das experiment von hershey und chase

• Schülerlexikon
• Biologie Abitur
• 5.1 Molekulare Grundlagen der Vererbung
• 5.1.1 Nucleinsäuren tragen die genetische Information

Martha Chase

* 30.11.1927 in Cleveland Heights, Ohio † 08.08.2003 in Lorain, Ohio Das berühmte HERSHEY-CHASE-Experiment kennt fast jeder, der sich ein wenig mit der Geschichte der Biologie, insbesondere der Gentechnik beschäftigt hat. Kaum einer weiß jedoch, wer sich hinter dem Namen CHASE verbirgt. Es handelt sich um die amerikanische Biologin MARTHA CHASE, die damals in den 1950er Jahren als Assistentin in ALFRED HERSHEYs (1908-1997) Labor arbeitete und mit ihm zusammen das Experiment, welches die DNA als den Träger der genetischen Information identifizierte, entwickelte. Das Ergebnis dieses Experiments war ein Meilenstein in der Entwicklung der Molekularbiologie.

Zeitgeschehen

MARTHA CHASE wurde noch in den Goldenen 20ern des 19 Jhs. geboren, doch schon 1929 mit der Weltwirtschaftskrise (schwarzer Donnerstag) wurde auch in den USA das Leben härter. Die weiteren Jahrzehnte waren durch Kriege geprägt. Mit dem Angriff der Japaner auf Pearl Harbour 1941 trat die USA aktiv in den 2. Weltkrieg ein und ging von einer Zivilgesellschaft in eine Kriegsgesellschaft über. Es folgten der Vietnamkrieg und mit dem Mauerbau in Deutschland der kalte Krieg mit dem Osten. Doch im Gegensatz zu Europa, dass direkter Kriegsschauplatz war, konnten sich in den USA die Naturwissenschaften stetig weiter entwickeln, daran hatten auch viele aus Europa emigrierte Wissenschaftler ihren Anteil. Auch das Kriegsgeschehen selbst war verantwortlich für die rasante Weiterentwicklung der amerikanischen Wissenschaft - neue Forschungstechniken entstanden, die Atombombe wurde gebaut, chemische und biologische Waffen wurden entwickelt.

Die Molekularbiologie und Genetik steckte Anfang des 20. Jhs. noch in den Kinderschuhen. Erst 1900 wurden GREGOR MENDELS (1822-1884) Vererbungsregeln wieder entdeckt und 1939 die Zelle als Baustein aller Lebewesen anerkannt.

Ein großes Interesse in der damaligen Forschung galt dem Mechanismus der Vererbung auf die Spur zu kommen. Zwar hatte W. SUTTON und THEODOR BOVERI (1862-1915) schon 1902 die Theorie aufgestellt, dass die Chromosomen (damals noch als Kernschleifen bezeichnet) die Träger der Erbanlagen seien ( Chromosomentheorie), doch herrschte bis zum Beweis gebenden Experiment von MARTHA CHASE und ALFRED HERSHEY (1908-1997) ein wissenschaftlicher Streit darüber, welcher der in den Chromosomen enthaltene Bestandteil die Erbinformation trägt.

MARTHA CHASE wurde in Cleveland Heights, einer idyllischen kleinen Vorstadt von Cleveland, in Ohio am 30. November 1927 geboren und wuchs dort auf. Umgeben von einer landwirtschaftlich geprägten Landschaft mit vielen Wäldern und Parks wurde sie schon früh von der Natur inspiriert und das Interesse für die Biologie in ihr geweckt.

Nachdem sie am College in Wooster in Ohio Biologie studiert hatte begann sie 1950 im Labor des Genetikers ALFRED HERSHEY (1908-1997) am Carnegie Institute of Washington, heute ein Teil der Universität von Cold Springs Habor, als seine Assistentin zu arbeiten. Die Arbeit mit HERSHEY war nicht einfach und äußerst ungewöhnlich. Im Labor herrschte fast immer Stille, keiner sprach. Wenn HERSHEY etwas wollte, deutete er es nur mit dem Finger an. Es war bestimmt nicht einfach mit einem Minimum an Worten eine gute Zusammenarbeit aufrecht zu erhalten. Doch MARTHA CHASE war intelligent und vorausschauend, konnte sich sehr gut in die Forschungsbedingungen einarbeiten. So hatte sie einen großen Anteil an der Entwicklung und Durchführung des berühmten HERSHEY-CHASE-Experiments (1952).

1953 verließ MARTHA CHASE Cold Springs Harbor, arbeitet erst am Oak Ridge National Laboratory und dann an der Universität von Rochester.

Jeden Sommer kehrte sie nach Cold Springs Habor zurück, um am jährlichen Zusammentreffen der „Phage Group“ teilzunehmen. Hier trafen sich bedeutende Wissenschaftler, die Forschungen an Bakteriophagen betrieben, um ihre Erkenntnisse untereinander auszutauschen.

