在科学史上,如何通过哪些实验证明DNA是遗传物质?

发现的过程大致可以分为三个典型实验,从1928年格里菲斯的肺炎球菌实验,到1944年艾弗里的分类转化实验,最后是最有说服力的实验——1952年好时和蔡司的噬菌体感染实验。在此期间,人们一直认为蛋白质是遗传物质,因为蛋白质中多级结构的多样性具有储存大量遗传信息的能力,而简单的DNA结构被认为储存能力较小。

肺炎球菌实验:(R型肺炎球菌:无荚膜,菌落粗糙,无毒S型肺炎球菌:有荚膜,菌落光滑,有毒(荚膜保护细菌不被免疫系统杀死))

步骤1:给小白鼠注射无毒的R型活菌,小白鼠不会死。

第二步:给小鼠注射有毒的S型活菌,小鼠死亡。

第三步:将加热杀死的S型活菌注射到小鼠体内,小鼠不会死亡。

第四步:将杀死的S型活菌与无毒的R型活菌混合,注射到小鼠体内,小鼠死亡。

实验说明:实验表明,死亡的S型活菌可以留下一些物质,这些物质可以将R型无毒活菌转化为致病的S型活菌。至于物质是什么,这个实验解释不了。1944艾弗里想搞清楚诱变物质是什么,于是做了分类转化实验。

分类转化实验:用各种水解酶提取肺炎链球菌S型细菌中的物质,提取多糖、蛋白质、DNA。发现在含有S型细菌DNA的培养基中培养出光滑菌落(说明R型活菌转化为S型病原体),而在含有多糖和蛋白质的培养基中没有培养出S型菌落。所以艾弗里认为DNA是遗传物质,但由于实验不够严谨,实验不能被认定为结论(因为如果不提取100%的DNA,就会有蛋白质)

噬菌体感染实验:病毒结构简单,只有蛋白质由核酸组成,蛋白质因为二硫键而含有S元素,DNA因为磷酸基团而含有P元素,这是这两种物质所特有的。首先将噬菌体培养在35S培养基中,噬菌体外层蛋白上的S逐渐被35S取代,具有放射性。蛋白质标记的噬菌体感染大肠杆菌。离心后发现沉淀物的放射性很高,上清液的放射性很低(因为大肠杆菌大离心后会沉底,如果蛋白质是遗传物质,他应该进入大肠杆菌进行感染和复制)。实验表明,蛋白质没有进入大肠杆菌;(下同)

随后,用32P标记的DNA噬菌体感染大肠杆菌。离心后发现沉淀物放射性低,上清液放射性高,说明32P进入了大肠杆菌,释放的噬菌体都含有32P,说明DNA是主要的遗传物质。这个实验严谨地证明了DNA是遗传物质,从而结束了蛋白质是遗传物质的时代。