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Hershey und Chase-Experiment

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Dies ist ein Link zum Hershey- und Chase-Experiment. Aus diesem Experiment schließen wir, dass DNA das genetische Material ist. Aber wie kommen wir zu dem Schluss, dass DNA das genetische Material ist? Sie haben nur bewiesen, dass die DNA des Virus in die Bakterien eindringt, nicht die Proteinhülle des Virus.

Die DNA des Virus zerstört später die Bakterien, weil sich das Virus in ihnen vermehrt. Zeigt dies, dass DNA das genetische Material ist?


Es ist eine Frage des Abzugs. Wir wissen das:

  1. Viren, die in eine Zelle eindringen, können mehr Kopien von sich selbst erstellen.
  2. Die nur Ein Teil eines Virus, der tatsächlich in die Zelle eindringt, ist seine DNA (oder RNA, je nach Virus).

Aus diesen beiden Tatsachen können wir schließen, dass die DNA – da sie der einzige Teil des Virus ist, der in die Zelle eindringt – irgendwie die Informationen enthält, die notwendig sind, um neue Kopien des Virus zu erstellen, und daher das genetische Material ist vom Virus.


Dies war ein wichtiges Experiment, das aber nicht alle überzeugte.

Nicht einmal Hershey und Chase behaupteten diese Schlussfolgerung, obwohl sie viele überzeugte. In den meisten Mol-Bio-Klassen oder beim Lesen von "The Double Helix" kann man sehen, wie viele Fakten auf DNA hindeuteten, aber Zweifel blieben. Einige Viren enthielten nur RNA und keine DNA, replizierten aber trotzdem. Es gab auch eine Denkschule, die meinte, Proteine ​​könnten das genetische Material sein.

Watson und Crick waren es, die schließlich alle davon überzeugten, dass die DNA das Medium der genetischen Vererbung ist. Die Gründe dafür sind vielfältig, einer davon wahrscheinlich, dass atomare Strukturen so klar verständlich sind und im Vergleich zu einem Nasslabor-Experiment, das auf so vielen anderen Experimenten aufbaut, so unkompliziert erscheinen. Es tauchen immer wieder Fragen auf: "Woher wissen Sie, dass Sie die Flasche lange genug geschüttelt haben?", "Was ist, wenn eine kleine Menge virales Restprotein eindringt?" Bei jeder Enthüllung wie Hershey und Chase gibt es viele Fälle, in denen jemand eine Inkubation zu schnell abgebrochen oder eine unleserliche Zahl aufgeschrieben hat und nach der Veröffentlichung entdeckt wurde.

Und Sie können sehen, wie viel uns die Struktur auf einen Schlag gegeben hat: Die Struktur der DNA inspirierte einen Mechanismus, durch den die Replikation der DNA mit einer gewissen Fehlerkorrektur hergestellt werden konnte, das zentrale Dogma (DNA -> RNA -> Protein). Es gab mehrere Jahre mehr Anstrengungen, um zu zeigen, dass der genetische Code existiert, und dann die genauen Codons und die Tatsache, dass sie 3 Basen lang waren, herauszufiltern. Aber all dies wurde vorhergesagt, als die Struktur gefunden wurde. So viel klarer, was los ist.


Biologie:Hershey-Chase-Experiment

Die Hershey-Chase-Experimente waren eine Reihe von Experimenten, die 1952 Ώ] von Alfred Hershey und Martha Chase durchgeführt wurden und die dazu beitrugen, dass DNA genetisches Material ist. Während die DNA den Biologen seit 1869 bekannt war, gingen ΐ] viele Wissenschaftler zu dieser Zeit noch davon aus, dass Proteine ​​die Informationen für die Vererbung tragen, weil die DNA ein inertes Molekül zu sein schien, und da sie sich im Zellkern befindet, ihre Rolle galt als Phosphorspeicher. In ihren Experimenten zeigten Hershey und Chase, dass, wenn Bakteriophagen, die aus DNA und Proteinen bestehen, Bakterien infizieren, deren DNA in die Wirtsbakterienzelle eindringt, der größte Teil ihres Proteins jedoch nicht. Hershey und Chase und spätere Entdeckungen dienten alle dazu, zu beweisen, dass DNA das Erbmaterial ist.

Hershey teilte sich 1969 mit Max Delbrück und Salvador Luria den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für ihre „Entdeckungen zur genetischen Struktur von Viren“. Α]


Vorbereitung auf das Experiment-

Zwei Chargen von isotopenmarkierten Bakteriophagen-T2-Partikeln wurden hergestellt. Einer war mit 32P in der Phosphatgruppe der DNA markiert, der andere mit 35S in den schwefelhaltigen Aminosäuren der Proteinhüllen.

HINWEIS: DNA enthält keinen Schwefel und virales Protein enthält keinen Phosphor.

Die beiden Chargen markierter Phagen durften dann getrennte Suspensionen von unmarkierten Bakterien infizieren. Jede Suspension von Phagen-infizierten Zellen wurde in einem Mischer geschüttelt, um die viralen Kapside von den Bakterien abzuscheren.

Die Bakterien und die leeren Virushüllen (genannt "Geist") wurden dann getrennt durch Zentrifugation.


Hershey-Chase-Experiment

Die Hershey-Chase-Experiment war eine Reihe von Experimenten, die 1952 von Alfred Hershey und Martha Chase durchgeführt wurden und die DNA als das genetische Material von Phagen und schließlich aller Organismen identifizierten. Ein Phagen ist ein kleines Virus, das Bakterien infiziert. Es besteht aus einer Proteinhülle, die das genetische Material umschließt.

Bis 1958 Experimente und Analysen wie das Avery-MacLeod-McCarty-Experiment, die Hershey-Chase-Experiment, die Watson-Crick-Struktur und das Meselson-Stahl-Experiment hatten gezeigt, dass die DNA das Molekül der genetischen Information ist.