1959 begann sie mit ihrer Doktorarbeit an der University of Southern California, die sie 1964 erfolgreich abschloss. In ihrer Freizeit besuchte und bereiste MARTHA CHASE die verschiedensten Nationalparks der USA. Sie liebte es nach einem Regen in die Wüste zu gehen, wenn die Pflanzen ihre kurze aber beeindruckende Blüte zeigten. Ende der 1950iger heiratete sie einen befreundeten Naturwissenschaftler, RICHARD EPSTEIN, doch ging ihre Ehe bald wieder in die Brüche.

MARTHA CHASE erlitt Ende der 1960iger Jahre weitere persönliche und finanzielle Rückschläge, verlor sogar ihre Arbeitsstelle. Dies war auch das Ende ihrer wissenschaftlichen Kariere. Später litt sie an einer Demenz, wobei sie zeitweise ihr Kurzzeitgedächtnis verlor, nicht aber ihr Langzeitgedächtnis. Ein Freund erinnert sich: „Sie war eine bemerkenswerte aber tragische Persönlichkeit“.

MARTHA CHASE starb am 8. August 2003 an einer Lungenentzündung in Lorain, Ohio, im Alter von 75 Jahren. Ihre Schwester RUTH DAZIEL OF MILFORD erzählt: „MARTHA liebte es zu fotografieren, außerdem auch zu nähen und zu stricken. Je schwerer die Strickmuster waren, um so mehr Spaß hatte sie daran, sie hat sich alles selbst beigebracht. MARTHA war immer an Dingen interessiert, die eine Herausforderung für sie darstellten.“

Wissenschaftliche Leistung

MARTHA CHASE war gerade Anfang 20, als sie ihre bedeutendste wissenschaftliche Arbeit schuf. Zusammen mit dem Genetiker ALFRED HERSHEY entwickelte sie ein Experiment, dass die DNA als Träger der Erbinformationen identifizierte.

Zur damaligen Zeit arbeiteten einige Wissenschaftler mit Bakteriophagen um heraus zu finden, ob die DNA oder die Proteine des Phagen für die genetische Informationsübertragung verantwortlich sind.

Schon 1944 deutete ein Experiment von OSWALD THEODORE AVERY (1877-1955) und seinen Mitarbeitern MCCLEOD und MCCARTY darauf hin, dass der Schlüssel des genetischen Codes in der DNA liegt, sie konnten es jedoch nicht schlüssig darlegen. Erst das HERSHEY-CHASE-Experiment konnte der Welt den Beweis liefern.

MARTHA CHASE und ALFRED HERSHEY brachten markierte Phagen mit einer frischen Bakterienkultur zusammen. Die Phagen hefteten sich an die Bakterien und infizierten diese durch Injektion ihres genetischen Materials in die Bakterienzellen. CHASE und HERSHEY gaben die Bakterien in einen herkömmlichen Küchenmixer (mit dem Namen „Waring Blendor“ ); der genau die richtigen Scherkräfte walten ließ um die Phagen von der Bakterienwand zu trennen, die Bakterien jedoch nicht zu zerstören. Nach der Untersuchung der Bakterien fanden sie hauptsächlich Phagen-DNA und keine Phagen-Proteine in den Bakterienzellen. Das Experiment wird wegen des eingesetzten Mixers (englisch: blender ), in wissenschaftlichen Kreisen auch „blender-experiment“ genannt.

Ein Sprecher des Cold Springs Harbor Laboratory beschrieb die Studie als „…one of the most simple and elegant experiments in the early days of the emerging field of molecular biology.“

Diese Erkenntnis und viele weitere wichtige Arbeiten über Phagen und Viren von MARTHA CHASE und ALFRED HERSHEY wurden grundlegende Bausteine auf dem Gebiet der Molekularbiologie und Genetik.

Das Ergebnis des „blender experiments“ regte vor allem JAMES DEWEY WATSON (geb. 1928) und FRANCIS CRICK (1916-2004) an, weiter an der Struktur der DNA intensiv zu forschen. Nur knapp 11 Monate nach Veröffentlichung des HERSHEY-CHASE-Experiments entdeckten sie die Doppelhelixstruktur der DNA. Auch ROSALIND FRANKLIN (1920-1958) und MAURICE WILKINS (1916-2004) haben durch ihre röntgenanalytischen Untersuchungen der Nucleinsäuren maßgeblich dazu beigetragen.

Stand: 2010 Dieser Text befindet sich in redaktioneller Bearbeitung.

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Hershey-Chase-Experiment

Mit d​em als Hershey-Chase-Experiment bekannt gewordenen Versuch konnte nachgewiesen werden, d​ass genetische Information i​n DNA u​nd nicht i​n Proteinen codiert ist. Das Experiment w​urde 1952 durchgeführt v​on Alfred Hershey u​nd Martha Chase . [1] Es lieferte e​ine unabhängige Bestätigung d​es Ergebnisses, d​as bereits 1944 Oswald Avery , Colin MacLeod u​nd Maclyn McCarty i​n ihren Versuchen z​ur genetischen Transformation v​on Bakterien erhalten hatten.

