当前课程知识点：现代生物学导论 > 第六讲 遗传的分子基础 > 6.1 DNA是遗传物质 > 6.1 DNA是遗传物质
1953年4月
两位年轻的科学家Watson和Crick发现了DNA的双螺旋结构
震惊了整个科学界
在过去的60多年中
他们的的模型成为现代生物学的标志
我们前面讨论的孟德尔的遗传因子和摩尔根的染色体上的基因
化学结构上实际上都是DNA
每一个子女从父母身上继承的就是DNA
它是一种遗传物质，也是现代最著名的一种分子
DNA分子既受到保守作用的影响
使其在代代相传的过程中保持不变
同时又受到相反作用的影响
使遗传物质发生重要变化
推动生物多样性和演化
DNA在细胞中受不同力的作用，造成了一系列不同的结果
包括了解旋，形成更紧密的拓扑结构，相互缠绕并与蛋白质结合
以及分子骨架断裂和重新连接
这些作用是由复制、保持和改变遗传物质的多种酶和其他分子介导的
在这一章的学习中
我们首先介绍科学家们是如何发现DNA是遗传物质的
然后从分子水平阐述DNA的结构和染色体结构
我们进一步从DNA的结构推导出DNA的复制机理
然而DNA的复制不是万无一失的
每一轮复制出错后如果不纠正的话，都会导致子代DNA分子发生突变
而且，DNA分子是脆弱的，会发生损伤
如果想要避免遗传物质恶性突变的快速积累
就需要检测并修复这些损伤
最后，我们还要介绍DNA序列的重新排列——DNA重组
因为它是丰富遗传多样性的动力
当摩尔根的果蝇小组发现了基因是染色体的一部分以后
组成染色体的两种化学分子：DNA和蛋白质成为遗传物质的主要候选
在20世纪40年代以前，生物化学家对蛋白质进行了深入的研究
发现蛋白质的化学组成和功能非常吻合遗传物质的要求
蛋白质组成的多样性和其特定的功能
而且，DNA的物理和化学性质相对简单
似乎很难解释生物体多种性状继承的特点
最早探讨遗传因子的实验是Griffith的实验
1928年，一位叫做Frederick Griffith的英国细菌学家
希望能够研发出针对肺炎球菌的疫苗
在他研究的这个肺炎球菌中，是有两种类型
一种是平滑型的，简称S型
这种细菌是致死的
因为它具有多糖构成的荚膜，可以保护自身
抵抗宿主的免疫系统，从而导致宿主的死亡
另外一种是粗糙型的，简称R型
这种细菌是非致死的，因为没有多糖荚膜的构造
无法幸免于宿主免疫系统的攻击
下面就是Griffith的实验
首先在第一组实验当中
Griffith把粗糙型的细菌注射到老鼠体内，老鼠是活着的
因为这种细菌是不致死的
在第二组实验当中
Griffith把平滑型的细菌注射入老鼠体内，老鼠死亡
因为这种细菌它是致死的
那么在第三组实验当中呢
Griffith把致死的平滑型细菌进行了热灭活
所以这个时候这个细菌是死掉的
所以在第三组实验中
他把热灭活的平滑菌注射到老鼠体内，老鼠还是完好的
在第四组实验当中
他是把已经死掉的平滑型细菌和活着的粗糙型细菌进行混合
然后注射到老鼠体内，发现老鼠死掉了
他从死老鼠的血液内检验到让人非常吃惊的结果
血液内存活着的细菌可以致死
而且，这种致死的性状可以遗传到细菌的后代
非常显然的是
已经死了的致死细菌内的化学成分导致了这种可遗传的变化
虽然在当时科学家们还不清楚是什么
Griffith把这种现象叫做转化
在现在的生物学中定义为细胞由于接受了外源DNA
而产生的表型和基因型的改变
而且，Griffith把导致变化的化学成分叫做转化因子
不少科学家们对这一研究结果持怀疑态度
他们仍然认为蛋白质作为遗传物质是一个更好的选择
而且，不少生物学家认为细菌的基因和复杂生物体的基因并不一样
但主要的原因还是当时人们对于DNA知之甚少
不过还是有的科学家对Griffith的研究结果产生了浓厚的兴趣
他们做了进一步的研究
以Avery为代表的科学家们认为
细菌内主要有几种生物大分子
核酸、蛋白质、糖类和脂类，转化因子应该就在这几种分子当中
他们首先把热灭活的平滑菌平均分成几个等份
放在不同的试管当中
分别标注DNA，RNA，蛋白质，脂肪，糖类和其他
然后他们在不同标注的管子里加入相应的酶
比如标注DNA的管子中加入DNA酶
标注RNA的管子中加入RNA酶，以此类推
这些酶的作用是降解相对应的物质
比如DNA酶降解DNA，那么这个标注DNA的管子里就没有DNA了
经过各种酶的处理以后，再加入活的粗糙菌
大家注意，这种菌是不致病的
将两种混合后再注射入老鼠体内
观察不同试管中物质注射后老鼠的情况
那么大家可以看到这个实验结果
除了加入DNA酶的管子以外
其他几种情况下老鼠均死亡
说明致死的这个物质还是从平滑菌转移到了粗糙菌内
而且在缺少DNA的情况下，我们注意到这个管子
致死物质并没有转移，所以老鼠并没有死亡
这个实验证明了DNA就是“转化因子”
因为细菌的繁殖是非常迅速的
转化因子经过转移以后从亲代传到了子代，符合遗传物质的特征
由此可以推论DNA是遗传物质
随着噬菌体研究的深入，更多的DNA是遗传物质的证据出来了
噬菌体是一种感染细菌的病毒
它的结构非常简单
通常是一小段DNA（有时是RNA）外部包着一个蛋白质的外壳
噬菌体通常通过感染细菌细胞，然后输入自己的遗传物质
然后利用细胞的代谢机制来产生更多的噬菌体
来自美国的Alfred Hershey和Martha Chase共同设计了一个实验