Oswald Avery zeigte 1943, dass die DNA wahrscheinlich das genetische Material des Chromosoms ist, nicht sein Protein Hershey-Chase-Experiment-einer von vielen Beiträgen der sogenannten Phagengruppe um den Physiker und Biologen Max Delbrück.

DNA war als genetisches Material durch die

s, aber wie DNA als Gene diente, war noch nicht sicher. Die DNA muss Informationen von der Elternzelle zur Tochterzelle tragen. Es muss Informationen enthalten, um sich selbst zu replizieren. Es muss chemisch stabil und relativ unveränderlich sein.

beweist, dass die genetische Information von Phagen (und allen anderen Organismen) DNA ist 1953 DNA-Struktur wird von James Watson und Francis Crick als Doppelhelix aufgelöst 1958 Das Meselson-Stahl-Experiment zeigt, dass die DNA semikonservativ repliziert wird 1961 Der genetische Code ist .


Hershey und Chase Experiment - Biologie

auf einer Mission, Biochemie Spaß zu machen und für alle zugänglich zu machen

Heutzutage gehen viele von uns davon aus, dass die DNA die Quelle erblicher Informationen ist, aber dies ist tatsächlich eine sehr neue Entdeckung, die in den 1950er Jahren ziemlich umstritten war. Aber wie wurde die Protein/DNA-Debatte beigelegt? Mit einem Mixer und einer Frau namens Martha Chase (Sie können mehr über sie in diesem CSHL WiSE WiSE Wednesday-Beitrag erfahren).

Die meisten Wissenschaftler vor Mitte der 1950er Jahre glaubten, dass genetische Informationen durch Proteine ​​gespeichert und übertragen werden, nicht durch Nukleinsäuren (DNA und RNA). Dies war eine vernünftige Hypothese, da Proteine ​​im Gegensatz zum 4-Buchstaben-Code von Nukleinsäuren aus einem größeren (20-Buchstaben) Alphabet von Aminosäuren bestehen. Und während die 4 Basen der DNA alle ziemlich ähnlich sind, haben die 20 Aminosäuren sehr unterschiedliche chemische Eigenschaften. Viele Wissenschaftler glaubten, dass diese Vielfalt Proteine ​​zum besseren Kandidaten für die genetische Speicherung macht. Nicht alle Wissenschaftler waren jedoch davon überzeugt&hellip

Frühe Beweise für &ldquogenes sind DNA&rdquo-Lager: 1928 zeigte Frederick Griffith, dass ein &ldquoumwandelndes Prinzip&rdquo von virulenten, krankheitserregenden Bakterien auf harmlose, nicht-virulente Bakterien „umwandeln&rdquo der einst gutartigen Bakterien in Tötungsmaschinen übertragen werden konnte.

Eine Gruppe von Wissenschaftlern am Rockefeller Institute (Oswald Avery, Colin MacLeod und Maclyn McCarty) erweiterte die Arbeit und veröffentlichte 1944 die Ergebnisse eines Experiments, das das &ldquoDNA-Lager unterstützte das &ldquoumwandelnde Prinzip&rdquo, wohingegen Chemikalien, die Proteine, aber keine DNA zerstörten, keine Wirkung hatten. Dennoch war die Skepsis groß. Es schien einfach möglich, dass die Vielfalt des Lebens auf der Erde in einem Alphabet mit nur 4 Buchstaben geschrieben werden könnte.

Um die Debatte beizulegen, entwickelten Martha Chase und ihr Kollege Alfred Hershey vom Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) (wo ich Doktorandin bin) ein elegantes, aber leistungsstarkes Experiment, das oft als eines der größten molekularbiologischen Experimente aller Zeiten gilt bezeichnet als &ldquoHershey-Chase-Experiment&rdquo oder &ldquoWaring-Mixer-Experiment.&rdquo

Zusätzlich zu einem Mixer (ja, einer, wie Sie ihn vielleicht in Ihrer Küche haben) oder diesem, den wir aus irgendeinem Grund in unserem Labor haben (obwohl ich bezweifle, dass es &ldquot;der eine&rdquo ist (obwohl ich einmal Carol Greiders Pipetten benutzen durfte&hellip) die Experiment verwendete eine spezielle Art von Virus, Bakteriophage oder kurz &ldquophage genannt, die Bakterien infiziert.

Wenn &ldquophage&rdquo bekannt vorkommt, könnte es daran liegen, dass diese bakterieninfizierenden Viren in der Biochemie häufig vorkommen, weil wir Bakterien als „Fabriken&rdquo verwenden, um Dinge wie die Herstellung von DNA und Proteinen zu tun, und Phagen sind dafür ausgelegt, also haben sie viel von der „Ausrüstung&rdquo, die wir wollen . Wir verwenden häufig „Stücke&rdquo des Phagen &ndash wie ihre DNA-Kopiermaschinerie (Polymerase). Aber diese Wissenschaftler verwendeten den intakten Phagen.

Zu dieser Zeit war bekannt, dass ein Phagen, wenn er ein Bakterium infiziert, an der Oberfläche des Bakteriums andockt, dann in das Bakterium „Stoff“ injiziert, während er seine „Schale“ außen lässt (Abb. 1). Dieses injizierte „Stoff&rdquo enthält genetische Informationen, die dem Bakterium sagen, dass es mehr Viren produzieren soll. Das Bakterium befolgt diese Anweisungen, produziert mehr Viren, platzt dann auf (lysiert) und setzt diese Viren frei, um mehr Bakterien zu infizieren. Aber was ist in diesem Zeug? Proteine, Nukleinsäuren oder beides? Chase und Hershey wussten, dass die Beantwortung dieser Frage helfen würde, die umfassendere Frage zu beantworten, woraus genetische Informationen bestehen, also entwickelten sie einen Plan.