In d​em Hershey-Chase-Experiment wurden Viren verwendet, d​ie auf d​en Befall v​on Bakterienzellen spezialisiert sind. Solche Viren werden a​uch Bakteriophagen ('Bakterienesser') o​der Phagen genannt. Sie bestehen i​m Wesentlichen a​us einer Proteinhülle u​nd darin DNA (selten RNA). Treffen s​ie auf e​in Bakterium, setzen s​ie mit i​hren Schwanzanhängen a​uf der Bakterienoberfläche a​uf und injizieren i​hre gesamte DNA i​n das Bakterium. Die Proteinhülle bleibt dagegen außerhalb d​es Bakteriums. Die injizierte DNA r​egt das Bakterium d​azu an, n​eue Phagen z​u bauen ( Selbstassemblierung ), welche u​nter Zerstörung d​es Bakteriums schließlich freigesetzt werden.

Hershey u​nd Chase züchteten n​un Phagen, d​ie als T2-Phagen bezeichnet wurden, einmal u​nter Zugabe v​on radioaktiv markiertem Schwefel ( 35 S) u​nd in e​iner zweiten Petrischale u​nter Zugabe v​on radioaktiv markiertem Phosphor ( 32 P). Der radioaktive markierte Schwefel w​urde dabei i​n die Proteine eingebaut. Der radioaktiv markierte Phosphor i​n der anderen Petrischale w​urde dagegen i​n die DNA d​er gezüchteten Phagen eingebaut.

Daraufhin wurden d​en Phagen jeweils Bakterien ( Escherichia coli ), d​ie keinerlei radioaktiv markierte Stoffe aufwiesen, zugegeben. Kurz nachdem d​ie Phagen s​ich auf d​ie Bakterien aufgesetzt u​nd ihre DNA injiziert hatten, g​aben Hershey u​nd Chase d​ie Proben i​n einen Mixer. Die Scherkraft i​m Mixer reichte aus, u​m die l​eere Phagenproteinhülle v​on der Bakterienoberfläche z​u lösen, jedoch wurden w​eder die Hüllen n​och die Bakterien zerstört. In e​iner anschließend durchgeführten Zentrifugation setzten s​ich die schweren Bakterien i​m Sediment ab, während d​ie leichteren Phagenhüllen i​m Überstand verblieben.

Bei d​en Proben, welche d​ie Proteine m​it Hilfe d​es 35 S markiert wurden, konnte n​ach der Zentrifugation k​eine Radioaktivität i​m Bodensatz gemessen werden. Die Flüssigkeit jedoch w​ar deutlich radioaktiv. In d​en Proben, b​ei denen d​ie DNA m​it Hilfe d​es 32 P markiert war, konnte n​ach der Zentrifugation i​m Bodensatz e​ine deutliche Radioaktivität gemessen werden. Die Flüssigkeit jedoch w​ar nicht radioaktiv. Das w​ar ein Nachweis, d​ass DNA i​n die Bakterien eindrang. Durch d​ie DNA konnte getragenes Erbgut i​n das Bakterium z​ur Produktion v​on Phagen anregen.

Einzelnachweise

• A. D. Hershey, M. Chase: Independent functions of viral protein and nucleic acid in growth of bacteriophage . In: The Journal of General Physiology . 36, Nr.   1, 1952, S.   39–56. doi : 10.1085/jgp.36.1.39 . PMID 12981234 . PMC   2147348 (freier Volltext).

DNA und ihre Funktion bei der Vererbung

• First Online: 26 April 2019

Cite this chapter

• Jürgen Markl 12 ,
• David Sadava 13 ,
• David M. Hillis 14 ,
• H. Craig Heller 15 &
• Sally D. Hacker 16  

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• An erratum to this publication is available online at https://doi.org/10.1007/978-3-662-58172-8_59

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28 july 2022.

Erratum zu: D. Sadava et al., Purves Biologie, https://doi.org/10.1007/978-3-662-58172-8

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Authors and affiliations.

Institut für Molekulare Physiologie, Johannes Gutenberg-Universität, Mainz, Deutschland

Jürgen Markl

Keck Science Center, Claremont, CA, USA

David Sadava

The University of Texas at Austin, Austin, TX, USA

David M. Hillis

Stanford University, Stanford, CA, USA

H. Craig Heller

Oregon State University, Corvallis, OR, USA

Sally D. Hacker

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Correspondence to Jürgen Markl .

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© 2019 Springer-Verlag GmbH Deutschland, ein Teil von Springer Nature

About this chapter

Markl, J., Sadava, D., Hillis, D.M., Heller, H.C., Hacker, S.D. (2019). DNA und ihre Funktion bei der Vererbung. In: Markl, J. (eds) Purves Biologie. Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-58172-8_13

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DOI : https://doi.org/10.1007/978-3-662-58172-8_13

Published : 26 April 2019

Publisher Name : Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg

Print ISBN : 978-3-662-58171-1

Online ISBN : 978-3-662-58172-8

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Kapitel 1: Nucleinsäuren, Chromatin, Chromosomen

Welche klassischen experimente belegen, dass die erbinformation in der dna niedergelegt ist.

