格里菲斯实验：遗传物质

---

遗传物质简介

孟德尔的豌豆实验是遗传学的基础。他知道某些“因子”负责生物体中观察到的特征，这些特征从父母双方传递给后代。当时，他并不知道这个“因子”是什么。

然而，有一点是肯定的：**遗传物质是可以表达和遗传的。**在对遗传物质的分子性质进行持续的推测后，一些开创性的实验，包括**弗雷德里克·格里菲斯（1928年）**、艾弗里、麦克莱奥德和麦卡蒂（1944年）以及赫尔希和蔡斯（1952年）的实验，提供了确凿的证据，帮助确定遗传物质确实是DNA，而不是RNA或蛋白质，它是遗传的基础。

遗传物质的特征

• 遗传物质不仅应该**可遗传**，而且还必须能够**表达**其中编码的所有信息。这是遗传物质的决定性特征。

• 遗传物质必须**可复制**，以便能够传递给后代。

• 遗传物质必须在所有生命形式中**普遍存在**。

• 遗传物质必须在化学和物理上**稳定**。

• 遗传物质的表达**控制着细胞的所有活动**，以及细胞的复制。

• 遗传物质易于发生**突变**，因此，解释了生物体之间的**变异**。

格里菲斯实验

1928年，弗雷德里克·格里菲斯进行了一些**转化实验**，试图确定生物体中遗传物质的本质。

• 该实验涉及两种菌株的肺炎链球菌，一种是**致病菌株（IIIS 血清型）**，在琼脂平板上产生光滑菌落，另一种是**非致病菌株（IIR 血清型）**，在琼脂平板上产生粗糙菌落。致病菌株具有多糖荚膜，充当毒力因子。非致病菌株缺乏这种荚膜，容易被吞噬细胞吞噬。

• 格里菲斯将这两种不同的细菌菌株注射到小鼠体内。正如预期的那样，致病菌株杀死了小鼠，而非致病菌株则没有。

• 在另一个实验中，他将致病菌株加热，杀死细菌细胞。这种加热杀死的菌株被注射到小鼠体内。格里菲斯观察到小鼠存活并且没有患肺炎。

• 第三个实验产生了一个非常有趣的观察结果。他将加热杀死的致病菌株与活的非致病菌株混合，并将混合物注射到小鼠体内。现在，这两种菌株单独注射时不会杀死小鼠。然而，这两种菌株的混合物导致小鼠患肺炎并死亡。

死亡小鼠的组织含有活细菌，培养后产生了光滑菌落，就像 III-S 菌株一样。这种菌株继续感染并杀死其他小鼠多代。

从这些观察结果中，格里菲斯得出结论，加热杀死的 IIIS 菌株能够以某种方式“转化”非致病 IIR 菌株为致病菌株，从而杀死小鼠。他称之为**转化**，并将从死亡的 IIIS 细胞传递到活的 IIR 细胞的遗传信息称为**转化因子**。

当时，格里菲斯推测转化因子可能是多糖或参与荚膜合成的某种化合物。

然而，这种转化因子后来被证实是脱氧核糖核酸 (DNA)，正如 1952 年赫尔希-蔡斯实验所确立的那样。

DNA 作为遗传物质

脱氧核糖核酸 (DNA) 是一种**自我复制**的双链螺旋分子，是生命连续性的基础。每个 DNA 分子都是称为**核苷酸**的单个单元的聚合物。每个核苷酸单体包含

• **含氮碱基**，可能是嘌呤（腺嘌呤或鸟嘌呤）或嘧啶（胸腺嘧啶或胞嘧啶）的衍生物。

• **脱氧核糖**。

• **磷酸**基团。

• DNA 包含**遗传指令**，这些指令指挥所有生命形式甚至大多数病毒的生物发育。

• 信息以**基因**的形式存在，这些基因由后代从其父母那里**遗传**。每个基因编码个体的**特定特征**。

• 根据遗传的特定基因（即等位基因）的变体，个体之间该特征的表型性状会有所不同。

• 基因的核苷酸序列在其内部编码构成特定**蛋白质**的氨基酸序列。

虽然 DNA 是所有生物体的可遗传遗传物质，但有一些病毒携带 RNA 作为其遗传物质。

为什么蛋白质不是遗传物质？

最初，蛋白质被认为是遗传物质的有力候选者，考虑到它们的多样性（由 20 种不同的氨基酸组成，形成各种各样的蛋白质）以及在生物体中的功能能力。然而，蛋白质并非遗传的基础。这是因为 -

• 蛋白质不是遗传信息的载体。它们只是从核酸翻译而来。即使参与核酸复制、包装、转录和翻译的蛋白质也是在核酸中编码的！

• 蛋白质不能自我复制。

• 蛋白质本身不会发生任何突变。突变发生在编码蛋白质的核苷酸序列中。

艾弗里、麦克莱奥德和麦卡蒂（1944 年）以及赫尔希和蔡斯（1952 年）的实验最终证实，正是 DNA 而不是蛋白质是生物体遗传物质。

结论

• 格里菲斯进行的实验表明，细菌可以通过从死亡的细菌细胞中获取转化因子，从而改变其功能，并进行转化。

• 转化因子的分子性质后来被确定为 DNA。

• 理想的遗传物质不仅应该存储和表达遗传信息，还应该可以遗传、自我复制、易于发生突变和变异，并且稳定。DNA 符合所有这些特征。

• 蛋白质虽然种类繁多，功能强大，但不符合遗传物质的条件，因为它既不可遗传，也不能自我复制。

常见问题

Q1. 为什么不能从格里菲斯的实验中得出结论，即 R 菌株只是吸收了被杀死的 S 菌株的致病荚膜？

A. 这种结论被证明是错误的，因为在第一个实验中从小鼠血液样本中分离出的活 S 细胞能够繁殖并形成更多 S 细胞。这意味着多糖荚膜性状是可遗传的和永久的，而不仅仅是在感染宿主后被“丢弃”。

Q2. 遗传信息是如何翻译成蛋白质的？

A. 基因中的遗传信息以核苷酸的三联体密码的形式“读取”，每个三联体翻译成特定的氨基酸。

Q3. 整个 DNA 分子是否都编码蛋白质？

A. 否。真核生物基因组的 98% 以上是非编码的。只有大约 1.5% 的基因组编码蛋白质。

Q4. 什么是 RNA 世界假说？

A. RNA 世界假说提出 RNA 是地球上第一个遗传物质和第一个生命形式，其能够存储、传递和复制遗传信息，以及能够充当催化剂，支持了这一假说。