Der Schlüssel zum Experiment war herauszufinden, wie man zwischen Nukleinsäuren und Proteinen unterscheiden kann. Wie wir gestern gesehen haben, bestehen Atome (die Grundeinheiten von Elementen wie Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H), Sauerstoff (O) aus kleineren Teilen, die als subatomare Teilchen bezeichnet werden &ndash positiv geladene Protonen & neutrale Neutronen in einem zentralen Kern umgeben von eine Wolke aus negativ geladenen Elektronen.

Elemente werden durch ihre Anzahl von Protonen definiert (z. B. hat Kohlenstoff IMMER 6 Protonen), aber die Anzahl von Neutronen und Elektronen kann variieren. Wenn Sie die Anzahl der Elektronen ändern, ändern Sie die Ladung, so dass sich die Atome anders verhalten können, aber wenn Sie die Anzahl der Neutronen ändern, da Neutronen neutral sind, verhält sich das Atom gleich.

Zumindest aus der "Atomperspektive" von "außen" und im Inneren könnte sich ein Konflikt zusammenbrauen, wenn ein erhebliches Ungleichgewicht zwischen der Anzahl der Protonen und der Anzahl der Neutronen besteht. Und es kann stabil werden, indem es Strahlung ablässt. Mehr dazu am Ende, aber ich möchte nicht zu weit von der Geschichte abweichen.

Die ganze nukleare Instabilität findet tief im Kern des Atoms statt, so dass andere Moleküle diese „inneren Dämonen&rdquo nicht sehen und daher &ldquonormal&rdquo mit ihnen interagieren. Wir können also &ldquonormale&rdquo-Atome gegen radioaktive Isotope austauschen, die als Markierungen dienen &ndash und die Strahlung messen, die sie abgeben, um zu verfolgen, wohin die markierten Dinge gehen. Manchmal beschriften wir Dinge, nachdem sie bereits hergestellt wurden, wie wenn ich heißes ATP verwende, um die Enden synthetisierter RNA-Moleküle radioaktiv zu markieren. Aber auch radioaktive Atome können während des Herstellungsprozesses eingebaut werden, wenn Sie radioaktive &ldquoBausteine&rdquo . verwenden

Wenn Sie die Atome bestimmter Elemente in biologisch hergestellten Molekülen bei ihrer Herstellung radioaktiv markieren möchten, können Sie ein radioaktives Isotop dieses Elements in das Wachstumsmedium (Nahrung) eines Organismus einschließen. Wenn der Organismus neue Proteine ​​und Nukleinsäuren herstellt, baut er das radioaktive Isotop in sie ein und "markiert" sie.

C, H und O sind in fast allen Hauptmolekülen enthalten, die Biochemikern wichtig sind (Nukleinsäuren (DNA und RNA), Proteine, Lipide (Fette und Öle) usw.). eine ganze Seite &ndash nicht sehr hilfreich. Wir brauchen etwas spezifischeres für verschiedene Arten von Molekülen. Welche anderen Elemente finden wir also in biochemischen „Makromolekülen&rdquo? Einige gängige sind Stickstoff (N), Schwefel (S) und Phosphor (P).

Hershey und Chase wollen DNA und Proteine ​​unterscheiden. Beide haben Stickstoff, also kreuzen Sie das von der Liste an. Aber was ist mit Schwefel und Phosphor?

Sie finden P an Stellen wie RNA und DNA (wo es in jedem Buchstaben (Nukleotid) vorkommt), aber keiner der Proteinbuchstaben (Aminosäuren) enthält Phosphor (obwohl Phosphor * in Proteine ​​​​eingebaut werden kann, nachdem sie hergestellt wurden, wenn Proteine ​​aufgerufen wurden Kinasen nehmen einen Teil eines RNA-Buchstabens (ATP) ab und kleben eine Phosphatgruppe darauf und diese Phosphorylierung kann die Form und Aktivität des Proteins ändern.

Wir können also P verwenden, um Nukleinsäuren zu markieren, aber nicht Proteine, wie sie hergestellt werden.

Wie markiert man Proteine? Wenden Sie sich an Schwefel. Keiner der DNA- oder RNA-Buchstaben enthält Schwefel, und die meisten Proteinbuchstaben enthalten entweder &ndash, aber ein paar &ndash Methionin (Met, M) & Cystein (Cys, C).

Nukleinsäuren und Aminosäuren enthalten beide Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff, aber Nukleinsäuren enthalten auch Phosphor, während Aminosäuren nicht enthalten sind und einige Aminosäuren Schwefel enthalten, während Nukleinsäuren dies nicht tun. Daher kann radioaktiver Phosphor verwendet werden, um Nukleinsäuren selektiv zu markieren, während radioaktiver Schwefel verwendet werden kann, um Proteine ​​selektiv zu markieren.

Chase & Hershey züchtete Bakterien in Wachstumsmedien, die entweder radioaktiven Phosphor (P-32) oder radioaktiven Schwefel (S-35) enthielten, und infizierten diese Bakterien mit einem Phagen namens T2. Die Bakterien in beiden Medien stellten mehr aus dem T2-Phagen her, aber das von den Bakterien in P-32-Medien produzierte T2 hatte radioaktiv markierte Nukleinsäuren, während das von den Bakterien in S-35 produzierte T2 radioaktiv markierte Proteine ​​aufwies.

Chase & Hershey isolierten diese markierten Viren und verwendeten sie, um Bakterien zu infizieren, die in normalen Medien gezüchtet wurden. Sie erlaubten dem T2, an den Bakterien anzudocken und das mysteriöse „Stoff&rdquo zu injizieren. Dann, bevor die Bakterien lysierten, benutzten sie einen Mixer, um die „Schalen&rdquo des T2 von den Bakterienzellen abzuscheren und die resultierende Mischung zu zentrifugieren, um die schwereren Bakterien abzutrennen ( enthält jetzt das genetische T2 &ldquor-Material „ aus den leichteren T2-&ldquoshells&rdquo. Dann maßen sie, wie viel Radioaktivität in jeder Portion enthalten war.