Die Experimente von Frederick Griffith aus dem Jahr 1928 zeigen, dass eine hitzestabile Substanz eine erbliche Eigenschaft eines Bakterienstamms auf einen anderen übertragen kann. Aufbauend auf den Experimenten von Griffith konnten Oswald Avery und Mitarbeiter zeigen, dass DNA das Erbmaterial stellt. Die Befunde wurden 1944 publiziert. Schließlich wurde im Jahr 1952 die Rolle der DNA durch die Experimente von A. D. Hershey und Martha Chase mit dem Bakteriophagen T2 bestätigt.

Wie sind Nucleotide aufgebaut?

Nucleotide bestehen aus drei Komponenten: einem Zuckermolekül, einer Base und mindestens einer Phosphatgruppe. Zuckermolekül: Bei der RNA findet sich das Zuckermolekül in Form eines 5-gliedrigen Ringsystems (Pentose), bei der die Kohlenstoffatome in Position 2´ und 3´ eine Hydroxylgruppe tragen (Ribose). Die DNA besitzt eine Desoxypentose, das Kohlenstoffatomin Position 2´ hat keine Hydroxylgruppe. Base: Bei den in der DNA vertretenen Basen unterscheidet man zwei Typen. Es sind dies in der DNA die Pyrimidinbasen (6-gliedriges Ringsystem) Thymin (Thy) und Cytosin (Cyt). Die RNA besitzt an Stelle des Thymins die Pyrimidinbase Uracil (Ura), die sich vom Thymin nur durch das Fehlen einer Methylgruppe in Position 5 unterscheidet. Weiterhinkommen in der DNA und RNA die Purinbasen (überlappendes 5- und 6-gliedriges Ringsystem) Adenin (Ade) und Guanin (Gua) vor. Phosphatgruppe: Durch Veresterung der Hydroxylgruppe am Kohlenstoffatom in der Position 5` der Pentose oder Desoxypentose mit Phosphorsäure werden die Nucleotide gebildet. Nucleotide können auch Di- und Triphosphate sein.

Welche Basenpaarungen gibt es in der DNA?

Die Watson-Crick-Paarung führt zu den Basenpaaren A-T und G-C innerhalb der Doppelhelix. Über Hoogsteen-Paarung können sich Basen an die Außenseite der Doppelhelix anlagern. Ein G, gebunden an ein GC-Paar, und ein T, gebunden an ein AT-Paar, scheinen dabei besonders stabil zu sein. Beide Formen der Basenpaarung beruhen auf Wasserstoffbrückenbindungen.

Welche Beziehung besteht zwischen der Zahl der Basenpaare und der Länge eines DNA-Abschnitts in der B-Konformation?

In der B-DNA kommen 10,5 Basenpaare auf eine Windung der Doppelhelix. Die Windung hat eine Länge von 3,4 nm.

Was versteht man unter dem Begriff "Hypochromie"?

Die Abnahme der maximalen Absorption kurz welligenLichts (260 nm) in einer Lösung mit Nucleinsäuren beim Übergang von einzelsträngiger zu doppelsträngiger DNA wird als Hypochromie bezeichnet.

Wie verhält sich DNA bei Erwärmung?

Die Erhöhung der Temperatur einer DNA-haltigen Lösung führt zur Auflösung der Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Basenpaaren. Die beiden Stränge der Doppelhelix trennen sich voneinander. Die Zunahme einzelsträngiger Bereiche ist anhand der Absorptionszunahme bei 260 nm in der Lösung messbar. Bei Auftragung der relativen Absorption (1,0 entspricht der maximalen Absorption der doppelsträngigen DNA) der Lösung gegen die Temperatur, erhält man eine Schmelzkurve der DNA.

Was ist ein Palindrom?

Bei einem Palindrom liegen zwei identische Basensequenzen, eine davon jedoch in umgekehrter Orientierung, sehr nahe hintereinander in der DNA vor. Die Basensequenzen sind in Bezug auf die Einzelstränge zueinander kreuzspiegelsymmetrisch und daher komplementär. Die Paarung der komplementären Basen innerhalb eines DNA-Strangs kann zu einer kreuzförmigen Struktur, einer so genannten Haarnadelschleife (hairpinloop oder stem loop), führen. Diese Konformation ist allerdings energetisch ungünstig.

Wie liegt bakterielle DNA in der Zelle vor?

Die meisten Bacteria z.B. E. coli besitzen ein ringförmiges doppelsträngiges DNA-Molekül als Genom. Es liegt in derZelle in einer als Nucleoid bezeichneten Region vor, ist superhelikal aufgewunden und mithilfe von Nucleoid-assoziierten Proteinen in 50 bis 100 Schleifendomänen organisiert.

Wie sind Nucleosomen aufgebaut?

