第一节 DNA是主要的遗传物质

最初20世纪20年代，人们发现蛋白质由氨基酸组成，并猜测氨基酸的多种排列组合蕴含遗传信息。因为当时没有其他大分子有类似的特征，所以大家认为蛋白质是遗传物质。

20世纪30年代，科学家发现DNA由脱氧核苷酸（磷酸，碱基和脱氧核糖）组成。四种碱基（ATGC）构成四种脱氧核苷酸。但人们对DNA的结构了解不足，依然认为蛋白质是遗传物质。

1928年，格里菲斯进行了一组实验，注射带多糖类荚膜的光滑（Smooth）致死肺炎链球菌（S菌）和不带荚膜的粗糙（Rough）细菌（R菌）。注射R菌或加热后的S菌后老鼠没有死。注射S菌或（R菌+加热S菌）后老鼠死了。老鼠死亡后均可以提取出S菌。因为蛋白质在加热后会失活，根据实验可以观察出加热S菌使R菌变成了S菌。

在20世纪40年代，艾弗里通过酶去掉加热S菌的蛋白，RNA和酯后依旧会在R菌培养基中生成S菌，但去掉DNA后则无法生成。此处化学酶的使用与控制变量是难点。经过进一步的推论后，艾弗里认为DNA才是遗传物质。

1952年，赫尔希用放射性同位素标记验证了这一观点，解释见此视频，无字幕警告。实验结论来看，噬菌体在攻击细菌时会将自己的DNA植入细菌体内，将蛋白质外壳留在细菌体外。噬菌体DNA进入细菌后会大量复制子代DNA和蛋白质外壳，最后组装成与母代一致的子代，过程可见此视频。
试验的亮点在于细菌和噬菌体都是极小简单的生物体（因简单复制，猜测遗传物质不变），且噬菌体只拥有DNA和蛋白质这两种物质。已知遗传物质会从噬菌体进入细菌进行复制，实验目的是检测是DNA进入细菌还是蛋白质进入细菌（还是其他微量元素）。
实验过程简单明了。就化学而言，只有蛋白质有硫，绝大部分磷都在DNA中。实验用放射性元素硫/磷侵染两组噬菌体（放射性元素培养基中培养大肠杆菌再让噬菌体来吃），等待一段时间使噬菌体开始入侵但尚未裂解后搅拌使大肠杆菌壁的噬菌体外壳脱离，再离心使噬菌体外壳与大肠杆菌分组。这么一来轻的噬菌体会在表面（上清液），重的大肠杆菌会在下面（沉淀）。
实验结果是硫（蛋白质）组上清液放射性高，即外壳为蛋白质，沉淀放射性低，即沉淀基本不含蛋白质。磷（DNA）组相反，说明外壳DNA含量少，沉淀DNA含量多。将两组的沉淀进行细菌裂解后硫组后代不含放射性，说明后代并没有继承蛋白质；而磷组放射性较高，说明后代继承了DNA。
试验利用放射性元素和检测方法来规避了微观显微镜的需求。

需注意DNA不是唯一的遗传物质，有些病毒只有蛋白质和RNA，此时RNA为遗传物质。绝大部分生物的遗传物质是DNA。

DNA作为遗传物质的特点有

具有相对的稳定性（可复现率高）
能够精确的自我复制，保持遗传的连续性（噬菌体精确复制）
能够指导蛋白质的合成，控制性状发育和新陈代谢（噬菌体生成蛋白质外壳）
在特定情况下产生可遗传的变异

第二节 DNA的结构

人们较早就知道DNA由四种脱氧核苷酸（ATGC碱基）组成，威尔金斯/富兰克林用X射线衍射技术获取了DNA的衍射图像，但人们依然不知道DNA具体的结构。
沃森/克里克在从查歌夫了解A=T,G=C后猜测有两条链。最终模型可参考该视频。
脱氧核糖和磷酸交替形成DNA的骨架，从碱基与脱氧核糖（五边形）的连接处的氢侧开始算12345，两条DNA链的方向相反。两条DNA链同位的一对碱基通过氢键结合生成碱基对。因为氢键的性质与碱基的化学结构，T与A配对形成两个氢键（单环），G与C配对生成三个氢键（双环）。最终碱基对因为角度与氢键强度生成恒定直径的螺旋状。每一次螺旋大概10个碱基对。双螺旋也能形成大沟和小沟，大沟拥有碱基对特异信息，帮助蛋白质结合与碱基识别。碱基对平面之间有垂直的\(\pi\)键增加稳定性。
AT与GC的匹配，碱基之间的一一对应的关系叫做碱基互补配对原则。

第三节 DNA的复制

复制的解释见此视频

DNA采取半保留复制，首先DNA通过解旋酶解开双螺旋，每条单链称为母链。每条母链会从复制起始序列开始形成复制叉与双向螺旋结构，并使用DNA聚合酶从细胞中提取游离的脱氧核苷酸在碱基互补原则下为母链生成另一半，最终产生两个正确的DNA。
DNA复制一边解旋一边复制，需要母链作为模板，游离的脱氧核苷酸作为原料，酶和能量来进行传输。

为了证明半保留复制理论，1958年梅塞尔斯和斯塔尔用大肠杆菌和同位素标记技术设计了一个实验。科学家用氮14和15同位素，先将大肠杆菌在\(N^{15}H_4Cl\)中培养若干代使大肠杆菌拥有N15标记DNA。接下来将大肠杆菌重新放入\(N^{14}H_4Cl\)中并在不同时间收集大肠杆菌提取DNA并离心处理，最后观察试管哪里有同位素反映。
实验结果为在试管高中低三处都出现了反应，这说明有双条N15，混合，双条N14的DNA单链，证明不可能是全保留复制，而是半保留复制（并没有其他理论提出）。