Bei der Planung eines Experiments ist es wichtig, sich zu überlegen, welche Ergebnisse Sie in verschiedenen Fällen erwarten würden. Denken Sie also eine Minute darüber nach. Wir haben 2 Versuchsbedingungen, markiertes Protein und markierte DNA, und für jede davon vergleichen wir die Radioaktivität in 2 Populationen (T2 &ldquoshells&rdquo und Bakterien). Wir haben 2 Haupthypothesen (genetische Informationen bestehen aus Protein versus Nukleinsäure). (Natürlich besteht auch die Möglichkeit, dass das &ldquostuff&rdquo beides enthält, aber das ignorieren wir hier der Einfachheit halber).

Was haben sie also gefunden? Wenn sie die Nukleinsäure markierten, befand sich fast die gesamte Radioaktivität im bakteriellen Teil, wohingegen, wenn sie das Protein markierten, fast die gesamte Radioaktivität im T2-Teil vorlag ( 2b ). Dies sagte ihnen, dass das „Stoff&rdquo, das in die Bakterien injiziert wurde, Nukleinsäuren enthielt, aber KEINE Proteine! Und da dieses „Stoff&rdquo die genetische Information von T2 enthielt, besteht diese Information aus Nukleinsäuren, NICHT aus Proteinen

Wie wir jetzt wissen, speichert die DNA Informationen in „Wörtern&rdquo von drei aufeinanderfolgenden Basen (sogenannten Codons), die für eine Aminosäure kodieren, und bietet so die erforderliche Vielfalt, um komplexe Informationen zu speichern. Darüber hinaus ist jede Nukleinsäurebase komplementär zu einer anderen Base, sodass die Informationen leicht kopiert und übertragen werden können. Diese Eigenschaften machen Nukleinsäure ideal für diesen Job (tatsächlich arbeiten Wissenschaftler derzeit daran, synthetische DNA zu verwenden, um einen Teil davon zu speichern, da die Revolution von &ldquobig data&rdquo enorme Datenmengen erzeugt!).

Die experimentellen Ergebnisse waren genau dieses Cut-and-dry, und sie waren nur eine (wichtige) Reihe von Experimenten, die ein Stück zum Puzzle der genetischen Informationen hinzufügten, aber sie spielten eine große Rolle bei der Etablierung der DNA als Quelle von genetische Information. Das Experiment brachte Hershey 1969 den Nobelpreis ein. Martha Chase war nicht dabei, und Hershey würdigte ihre Beiträge sogar in seiner Dankesrede. Ich hoffe, dass dieser Artikel Ihnen geholfen hat, die Eleganz dieser bahnbrechenden Erfahrung besser zu verstehen und zu schätzen, und ich hoffe, dass Sie, wenn Sie an das Hershey-Chase-Experiment denken, an Martha Chase denken!

Das Blender-Experiment war nur eines von mehreren Experimenten, die Hershey & Chase in ihrer Arbeit beschrieben haben. Sie taten auch Dinge wie die Bestätigung von Erkenntnissen eines anderen Wissenschaftlers, Thomas Anderson, dass Phagen DNA in einer Proteinhülle hatten. Und sie zeigten, dass man die Protein- und DNA-Teile trennen kann und dass die proteinhaltigen Teile an Bakterien haften (an Bakterienmembranen adsorbieren) können, die DNA-Teile jedoch können. Und dass die DNA in die Bakterien eindringt. Und dass die Proteinhülle die DNA vor DNA-Kauern (DNAsen) schützt und wenn Sie DNAse zu freigesetzter DNA hinzufügen, wird sie abgebaut, aber wenn sie in einem intakten Phagen ist, ist es in Ordnung. Wissenschaft wird in Schritten durchgeführt, und diese Experimente und die von anderen Wissenschaftlern waren ebenfalls sehr wichtige Schritte, aber sie verwendeten Mixer, so dass die Geschichte weniger "in Erinnerung" hatte.

Mehr zu den verwendeten Radioisotopen. Es gibt einige Arten von Strahlung. Alpha-Zerfall gibt das Äquivalent eines Helium-Atoms ab (2 Protonen & 2 Neutronen), Beta-Zerfall tauscht ein Neutron gegen ein Proton (beta-plus-Zerfall) oder ein Proton gegen ein Neutron (beta-Minus-Zerfall (auch bekannt als Positron). -Emission) und lässt ein Elektron und ein Antineutrino (in Beta-Plus) oder ein Anti-Elektron und ein Neutrino (in Beta-Minus) ab, um Ladung und seltsame winzige physikalische Dinge zu erhalten. Sowohl P32 als auch S35 zerfallen durch Beta-Minus-Zerfall.

Bei beiden (Alpha & Beta) ändert sich die Anzahl der Protonen, sodass sie die Identität des Atoms ändern. Aber eine dritte Art von Strahlung, Gamma-Zerfall, gibt keine physikalischen Teilchen ab, stattdessen gibt sie nur Energie in Form von Strahlung &ndash aller elektromagnetischen Strahlung (EMR) &ndash alles von Mikrowellen über Infrarot bis hin zu sichtbarem Licht und Ultraviolett (UV) ab. zu Röntgenstrahlen zu Gammastrahlen ist das &ldquorgleiche&rdquo &ndash kleine Energiepakete (Photonen), die sich in Wellen durch den Weltraum bewegen &ndash sie unterscheiden sich nur in ihrer Energie.

Je mehr Energie, desto höher die Frequenz und kürzer die Wellenlänge (mehr Auf- und Abbewegungen für die gleiche Entfernung). Gammastrahlen sind wie Röntgenstrahlen auf Steroiden und sie sind sehr energiereich und daher gefährlich. Gammastrahlen können von selbst abgegeben werden, aber sie werden oft zusammen mit diesen anderen elementverändernden Formen des Zerfalls abgegeben.