Enzymatischer DNA-Abbau von isoliertem Chromatin führt im Experiment zu dem Befund, dass ein DNA-Abschnitt von 146 bp in 1,75 Windungen um ein Aggregat aus sogenannten Histon-Proteinen geschlungen ist. Diese unter dem Begriff "Core-Histone" zusammengefassten Proteine werden als H2A, H2B, H3 und H4 bezeichnet, und jeweils zwei von jeder Spezies sind im Nucleosom vertreten. Im Nucleosom liegt also ein Histonoktamer vor. Zwischen den Histonoktameren erstreckt sich sogenannte freiliegende oder Linker-DNA uneinheitlicher Länge (bis 80 bp). Dort ist auch eine weitere Histonspezies, das Linker-Histon H1 gebunden.

Welche Modelle gibt es zur Struktur des 30-nm-Fadens?

Der Aufbau des 30-nm-Fadens ist noch nicht endgültig geklärt. Zwei Modelle werden gegenwärtig diskutiert. Vieles spricht dafür, dass eine relativ regelmäßige superhelikale Anordnung, ein Solenoid, vorliegt. Zweifel an der Ausbildung eines Solenoids ergeben sich aber aus der Beobachtung, dass die Linker-DNA unterschiedlich lang sein kann. Berücksichtigt man diese Unregelmäßigkeiten in der Struktur des 10-nm-Fadens in stärkerem Maß, erhält man eine eher unregelmäßige Struktur mit lokalen Verdichtungen, die bis zu sechs Nucleosomen umfassen sollen. Für diese Anordnung ist der Begriff Superbeads üblich.

Welche Vorstellungen hat man zur Tertiärstruktur des Chromatins?

Die Tertiärstruktur des Chromatins wird von Schleifendomänen der DNA bestimmt, die der 30-nm-Faden ausbildet. Die Schleifendomänen sind unterschiedlich groß (5 bis 200 kb DNA; Durchschnitt: 63kb). Sie sind an einem Proteingerüst (protein scaffold) aus Nicht-Histon-Proteinen verankert. Es hat sich gezeigt, dass nur bestimmte DNA-Abschnitte mit dem Proteingerüst in Kontakt stehen. Diese Kontaktbereiche nennt man entweder MAR (matrix-associated regions) oder SAR (scaffold-associated regions).

Wie sind die Centromere der Säugetiere aufgebaut?

In den Centromeren ist repetitive, nicht transkribierte DNA angereichert. Dort ist das Chromatin unterkondensiert, und in monokinetischen Chromosomenals primäre Konstriktion zu erkennen. Im Bereich der Centromere, dem Chromatin aufgelagert, bildet sich oft die trilaminare Struktur des Kinetochors aus. Sie besteht aus drei Platten und in einigen Fällen in einer vierten Schicht, der Corona.

Was verknüpfen Sie mit der Abkürzung NOR?

Manche Chromosomen im Karyotyp eines Organismus zeigen neben der primären Konstriktion (Centromer) eine weitere Konstriktion, die sekundäre Konstriktion. Dort liegt repetitiv angeordnete ribosomale DNA. Die Region wird als Nucleolus-organisierende Region, NOR, bezeichnet.

Welche Aufgaben hat die Cytogenetik?

Die Cytogenetik ist eine Disziplin, die sich mit der cytologischen Analyse des Karyotyps beschäftigt. Die Bestimmung der Chromosomenzahl und der Geschlechtschromosomen- Situation gehören zu ihren Aufgaben.

Nennen Sie die wichtigsten Bänderungsverfahren für Chromosomen?

Die G-Bänderung hat bei Säugetier und Mensch große Bedeutung. Speziell vorbehandelte Chromosomenpräparate werden mit der Giemsa-Lösung angefärbt. In jedem Chromosom wird dadurch in reproduzierbarer Weise ein Muster aus hellen und dunklen Banden erzeugt. Die G-Bänderung ist für die pränatale Diagnose beim Menschen unentbehrlich. Die R-Bänderung produziert ein zur G-Bänderung komplementäres Bandenmuster und wird besonders zur Analyse der Chromosomenenden eingesetzt. (Die Q-Bänderung ist ein Fluoreszenzverfahren, bei dem durch den für AT-reiche Sequenzen spezifischen Fluoreszenzfarbstoff Quinacrinein Bandenmuster erzeugt wird, das Unterschiede im Basengehalt einzelner Chromosomensegmente wiedergibt. Die C-Bänderung stellt ausschließlich konstitutives Heterochromatin dar, wie es vor allem in den Centromeren vorhanden ist. Eine ebenfalls sehr selektive Färbetechnik ist die Ag-NOR-Färbung. Sie zeigt NORs, die in der vorausgegangenen Interphase aktiv waren.)

Was sind Lampenbürstenchromosomen?

In Meiocyten beobachtet man eine vorübergehende, auf einzelne Segmente beschränkte Dekondensation der Chromosomen, die sich durch die Bildung paariger Schleifen seitlich der Chromosomenachse zu erkennen gibt. Die Bedeutung dieser Lampenbürstenchromosomen ist noch ungeklärt.

Was versteht man unter B-Chromosomen?

