which ¡specific ¡ chemical ¡reac=ons ¡were ¡blocked ¡

• Beadle ¡and ¡Tatum ¡followed ¡the ¡biochemical ¡

pathway ¡for ¡niacin ¡biosynthesis ¡

– Considered ¡a ¡water ¡soluble ¡vitamin ¡ – Niacin ¡is ¡a ¡precursor ¡to ¡NADPH ¡

8/22/11 ¡ 14 ¡

The ¡Gene ¡Is ¡The ¡Basic ¡Unit ¡of ¡Heredity: ¡Determining ¡ What ¡A ¡Gene ¡Encodes ¡on ¡a ¡Molecular ¡Level ¡ ¡

• Beadle ¡and ¡Tatum ¡knew ¡that ¡niacin ¡could ¡be ¡

produced ¡star=ng ¡from ¡the ¡amino ¡acid ¡tryptophan ¡

• Niacin ¡produc=on ¡from ¡tryptophan ¡is ¡not ¡just ¡a ¡
• ne ¡step ¡process, ¡in ¡that ¡there ¡are ¡several ¡

intermediates ¡involved ¡

– Kynurenine ¡ – 3-­‑hydroxyanthranilic ¡acid ¡ ¡

• Beadle ¡and ¡Tatum ¡understood ¡that ¡produc=on ¡of ¡

Niacin ¡was ¡a ¡three ¡step ¡process, ¡which ¡involves ¡ three ¡different ¡enzymes ¡

– Each ¡enzyme ¡catalyzes ¡a ¡specific ¡step ¡ – Hypothesized ¡that ¡each ¡enzyme ¡was ¡encoded ¡by ¡a ¡ different ¡gene ¡

• To ¡test ¡this, ¡they ¡induced ¡muta=ons ¡into ¡the ¡

Neurospora ¡by ¡using ¡X-­‑irradia=on ¡and ¡then ¡plated ¡ them ¡on ¡minimal ¡medium, ¡or ¡supplemented ¡media ¡

• As ¡long ¡as ¡a ¡metabolic ¡step ¡is ¡not ¡affected ¡by ¡the ¡X-­‑

irradia=on, ¡the ¡Neurospora ¡should ¡grow ¡on ¡the ¡ minimal ¡media ¡

• However, ¡failure ¡to ¡grow ¡on ¡the ¡media ¡indicates ¡

that ¡a ¡muta=on ¡has ¡occurred ¡leading ¡to ¡a ¡growth ¡ defect ¡ ¡ ¡

The ¡Gene ¡Is ¡The ¡Basic ¡Unit ¡of ¡Heredity: ¡Determining ¡ What ¡A ¡Gene ¡Encodes ¡on ¡a ¡Molecular ¡Level ¡ ¡

• Beadle ¡and ¡Tatum ¡observed ¡

a ¡one-­‑to-­‑one ¡ correspondence ¡between ¡ the ¡gene=c ¡muta=ons ¡and ¡ the ¡lack ¡of ¡a ¡specific ¡ enzyme ¡required ¡in ¡a ¡ biochemical ¡pathway ¡

• From ¡their ¡work ¡arose ¡the ¡

“One ¡Gene ¡– ¡one ¡enzyme ¡ hypothesis” ¡

The ¡Gene ¡Is ¡The ¡Basic ¡Unit ¡of ¡Heredity: ¡Determining ¡ What ¡A ¡Gene ¡Encodes ¡on ¡a ¡Molecular ¡Level ¡ ¡

• Eventually, ¡the ¡one ¡gene-­‑one ¡enzyme ¡hypothesis ¡was ¡ameneded ¡based ¡on ¡

several ¡other ¡discoveries ¡in ¡addi=on ¡to ¡that ¡of ¡Beadle ¡and ¡Tatum ¡

– The ¡discovery ¡that ¡DNA ¡holds ¡the ¡gene=c ¡informa=on ¡by ¡Avery, ¡Macleod ¡and ¡McCarty ¡as ¡ well ¡as ¡Hershey ¡and ¡Chase ¡ ¡ – The ¡discovery ¡of ¡the ¡DNA ¡double ¡helix ¡by ¡Watson ¡and ¡Crick ¡

• Watson ¡and ¡Crick ¡further ¡proposed ¡that ¡a ¡gene ¡encodes ¡a ¡protein ¡

– Not ¡all ¡genes ¡encoding ¡proteins ¡encode ¡enzymes ¡ – Some ¡genes ¡encode ¡structural ¡proteins, ¡signaling ¡proteins ¡as ¡well ¡as ¡others ¡

• This ¡hypothesis ¡has ¡been ¡amended ¡further, ¡because ¡there ¡are ¡some ¡genes ¡that ¡

do ¡not ¡even ¡encode ¡polypep=des, ¡they ¡encode ¡RNAs ¡

• Today ¡through ¡the ¡work ¡of ¡many ¡Molecular ¡Biologists ¡the ¡actual ¡structure ¡of ¡the ¡

gene ¡has ¡been ¡determined ¡

• In ¡1972, ¡Walter ¡Fiers ¡and ¡his ¡colleagues ¡were ¡the ¡first ¡to ¡sequence ¡an ¡en=re ¡gene ¡