Wie in Judson, H.F. Der achte Tag der Schöpfung: Die Macher der Revolution in der Biologie, 275 (Simon und Schuster, New York 1979).

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Kendrew, J. Wissenschaft Bin. 216, 141–43 (1967).

Stent, G. S. Wissenschaft 160, 390–395 (1968).

Lwoff, A. & Ullmann, A. Ursprünge der Molekularbiologie: Eine Hommage an Jacques Monod. (Academic Press, New York 1979).


Manuel Varela: Über die Hershey-Chase-Experimente

1) Alfred Hershey und Martha Chase arbeiteten daran, zu bestätigen, dass DNA genetisches Material ist. Warum ist das so ein Durchbruch?

Die experimentelle Arbeit von Drs. Martha Chase und Alfred Hershey stellen einen der wichtigsten wissenschaftlichen Durchbrüche des 20. Jahrhunderts dar. Ihre Arbeit verstärkte die Vorstellung, eher wie ein Hinweis, dass DNA das Erbmaterial für die Weitergabe neu hergestellter Gene an spätere Generationen lebender Organismen war.

Die experimentellen Ergebnisse von Chase und Hershey halfen den wichtigsten Ermittlern, ihre Bemühungen auf die DNA als das genetische Material zu konzentrieren. Bevor ihre einflussreiche Arbeit der wissenschaftlichen Gemeinschaft enthüllt wurde, waren die meisten Forscher mit einem Interesse an Genetik und Vererbung fest davon überzeugt, dass Protein der Hauptkandidat für die Verleihung der Vererbung war. Damals, bis Anfang der 1950er Jahre, schien die falsche Vorstellung, Protein sei die wichtigste genetische Substanz, aufgrund der Komplexität des Proteins tatsächlich plausibel. Protein besteht beispielsweise aus 20 unterschiedlichen Aminosäuremolekülen, während DNA lediglich aus einem Phosphat, einem Zucker und einer von vier unterschiedlichen stickstoffhaltigen Basen namens Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin besteht. Als Ergebnis wurde angenommen, dass DNA eine zu einfache Substanz sei, um Organismen mit all ihrer Komplexität zu vererben.

Um das Problem zu dieser Zeit noch weiter zu verwirren, wurde festgestellt, dass Protein und DNA während der frühen DNA-Reinigungsversuche zusammenkamen. Diese gereinigten Substanzen waren als Nukleoprotein bekannt, und es wurde (wieder fälschlicherweise) angenommen, dass der Proteinteil des Nukleoproteins das Erbmaterial sei.

Kurz nach Bekanntwerden der Chase-Hershey-Daten, etwa neun Monate später, entwickelten James Watson und Francis Crick ihr mittlerweile berühmtes Doppelhelix-Modell für die Struktur der DNA. In ihren beiden persönlichen Memoiren führten Watson und Crick später die Chase-Hershey-Ergebnisse direkt ihrem Hauptanliegen zur Aufklärung der DNA-Struktur zu.

2) Watson und Crick schienen mit ihrer Arbeit in die Fußstapfen von Hershey und Chase zu treten. Was haben SIE gefunden?

Im April des Jahres 1953 veröffentlichten Crick und Watson ihre berühmte Zeitung in Natur dem Rest der wissenschaftlichen Welt zu enthüllen, wie die molekulare Struktur der DNA war. Es war weltbewegend – zumindest für die Experten auf den Gebieten der Genetik, Molekularbiologie, Biochemie, Zellbiologie und sogar Physik.

Watson war auf all die komplizierten Abläufe des Chase-Hershey-Experiments aufmerksam gemacht worden.

Da Hershey nicht in der Lage war, an einem wichtigen wissenschaftlichen Symposium zum Thema Genetik teilzunehmen, fiel die Aufgabe der Lektüre auf Watson, der bei dem Treffen im Grunde aufstand und den Anwesenden das Chase-Hershey-Papier vorlas. Watson sollte später bemerkt haben, dass die Arbeit von Chase-Hershey zum Zeitpunkt des Symposiums nicht viel Beachtung fand. Aber die Details in dem Schreiben von Hershey reichten aus, um Watson und später Crick vollständig davon zu überzeugen, dass DNA tatsächlich das genetische Material war.

Die faszinierende Geschichte, wie Crick und Watson das mysteriöse Geheimnis des Lebens, d.Die Doppelhelix.“ Kurz gesagt, sie fanden heraus, dass die DNA-Struktur die Zucker- und die Phosphatmoleküle an der Außenseite der Doppelhelixkette hatte, wie die Schienen einer doppelt verdrehten Leiter, und dass die stickstoffhaltigen Basen A, C, G und T, bildeten Basenpaarungen AT und GC im Inneren des Moleküls.

In den Jahren kurz nach der Veröffentlichung der Entdeckung der Doppelhelix-Struktur der DNA wurden die Vorhersagen, die sich aus dem vorgeschlagenen Crick-Watson-Modell ergaben, und die strukturelle Natur des Modells selbst auf die Probe gestellt. Die DNA-Modellstruktur von Watson und Crick hat den kritischen Analysen der Zeit standgehalten.

3) Hershey und Chase arbeiteten mit etwas namens “Bakteriophagen”. Was sind das genau und wie fügen sie sich in das Bild ein?

Bakteriophagen sind Viren, die spezifisch auf Bakterien abzielen und hauptsächlich diese Arten von Mikroben infizieren. Der griechische Begriff Phagen bedeutet „essen“, und der Name Bakteriophage bedeutet daher „Bakterien essen“. Sehr häufig wird ein Bakterium, das von einem Bakteriophagen infiziert wurde, lysiert, d. h. abgetötet, indem es gesprengt wird.