Alle euploiden Individuen einer Art besitzen einen Satz von Chromosomen, die als A-Chromosomen bezeichnet werden. Daneben werden aber bei Tieren und Pflanzen weitere Chromosomen gefunden, die als B-Chromosomen, überzählige Chromosomen oder zusätzliche Chromosomen bezeichnet werden. Ihre Zahl schwankt in verschiedenen Individuen einer Population oft, ohne dass bestimmte Auswirkungen zu erkennen sind. Der biologische Sinn der B-Chromosomen ist unklar.

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Hershey und Chase – Erbinformation bei Viren

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Grundlagen zum Thema Hershey und Chase – Erbinformation bei Viren

In diesem Video wird dir der Versuch von Hershey und Chase gezeigt. Damals war der Träger der Erbinformation noch nicht bekannt.Diese beiden Forscher wollten herausfinden ob Viren Proteine oder DNA als Träger der Erbinformationen nutzen. Du lernst dabei den Ablauf des Versuches und die Methode der selektiven Markierung kennen. Was das genau ist und was radioaktive Isotope damit zu tun haben zeigt dir dieses Video. Zuletzt werden dir die wichtigen Erkenntnisse des Versuchs natürlich noch mal zusammengefasst und übersichtlich vorgestellt. Am Ende des Videos weißt du dann ganz genau wie die Erbinformation bei Viren übertragen wird und wie Hershey und Chase dies nachweisen konnten. Viel Spaß beim Video!

Transkript Hershey und Chase – Erbinformation bei Viren

Hallo! Willkommen zum Video mit dem Thema: Versuche mit Bakterien. Dieses Mal beschäftigen wir uns mit dem Versuch von Hershey und Chase. In diesem Video erfährst du, mit welchem Forschungsziel das Experiment durchgeführt wurde. Du lernst den genauen Versuchsablauf und die wichtigen gewonnenen Erkenntnisse kennen. Im 20. Jahrhundert galt die Suche nach dem genetischen Material als eine große Herausforderung der Biologen. Als Kandidaten für das genetische Material, das für die Erbinformation kodiert, wurden vor allem die DNA und die Proteine betrachtet. Die beiden Forscher Alfred Hershey und Martha Chase wollten diese Frage beantworten. Somit war das Forschungsziel des Experiments, das sie 1952 durchführten, die Identifizierung des genetischen Materials: DNA oder Proteine? Die beiden Forscher verwendeten für ihren Versuch Viren, die als Bakteriophagen bezeichnet werden, oder kurz: Phagen. Der Name rührt daher, da diese Art von Viren Bakterien befällt. Hershey und Chase verwendeten T2-Phagen, die das Bakterium E.coli, auf Englisch E.coli befallen. In dieser Zeit wussten Biologen bereits, dass Viren vor allem aus Proteinen und DNA bestanden. Innerhalb der Proteinhülle, auch Kapsid genannt, befindet sich die DNA. Es war bereits bekannt, dass Phagen sich nur mithilfe von Wirtszellen vermehren können. Die Phagen befallen das Bakterium und es wird so umprogrammiert, dass das Bakterium “Phagenproduktion” durchführt. Die so hergestellten Phagen werden dann unter Zerstörung der Bakterienzelle freigesetzt. Eine Frage stand jedoch noch offen: Welcher virale Bestandteil ist für die Reprogrammierung verantwortlich, die Proteine oder die DNA? Die Identifizierung des verantwortlichen Bestandteils würde einen Hinweis liefern, welches der beiden Moleküle für die Erbinformation kodiert. Um dieser Frage auf den Grund zu gehen, benutzten die beiden Wissenschaftler zwei radioaktive Isotope, um die DNA oder die Proteine selektiv zu markieren. Unter Isotopen versteht man Atome desselben Elements, die verschiedene Anzahlen von Neutronen besitzen und somit andere chemische Eigenschaften und Atommassen aufweisen. Zuerst wurden die T2-Phagen in einem Medium vermehrt, das radioaktiv markierten Schwefel enthielt: 35S. Nur Proteine enthalten Schwefelatome, jedoch nicht die DNA. Somit konnte eine selektive Proteinmarkierung durchgeführt werden. Die vermehrten Phagen enthielten also radioaktive Proteine. In einer ähnlichen Weise wurden Phagen in einem anderen Medium vermehrt, das mit radioaktivem Phosphor versetzt wurde: 32P. Fast der ganze Phosphor befindet sich innerhalb der DNA. Somit weisen die so vermehrten Phagen radioaktive DNA auf. Die Proteinhüllen bleiben hingegen unmarkiert. Als nächstes wurden nicht radioaktive E.coli-Bakterien mit den radioaktiv markierten Phagen infiziert, die entweder mit radioaktivem Schwefel oder radioaktivem Phosphor markiert waren. Bei dem nächsten Schritt wurden die Kulturen in den Mixer gegeben. Durch die rotierenden Bewegungen des Messers wurden die Phagen, die an der Oberfläche der Bakterienzelle saßen, abgerissen. Dieser Prozess wurde mit beiden Ansätzen durchgeführt. Danach wurden die Kulturen zentrifugiert. Durch die Zentrifugation sinken die schweren Bakterienzellen zum Boden der Reagenzgläser. Man spricht vom Zentrifugat. Die leichteren Partikel, also somit die Viren, schwimmen hingegen im sogenannten Überstand. Die Radioaktivität wurde im Zentrifugat und im Überstand gemessen. Bei der Probe mit den Phagen mit der Proteinmarkierung mittels radioaktiven Schwefels war die Radioaktivität nur im Überstand messbar. Das Zentrifugat zeigte keine Radioaktivität. Die Schlussfolgerung: Die Proteine der Phagen sind nicht in die Bakterien eingedrungen. Bei der anderen Probe mit den Phagen, die eine DNA-Markierung mittels radioaktiven Phosphors aufwiesen, war die Radioaktivität hingegen vorwiegend im Zentrifugat nachweisbar. Es konnte jedoch keine Radioaktivität im Überstand nachgewiesen werden. Die Schlussfolgerung: Die DNA der Phagen ist in die Bakterien eingedrungen. Wenn man diese Bakterien in frisches Medium brachte und der Infektionszyklus fortgesetzt wurde, so enthielten die neuen Phagen auch radioaktiven Phosphor. Erkenntnisse: Hershey und Chase schlossen aus ihrem Versuch: Es wird nur DNA in die bakterielle Wirtszelle eingeschleust. Die Proteinhülle bleibt draußen. Somit muss die DNA für die Umprogrammierung der Bakterien zuständig sein. Dies lieferte einen starken Beweis dafür, dass DNA und nicht die Proteine das genetische Material darstellt. Wir kommen zur Zusammenfassung des Versuchs von Hershey und Chase. Das Forschungsziel war die Identifikation des Erbmaterials: DNA oder Proteine. Der Versuch wurde mithilfe einer selektiven Markierung von DNA und Proteinen durch radioaktive Isotope durchgeführt. Es wurden T2-Phagen und E.coli-Bakterien verwendet. Die Erkenntnis: DNA stellt den Träger der Erbinformation dar, also das Erbmaterial. Danke für deine Aufmerksamkeit! Tschüs, bis zum nächsten Video!