证明噬菌体内的遗传物质是DNA而不是蛋白质
他们想到把DNA和蛋白质分别进行不同的放射性同位素标记
DNA用P32标记，蛋白质用S35来进行标记
下面呢我想问大家一个问题
参考DNA和蛋白质的组成想一想，为什么他们要这么标记
两位科学家通过噬菌体的这个特性想确定遗传物质到底是DNA还是蛋白质
即观察是DNA还是蛋白质被输入到宿主细胞内
他们首先把噬菌体分成两组，一组标记DNA，一组标记蛋白质
然后让这两组噬菌体分别感染细菌
经过一段时间以后，把噬菌体和细菌进行分离
在这里大家想一想，为什么要把噬菌体和细菌进行分离
然后在细菌内寻找标记物
蛋白质标记的那一组最后细菌内没有任何标记物
而DNA标记的那一组最后细菌内能够检测到
这说明DNA被噬菌体注射到了细菌细胞内，DNA是遗传物质
-1.1 生物学的基本主题
-1.2 科学方法
--1.2 科学方法
-1.3 如何正确地评价科学结果
-1.4 施一公老师和不同院系本科生座谈（上）
-1.5 施一公老师和不同院系本科生座谈（下）
-课前小短片
--课前短片
-2.1 元素和化学键
-2.2 水和生命
--2.2 水和生命
-2.3 碳和生命的分子多样性
-2.4 大生物分子
-2.5 营养以及身体健康
-第二讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-3.1 细胞的结构和功能
-3.2 细胞膜和跨膜运输
-3.3 细胞间交流
-3.4 细胞分裂和细胞周期
-3.5 癌症与细胞分裂
-第三讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-4.1 热动力学和代谢
-4.2 自由能和代谢
-4.3 ATP的工作原理
-4.4 活化能和酶
-4.5 酶的反应特性和酶的调控
-4.6 细胞呼吸
--4.6 细胞呼吸
-4.7 光合作用
--4.7 光合作用
-第四讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-5.1 减数分裂和生命周期
-5.2 孟德尔遗传学
-5.3 孟德尔遗传学的延伸
-5.4 基因连锁和染色体互换
-5.5 伴性遗传
--5.5 伴性遗传
-5.6 非孟德尔遗传
-5.7 人类遗传学疾病及诊断
-第五讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-6.1 DNA是遗传物质
-6.2 DNA结构和染色体结构
-6.3 DNA的复制
-6.4 DNA的突变、损伤和修复
-6.5 DNA重组
-第六讲 遗传的分子基础--第六讲小测验
-课前小短片
--课前小短片
-7.1 基因表达综述
-7.2 基因表达的具体步骤
-7.3 突变和表型
-7.4 基因表达调控的特点
-7.5 原核生物的基因表达调控
-7.6 真核生物的基因表达调控
-7.7 表观遗传
--7.7 表观遗传
-第七节小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-8.1 重组DNA
-8.2 电泳技术、PCR和DNA测序
-8.3 转基因动物、克隆动物和干细胞研究
-8.4 转基因植物
-8.5 DNA技术的应用
-8.6 生物的信息时代
-8.7 新药研发的基本过程
-第八章小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-9.1 演化理论的介绍
-9.2 演化的证据
-9.3 Hardy-Weinberg定律
-9.4 改变种群中等位基因频率的机制
-9.5 自然选择
--9.5 自然选择
-9.6 物种的形成
-9.7 地球上生命的历史
-第九章小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-10.1 动物的结构与功能
-10.2 反馈调节
-10.3 植物的结构和生长
-10.4 植物的营养和运输
-第十讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-11.1 病原体
--11.1 病原体
-11.2 免疫系统介绍
-11.3 先天性免疫
-11.4 适应性免疫中的受体识别
-11.5 体液免疫和细胞免疫
-11.6 免疫系统疾病
-11.7 免疫知识的应用
-第十一讲 免疫系统--第十一讲小测验
-12.1 神经元的结构和功能
-12.2 静息电位和动作电位
-12.3 突触传导和神经递质
-12.4 神经系统的组成
-12.5 脑的结构和功能
-12.6 神经系统疾病
-第十二章小测验--作业
-13.1 激素的介绍
-13.2 内分泌系统
-13.3 动物的生殖---配子的形成
-13.4 动物的生殖---激素调节动物生殖
-13.5 动物的生殖---胚胎在子宫中的发育
-13.6 动物发育(1)
-13.7 动物发育(2)
-13.8 动物发育(3)
-第十三讲小测验--作业
-14.1 生态学的基本内容
-14.2 种群生态学
-14.3 种群间的相互作用
-14.4 生态系统
-14.5 生态系统中的物质循环
-14.6 生物多样性和物种