Bakteriophagen sind in der Tat hochspezifisch für Bakterien, bestimmte Bakteriophagen können nur bestimmte Stämme einer Bakterienart infizieren. Da sich Bakteriophagen oder „Phagen“ an Bakterien binden, injizieren sie ihre phagenspezifischen Nukleinsäuregenome in ihre bakteriellen Wirte und weisen dann das Bakterium an, die Produktion von Bakterien einzustellen und sich hauptsächlich auf die Herstellung neuer Phagenmaterialien zu konzentrieren. Sobald alle Phagenteile synthetisiert sind, können sie unter Verwendung von Proteaseenzymen ein wenig prozessiert und dann zu vielen Kopien von reifen, infektionsbereiten Virionen zusammengesetzt werden. Schließlich werden die amplifizierten Viruspartikel aus dem Bakterium freigesetzt und beginnen ihren Zyklus von neuem, indem sie an neue bakterielle Wirte binden.

Chase und Hershey nutzten die E coli bakterienspezifischer Phagen, genannt T2, ein Mitglied der T-Even-Phagen, die virale Köpfe und längere Schwänze haben als die sogenannten T-Odd-Phagen. Die virale Kopfstruktur des Phagen T2 enthält das doppelsträngige DNA-Genom. Die T2-Schwänze haben Bindungsstellen für Rezeptoren, die sich an der äußeren Zellwand des E coli.

Im Wesentlichen haben die Phagen nur zwei Komponenten: DNA und Protein – die beiden Hauptkandidaten, von denen angenommen wurde, dass sie für die genetische Vererbung verantwortlich sind. Die große Frage war, ob DNA oder Protein das Erbgut darstellte.

Die Transformationsarbeit des Frederick Griffith und die Nachfolgestudie des wissenschaftlichen Trios Oswald Avery, Colin MacLeod und Maclyn McCarty wiesen auf die DNA als das sogenannte Transformationsprinzip hin, das heißt, dass DNA das Erbmaterial sei. Die Befürworter der Idee, dass Protein das Vererbungsmaterial sei, kritisierten jedoch effektiv die Transformationsarbeit, da sie nicht mit Sicherheit sagen konnten, dass alles oder irgendein kontaminierendes Protein (egal wie klein die Mengen) noch in jedem ihrer Experimente waren. Avery, MacLeod und McCarty konnten diese verbleibende Kritik anscheinend nicht abschütteln. So blieb die Idee, dass „Gene Proteine ​​waren“, bestehen.

Hier kommen Chase und Hershey ins Spiel. Einfach ausgedrückt enthielten ihre T2-Phagenviren nur zwei Komponenten: DNA und Protein.

Chase und Hershey argumentierten, dass jeglicher Teil ihrer T2-Phagen (DNA oder Protein), der in das Bakterium in das Zytoplasma gelangt ist, das Erbmaterial sein muss.

4) Die Hershey-Chase-Experimente werden oft als “blender”-Experimente bezeichnet. Können Sie das erklären?

Chase und Hershey verwendeten das, was im Wesentlichen einer Küchenversion des von Waring hergestellten Mixers entspricht, um radioaktive T2-Phagen von den Oberflächen von . zu lösen E coli Zellwände. Ermittler im Feld wussten zu diesem Zeitpunkt, dass der Phagen T2 an den Außenwänden des E coli Zellen. Wenn Chase und Hershey das angelagerte T2-Phagenmaterial, das auf der Außenseite der Bakterien verblieb, mit dem Waring-Mixer aufbrechen konnten, konnten die Ermittler feststellen, welches Material in die Bakterien gelangte – DNA oder Protein.

Ihr berühmtes Experiment wird hier kurz beschrieben.

Zuerst machten Chase und Hershey den T2-Phagen radioaktiv. Dies wurde getan, um festzustellen, welcher Teil des Virus in die E coli Bakterien während einer Phageninfektion. In einer Flasche kultivierten Chase und Hershey E coli in Gegenwart von radioaktivem Phosphor ( 32 P), um seine DNA radioaktiv zu markieren – Sie werden sich erinnern, dass die DNA Phosphate als Teil ihrer Doppelhelixketten enthält. In einem anderen Kolben kultivierten sie E coli in Gegenwart von radioaktivem Schwefel ( 35 S), um sein Protein radioaktiv zu markieren – Sie werden sich auch daran erinnern, dass Proteine ​​aus Aminosäuren bestehen und Schwefel in den Seitenketten bestimmter wie Methionin und Cystein gefunden werden kann.

Als nächstes infizierten Chase und Hershey die beiden Chargen radioaktiver Bakterien, jeweils mit Phagen T2 – eins E coli Charge, die 32 P-DNA hatte und die andere E coli Charge, die 35 S-Protein enthielt. Während der Phagen-T2-Infektionen der radioaktiven Bakterien nahmen die Phagen die radioaktiven Stoffe eifrig auf. Das heißt, die beiden Infektionen produzierten Phagen T2, die radioaktiv markiert waren. In einer Charge hatten sie T2-Phagen mit 32 P-DNA und in der anderen Charge hatten sie T2-Phagen mit 35 S-Protein.

Dann infizierten Chase und Hershey neue Chargen von E coli mit jedem ihrer radioaktiven T2-Phagen, einem Phagen mit 32 P-DNA und dem anderen Phagen mit 35 S-Protein. Dann benutzten sie die heute berühmten Waring-Mixer, um die Infektionen zu schüren, indem sie zu verschiedenen Zeitpunkten während des Infektionsprozesses die geleerten Hüllen radioaktiver Viren abscherten. Als nächstes zentrifugierten sie die Mischungen der beiden radioaktiven T2-Phagen und Bakterien. Die Bakterien wurden auf den Boden der Zentrifugenteströhrchen pelletiert, die auf ihren zellulären Innenseiten das injizierte (vererbte) virale Material enthielten, während die Überstände das virale Material enthielten, das im extrazellulären Milieu zurückgelassen wurde.

Schließlich maßen Chase und Hershey mit einem Geiger-Strahlungszähler die Strahlungsmengen, die in den Überständen emittiert wurden, die virales Material darstellten, das zurückgeblieben und auf der Außenseite der Bakterien verblieb, nachdem es von den Zellwandoberflächen der E coli durch den Mixer.