und das heißt auch glaub ich Tschüss

sorry aber draußen heißt das glaub ich

danke sehr gut

gutes Video, Danke

Hershey und Chase – Erbinformation bei Viren Übung

Nenne die erkenntnisse des versuchs..

Bei der Probe mit der Proteinmarkierung war nur der Überstand radioaktiv.

Die Probe mit der markierten DNA zeigte Radioaktivität im Zentrifugat.

Nach dem Zentrifugieren konnten die beiden Forscher die Radioaktivität im Zentrifugat und im Überstand messen. So gelangten sie zu folgenden Erkenntnissen:

• Bei der Probe mit der Proteinmarkierung war nur der Überstand radioaktiv, der keine Bakterien enthielt. Das bedeutet, die Proteine der Phagen waren nicht in die Bakterien eingedrungen.
• Die Probe mit der DNA-Markierung war nur im Zentrifugat radioaktiv. Das bedeutet, die DNA der Phagen sind in die Bakterien eingeschleust worden.

Beschreibe die Phagenentwicklung.

Nach dem Auffinden der passenden Wirtszellen wird die DNA aus dem Capsid übertragen.

Die erste Phase wird als Adsorption bezeichnet. Dieser Begriff kommt aus dem Lateinischen und steht für „ansaugen“.

Die beiden Forscher benötigten für Ihren Versuch Viren, die Bakterien befallen können. Diese werden auch als Bakteriophagen bezeichnet. Die verwendeten T2-Phagen befallen E.coli -Bakterien.

Die Phagenentwicklung bzw. Vermehrung verläuft in mehreren Phasen.

Adsoprtion : Damit die Phage ihre DNA aus dem Capsid ins Bakerium übertragen kann, muss sie zunächst ein passendes Bakterium finden und sich auf der Oberfläche anlagern.

Injektion : In dieser Phase wird die DNA aus der Phage in das Bakterium injiziert.

Latenzphase : Transkription und Translation der Phagen-DNA beginnt. Die Phage löst sich vom Bakterium ab.

Produktionsphase : Die einzelnen Bausteine für die neuen Phagen werden synthetisiert.

Reifungsphase : Die neuen Phagen werden zusammengesetzt.

Freisetzung : Die fertigen Phagen werden freigesetzt.

Ermittle die Unterschiede zwischen Bakterien und Viren.

Viren sind kleiner als Bakterien und können sich nicht selbstständig vermehren.

Bakterien können sich fortbewegen.

Viren zählen nicht zu den Lebewesen, da sie keinen eigenen Stoffwechsel besitzen. Zudem benötigen sie zur Vermehrung einen Wirt. Sie sind kleiner als Bakterien. Daher kannst du sie nur in einem Elektronenmikroskop erkennen. Sie bestehen nur aus einer Proteinhülle (Capsid) und einem Erbgutkern, in welchem die Nukleinsäure liegt.

