寻找遗传物质

1928年，弗雷德里克·格里菲斯进行了一系列实验链球菌引起的肺炎．当链球菌引起的肺炎细菌在培养板上生长，一些细菌产生光滑有光泽的菌落(S)，而另一些细菌产生粗糙的菌落(R)。感染S菌株的小鼠(毒性)死于肺炎，但感染R菌株的小鼠不会发生肺炎。

S株→注射小鼠→小鼠死亡

R株→注射小鼠→小鼠存活

格里菲斯通过加热细菌来杀死它们。当热杀死的S菌株被注射到小鼠体内时，它们没有杀死小鼠。当热杀S菌株和活R菌株细菌的混合物被注射到小鼠体内时，小鼠死亡。格里菲斯从死老鼠身上发现了活的S菌。

S株(热灭)→注射小鼠→小鼠活

S株(热灭)+ R株(活)→注射小鼠→小鼠死亡

格里菲斯得出结论，R菌株细菌以某种方式被热杀死的S菌株细菌转化。这一定是由于遗传物质的转移。但他无法定义遗传物质的生化性质。

奥斯瓦尔德·埃弗里、科林·麦克劳德和麦克林·麦卡蒂(1933-44)从热杀死的S细胞中纯化了生物化学物质(蛋白质、DNA、RNA等)。他们发现S菌的DNA单独导致R菌发生转化。

他们还发现这种转化不受蛋白质消化酶(蛋白酶)和rna消化酶(RNases)的影响。由此得出结论，转化物质不是蛋白质或RNA。用DNase消化抑制转化。这表明DNA是转化的原因。由此得出结论，DNA是遗传物质。

好时和蔡斯实验公司

Alfred Hershey和Martha Chase(1952)研究了噬菌体。感染细菌的病毒叫做噬菌体。

他们在含有放射性磷的介质上培养了一些病毒。他们还在含有放射性硫的培养基上培养了其他一些病毒。

磷存在于DNA中，但在蛋白质中不存在。因此，在放射性磷环境中生长的病毒含有放射性DNA。

硫存在于蛋白质中，但在DNA中不存在。因此，在放射性硫上生长的病毒含有放射性蛋白质，但不含放射性DNA。

放射性噬菌体被允许附着在大肠杆菌上。然后，随着感染的进行，通过在搅拌器中搅拌，从细菌中去除病毒外壳。病毒颗粒通过在离心机中旋转从细菌中分离出来。

被具有放射性DNA的病毒感染的细菌具有放射性。这表明DNA是由病毒传递给细菌的物质。被含有放射性蛋白质的病毒感染的细菌没有放射性。这表明蛋白质没有从病毒进入细菌。这证明了是DNA从病毒传递给了细菌。这证明了DNA是遗传物质。

可以作为遗传物质的分子必须满足以下条件:

复制能力:DNA和RNA都有复制的能力。但蛋白质不符合这一标准。

稳定性:格里菲斯的实验表明;即使加热，DNA也不会被破坏。作为一种活性分子，RNA很容易降解。此外，RNA还具有催化性能。但是DNA的活性更低，更稳定。胸腺嘧啶在尿嘧啶位置的存在也赋予DNA额外的稳定性。

突变能力:DNA和RNA都能变异。但RNA的变异速度更快。

蛋白质编码:RNA可以直接编码蛋白质的合成。DNA依赖RNA来合成蛋白质。因此，可以说蛋白质的合成机制是围绕RNA进化的。

因此，RNA和DNA都可以作为遗传物质发挥作用。但DNA是首选的遗传物质，因为它更稳定。

在复制;两条链分开，并作为合成新的互补链的模板。复制完成后，每个DNA分子都有一条亲本链和一条新合成的链。这种复制方案被称为半保存DNA复制。

现在已经证明DNA是半保留复制的。马修·梅塞尔森和富兰克林·斯塔尔在1958年进行了以下实验:

他们在含有¹⁵NH₄氯是多年来唯一的氮源。结果，¹⁵氮被合并到新合成的DNA中(以及其他含氮化合物)。这种重DNA分子可以通过氯化铯(CsCl)密度梯度离心与正常DNA区分开来。

注意:¹⁵N是氮的重同位素。它不是放射性同位素。它可以从¹⁴N只基于密度。

然后他们将细胞转移到正常的培养基中¹⁴NH₄Cl，并在细胞增殖的不同时间间隔内采集样本，提取保留为双链螺旋的DNA。各种样品在CsCl梯度上独立分离，以测量DNA密度。

从培养物中提取的DNA在转移一代之后¹⁵N¹⁴N介质为混合密度或中间密度。

从另一代培养物中提取的DNA由等量的杂交DNA和“轻”DNA组成。

复制的过程需要一套催化剂(酶)。主要的酶被称为DNA依赖的DNA聚合酶，因为它使用DNA模板来催化脱氧核苷酸的聚合。

脱氧核糖核苷三磷酸盐有双重用途。除了作为底物外，它们还为聚合反应提供能量。

除了依赖DNA的DNA聚合酶外，还需要许多额外的酶来高精度地完成复制过程。

这两条DNA链不能完全分离;由于能量需求高。因此，对于长DNA分子，复制发生在DNA螺旋的一个小开口内。这个开口被称为复制分叉。

依赖DNA的DNA聚合酶只在一个方向上催化聚合，即5'→3'。这在复制分叉处产生了一些额外的复杂性。因此，在一条链上(极性为3'→5'的模板)，复制是连续的，而在另一条链上(极性为5'→3'的模板)，复制是不连续的。不连续合成的片段随后被DNA连接酶连接。

DNA聚合酶;仅靠自身无法启动复制过程。而且复制不是在DNA的任何位置随机开始的。在大肠杆菌DNA中有一个明确的区域是复制起源的地方。这样的区域被称为复制起始区。