Chase und Hershey beobachteten, dass im Überstand mehr 35 S-Protein als 32 P-DNA vorhanden war. Das heißt, im Überstand wurden fast 80 % des hinzugefügten 35 S-T2-Proteins vom abgeschert E coli und in den Überstand nach etwa 3 Minuten Mischen. Im Gegensatz dazu wurden nur etwa 30 % der insgesamt hinzugefügten 32 P-T2-DNA aus . entfernt E coli in den Überstand nach 3 Minuten Mischen – der Rest der DNA befand sich anscheinend innerhalb der Bakterien – konnte vom Mischer nicht abgeschert werden, da sie im Inneren der Bakterien eingeschlossen war E coli.

Somit schien es, dass die überwiegende Mehrheit der Phagen-T2-DNA in die Bakterien eindrang, während das T2-Protein außerhalb blieb. Diese Ergebnisse wurden so interpretiert, dass das T2-Phagenprotein die Phagen-DNA umhüllte und DNA in die Zellen injizierte, wodurch die leeren Proteinhüllen, sogenannte Ghosts, auf der Außenseite der Bakterienzellen zurückgelassen wurden.

Ihre Daten wurden im . veröffentlicht Zeitschrift für Allgemeine Physiologie im September 1952. In einer beispiellosen Praxis war Martha Chase eine echte Autorin des berühmten Werks, und ihr Name sollte für immer als eine der Schlüsselwissenschaftlerinnen des legendären Hershey-Chase-Experiments in die Wissenschaftsgeschichte eingehen. In Lehrbüchern zu Genetik, Biochemie und Mikrobiologie wird das Experiment routinemäßig ausführlich beschrieben.

Sie schlossen daraus, dass das injizierte Phagenmaterial DNA war. Daher musste das Vererbungsmaterial DNA sein!

Obwohl das injizierte DNA-Material nicht zu 100 % vollständig war, da auch einige radioaktive Proteine ​​in den Bakterien gefunden wurden, reichte es nicht aus, um die wissenschaftliche Gemeinschaft insgesamt davon zu überzeugen, dass DNA die genetische Substanz des Lebens ist. Zum späteren Leidwesen der Proteinbiochemiker reichte es jedoch aus, Watson und Crick davon zu überzeugen, dass die DNA der Schlüssel zum Geheimnis des Lebens ist. Die Gläubigen, dass Gene aus DNA bestehen, hatten Recht.

5) Warum werden Bakteriophagen als “Modellorganismen” für Forschungszwecke angesehen?

Die Phagen waren in der Tat aus mehreren wichtigen Gründen Modellorganismen für die Durchführung wissenschaftlicher Forschung.

Erstens waren die Phagen im Labor relativ einfach zu manipulieren. In flüssiger Brühe suspendiert konnten sie fast unbegrenzt in Kühlschränken aufbewahrt werden.

Second, the phage bacterial hosts were almost just as simple to handle in the laboratory setting. One merely had to make broth in test tubes and culture flasks or prepare Petri plates with agar in them, in order to grow bacteria.

Third, the phages were easy to enumerate. One had only to mix the pure phages with bacteria in melted agar and pour onto an agar plate. The bacteria would grow to form a layer called a bacterial lawn. The phage would lyse the bacteria in the lawn, forming a hole in the lawn layer, called a plaque. Investigators could count the number of plaques formed in the lawn on the Petri plates and determine the viral titer in terms of plaque-forming units per volume.

Fourth, for both bacteria and their associated phages, mutational variants were easy to find and isolate. Such mutants, whether bacterial or viral, could be studied in detail using conjugation times and the blender to map the locations of the genetic determinants.

Importantly, bacteriophages were used early on in molecular biology as gene cloning vehicles. One of the earliest of these DNA cloning phages was called M13 virus, which readily infects certain strains of E coli. Gene cloning into phage M13 facilitated the early efforts in DNA sequencing, which at the time required that the DNA template being sequenced to have a single-stranded version of it. Phage M13 readily fit this bill. Such efforts with the phages led ultimately led to improvements in sequencing efficiency and in the final elucidation of entire base-sequences of genomes for a great many organisms, including those of humans.

6) Hershey apparently shared the Nobel Prize for Physiology or Medicine with two other scientists- Max Delbruck and Salvador Luria–What happened to Martha Chase? Did she not receive any recognition?

Unfortunately, Dr. Martha Chase did not receive anything near the accolades that were enjoyed by Drs. Hershey, Delbruck and Luria. Chase did not garner a Nobel. In fact, historians of the sciences describe Chase as a tragic figure.

Martha Cowles Chase was born in Cleveland, OH, on the 30 th day of the month of November, in 1927. At the time of the famous Chase-Hershey experiments, in 1952, Chase had been a recent college graduate and was Hershey’s laboratory assistant at Cold Spring Harbor, in NY. She had earned her BS degree from the College of Wooster in 1950. While Hershey was the lab chief, Chase was the person who actually performed the now famous Chase-Hershey T2-E.coli experiments.

Because of her technical and scientific acumen in the laboratory setting, Chase was invited to work at Oak Ridge National Laboratory in TN in 1953, after she completed her T2 phage work in E coli. Next, while working briefly at the University of Rochester, NY, Chase would spend each summer participating in the very famous Phage Group discussions. In 1959, Chase enrolled in the Ph.D. program at the University of Southern California. She took her doctorate in genetics in 1964.

Regrettably, Dr. Chase developed early onset dementia in the late-1960s, losing some of her short-term memory and eventually causing her to lose her job and end her scientific career. Further, to make matters worse, Chase had to stand by watch Hershey get the Nobel and was never mentioned by name even once in Hershey’s Nobel lecture, delivered on the evening of December 12, 1969. Chase died on the 8 th day in the month of August in 2003, at the age of 75.

