探究遗传信息从DNA传递给蛋白质的中间载体

为确定遗传信息从DNA传递给蛋白质的中间载体，科学家们做了如下研究。

I.依据真核细胞中DNA位于细胞核内，而蛋白质合成在核糖体上这一事实，科学家推测存在某种“信使”分子，能将遗传信息从细胞核携带到细胞质中。

II.对于“信使”有两种不同假说。假说一：核糖体RNA可能就是信息的载体；假说二：另有一种RNA（称为mRNA）作为遗传信息传递的信使。若假说一成立，则细胞内应该有许多不同的核糖体。若假说二成立，则mRNA应该与细胞内原有的核糖体结合，并指导蛋白质合成。

III.研究发现噬菌体侵染细菌后，细菌的蛋白质合成立即停止，转而合成噬菌体的蛋白质，在此过程中，细菌细胞内合成了新的噬菌体RNA。为确定新合成的噬菌体RNA是否为“信使”，科学家们进一步实验。

①¹⁵NH₄Cl和¹³C-葡萄糖作为培养基中的氮源和碳源来培养细菌，细菌利用它们合成蛋白质和核酸等生物大分子。经过若干代培养后，获得具有“重”核糖体的“重”细菌。

②将这些“重”细菌转移到含¹⁴NH₄Cl和¹²C-葡萄糖的培养基上培养，用噬菌体侵染这些细菌，该培养基中加入³²P标记的尿嘧啶核糖核苷酸为作为原料，以标记所有新合成的噬菌体RNA。

(1)将上述被侵染后裂解的细菌进行密度梯度离心（主要取决于¹⁴N和¹⁵N），结果如下图所示。由图可知，大肠杆菌被侵染后没有合成新的核糖体，这一结果否定假说一。³²P标记仅出现在离心管的底部。

通过改变离子浓度将核糖体和mRNA分离继续做密度梯度离心，若结果是________说明__________________与“重”核糖体相结合，为假说二提供了证据。

(2)若要证明新合成的噬菌体RNA为“信使”，还需要进行两组实验，请选择下列序号填入表格。

①将新合成的噬菌体RNA与细菌DNA混合   

②新合成的噬菌体RNA与噬菌体DNA混合    

③出现DNA-RNA杂交现象    

④不出现DNA-RNA杂交现象

【答案】：

(1)  ³²P标记仅出现在离心管的底部

    新合成的噬菌体RNA

(2)     ②     ③     ⑤     ⑥

【分析】基因控制蛋白质的合成包括转录和翻译两个重要的过程，其中转录主要发生细胞核中，而翻译发生在细胞质的核糖体上。

（1）细菌利用碳源和氮源来合成蛋白质、核酸等生物大分子。经过若干代培养后，获得具有“重”核糖体的“重”细菌。核糖体核苷酸特有的碱基是尿嘧啶，因此应用³²P标记的尿嘧啶核糖核苷酸作为原料。如图可知，上述被侵染后裂解的细菌进行密度梯度离心，结果核糖体位于重带，“重”核糖体没有放射性，说明大肠杆菌被侵染后，没有合成新的核糖体，这一结果否定假说一。³²P标记仅出现在离心管的底部，说明新合成的噬菌体RNA与“重”核糖体相结合，为假说二提供了证据。

（2）要证明新合成的噬菌体RNA为“信使”，还需要进行两组实验，即将新合成的噬菌体RNA分别与细菌DNA、噬菌体DNA混合，观察是否有杂交带。若新合成的噬菌体RNA为“信使”，则新合成的噬菌体RNA与噬菌体DNA混合后有杂交带形成，与细菌DNA混合后没有杂交带形成。具体如下表：