7) Martha Chase was also a geneticist. Did she make any contributions to that area?

Dr. Chase’s primary and widely known contribution to genetics was in personally conducting the famous Hershey-Chase blender experiments, which showed that phage T2 DNA was the biological material that entered into the host E coli bacteria, thus, strongly implying that DNA was the genetic material.

Dr. Chase conducted further experiments while at Rochester in which she and colleague A.H. Doermann examined genetic recombination in phage T4 and genome replication in the bacteriophage. They studied how closely linked genetic elements along the T4 chromosome did not seem to undergo genetic crossover as frequently as those genes that were located further apart along the phage genome. They also noticed that genetic recombination accompanied DNA replication during T4 phage progeny production. This work was important because other investigators were able to extend the recombination-replication connection to E coli and later to many other organisms. In fact, human DNA replication involves recombination events during DNA replication. I think their genetic work was key also to understanding physical gene mapping, another important advance in the field of genetics.

8) What have I neglected to ask?

Many of Hershey’s scientific colleagues who knew him personally, have often written in their personal memoirs about the so-called notion of ‘Hershey’s Heaven.’ While individual accounts vary in their details, the main gist of the phenomenon refers to the intense satisfaction inherent in performing experiments in the laboratory or in making key important discoveries. Hershey was said to have mentioned this to visiting dignitaries and colleagues. I have to admit myself that some of my own happiest scientific moments were experienced at my laboratory bench conducting experiments and in writing about my own scientific discoveries.

There is a sense of not only cherishing deep satisfaction in making new scientific discoveries that perhaps no one else in the world has done, but also in knowing that there’s a good chance that your discovery may somehow be important in making the world a better place. In a most agreeable way, many scientific endeavors have helped to make a prettier world for all of us.

9) What is the relevance today of the Hershey-Chase experiments?

Many writers of science have wondered why the not-so-clear-cut data generated by the famous Hershey-Chase blender experiment clearly convinced a certain few key investigators, but not many others, of the potential for DNA to hold the hereditary role in biology. The fact remains, however, that shortly after the publication of the Hershey-Chase paper in 1952, the DNA structure had been largely solved by Watson and Crick. The rest of the world took it from there. The scientific works of Frederick Griffith and of the trio Avery, MacLeod and McCarty, were at the time (1940s) not enough to convince the ‘protein geneticists’ while the Hershey-Chase data were indeed effectively sufficient to do so in the 1950s.

The elegance of the Hershey-Chase experiment is literally one for the history books, as well as for the science books. Their work stimulated an unprecedented body of work all dealing with DNA, the secret to life. The Hershey-Chase experiment paved the way to the DNA structure, DNA recombination technology, gene cloning, DNA genetic manipulation, DNA and protein sequencing, genome determination projects, protein structure, protein biochemistry, and bioinformatics, to name only a few.


Hershey-Chase Experiment Prove that DNA is the Genetic Material

In 1952, Alfred D. Hershey und Martha Chase performed a confirmatory experiment using T2 Bakteriophage to prove DNA as genetic material. Bacteriophage T2 is a tailed virus of Escherichia coli.

Viruses are the simplest living organisms and their reproduction is totally dependent on the metabolic machinery of the host. The viruses infect the bacteria and are called as bacteriophage. Bacteriophage T2 which infects the bacteria is composed of about 50% protein coat and 50% with an inner core of DNA. The bacteriophage T2 attaches the host bacterium by means of a tail. It enters its DNA into the cytoplasm of bacteria and the protein coat remains outside the cell. After half an hour, the bacteria cell bursts and numerous phages come out of the bacterial cell. This is due to fact that phage DNA lyses the bacterial cell and uses its metabolic machinery for synthesizing more of their DNA copies and protein coats. Thus, the parental DNA of the virus carries the genetic information which directs the synthesis of both DNA molecules and the protein coats of the progeny.

Hershey and Chase allowed to grow both bacteriophage T2 and E. coli cells in a medium supplemented with radioactive isotopic phosphorous P 32 or radioactive sulfur S 35 . E. coli growing on a medium containing either P 32 or S 35 were infected by the T2 Phagen. Then radio-labelled T2 phages were recovered from the respective culture medium by centrifugation. The progeny phages contained S 35 protein and P 32 labelled DNA. Both types of phages were allowed to infect E. coli cells separately growing on a fresh normal medium. After some times (20 minutes) when infection was over, the empty phage coat proteins were recovered from the infected bacterial cells by agitation using a kitchen blender. The phage coat proteins were separated from infected cells by low speed centrifugation. The phage particles are present in supernatant and bacterial cells settled as pellets. Radioactivity in these two fractions was measured in both sets of an experiment.

It was found that the bacterial cells showed radioactivity when P 32 labelled phage infected E. coli cells. When S 35 labelled phage was used to infect E. coli, the empty phage showed radioactivity but not the bacterial cells. The progeny phage also contained P 32 in DNA but not S 35 in coat protein.

Hershey and Chase concluded that T2 phage delivered its DNA into bacterial cell leaving the coat protein outside the Zellenwand. Progeny phage particles were produced inside the cell and consisted of P32 in their DNA and unlabelled protein coat. It showed that DNA acts as genetic material. That is why it synthesises a new protein coat and replicates DNA.


Schau das Video: Hershey-Chase Experiment (Juli 2022).


Bemerkungen:

  1. Reidhachadh

    Das ist die ausgezeichnete Idee

  2. Braden

    Ich denke du liegst falsch. Lass uns diskutieren. Maile mir eine PM, wir reden.

  3. Drue

    Ich habe mit einer skeptischen Einstellung angefangen zu lesen, aber am Ende war ich begeistert – die Autorin ist einfach großartig!

  4. Akinosho

    Ich stimme dir zu

  5. Erik

    Ich habe es gelesen, aber nichts verstanden. Zu klug für mich.



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