Bakterien hingegen besitzen einen Stoffwechsel sowie Ribosomen und Zytoplasma. Über Geißeln können sie sich fortbewegen. Ihre Vermehrung geschieht durch Zellteilung. Da sie größer sind als Viren, kannst du sie in einem Lichtmikroskop erkennen.

Erkläre den Aufbau und die Funktion von Proteinen.

Eine Peptidbindung ist eine kovalente Bindung zwischen Aminosäurebausteinen.

Proteine sind Eiweiße, die aus Aminosäuren aufgebaut sind. Sie bestimmen die Struktur und Funktion einer Zelle. Im menschlichen Körper befinden sich mehr als 100 000 verschiedene Proteine.

Die verschiedenen Aminosäuren sind über Peptidverbindungen miteinander verknüpft, die Reihenfolge ist genetisch festgelegt. Man bezeichnet dies auch als Aminosäurefrequenz.

Es gibt Proteine, wie das Aktin in den Muskeln, die sind faserförmig. Andere wiederum werden als Motorproteine bezeichnet, wie das Myosin. Sie sind häufig an Transportbewegungen oder eben Muskelbewegungen beteiligt.

Bestimme das Forschungsziel von Hershey und Chase.

Als mögliche Kandidaten wurden DNA und Proteine angesehen.

Sie konnten nachweisen, dass die genetische Information in der DNA und nicht in den Proteinen codiert ist.

Im 20. Jahrhundert war die Identifizierung des genetischen Materials eine große Herausforderung. Als Kandidaten für das genetische Material wurde die DNA und die Proteine betrachtet.

Die Forscher Hershey und Chase sind dieser Frage nachgegangen und haben herausgefunden, dass die DNA die genetische Information trägt.

Erläutere den Aufbau der DNA.

Die Desoxyribose bildet das Zuckergerüst der DNA.

Ein Nucleotid besteht aus einer Phosphatgruppe und der Desoxyribose.

Der Aufbau der DNA wird oft mit einer Strickleiter verglichen.

Die DNA ist der Träger der genetischen Information. Sie ist in Form einer Doppelhelix aufgebaut. Oft wird der Aufbau auch mit einer in sich gedrehten Strickleiter oder Wendeltreppe verglichen.

Die Phosphatgruppen und der Zucker ( Desoxyribose ) bilden hierbei das Geländer der Treppe. Die Basenpaare bilden die Treppenstufen. Es gibt vier verschiedene Basen: Adenin, Thymin, Cytosin und Guanin. Die Basenpaare werden jeweils von den komplementären Basen Adenin und Thymin sowie Cytosin und Guanin gebildet.

Ein Nucleotid besteht aus der Phosphatgruppe, dem Zuckermolekül und einer Base. Ein Nucleosid besteht hingegen nur aus einer Base und dem Zuckermolekül.

Griffith – Transformation bei Bakterien

Avery – DNA als Träger der Erbinformation

Meselson und Stahl – Replikation der DNA

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Wichtige Versuche

Versuche - DNA-Struktur - DNA-Organisation

Nachdem bekannt war, dass die Chromosomen für die Übertragung der Erbinformation verantwortlich sind, untersuchte man ihren chemischen Aufbau. Bereits Anfang des 20. Jahrhunderts fand man heraus, dass Chromosomen aus Proteinen und Nucleinsäuren bestehen. Aber welche dieser beiden Stoffgruppen kam als Träger der Erbinformation in Frage?

Für die Nucleinsäuren als Überträger der Erbinformation sprachen einige Fakten. So konnte man die Nucleinsäuren spezifisch anfärben (Feulgen-Reaktion), und bald entdeckte man, dass Keimzellen nur halb so viele Nucleinsäuren enthalten wie Körperzellen. Nucleinsäuren kommen hauptsächlich in den Chromosomen vor, deren Rolle für die Vererbung ja schon länger feststand. Und die Nucleinsäuren in unterschiedlichen Tier- und Pflanzenarten unterschieden sich teils erheblich; jede Art hat einen anderen DNA-Anteil im Zellkern.

Allerdings gab es auch ein paar Argumente dafür, dass Proteine der Überträger der Erbinformation sind. Man hatte entdeckt, dass Proteine lange Makromoleküle aus 20 verschiedenen Aminosäuren sind. Man nahm an, dass die Erbinformation ähnlich verschlüsselt ist wie der Text eines Buches. Statt 26 Buchstaben, 10 Ziffern und ein paar Satzzeichen übernehmen bei den Proteinen die 20 Aminosäuren die Codierung der Information - so die Hypothese. Und - ein ganz wichtiges Argument - Proteine kommen mit 18% zu einem wesentlich höheren Anteil in der Zelle vor als Nucleinsäuren mit gerade mal 1,5%. Bis in die 40er Jahre des letzten Jahrhunderts wurden von den meisten Biologen die Proteine als Überträger der Erbinformation angesehen.

Oswald Avery und seine Kollegen konnten 1944 jedoch nachweisen, dass nicht Proteine, sondern Nukleinsäuren die Träger der Erbinformation sind. Die Grundlage für diesen Versuch hatte der englische Arztes Griffith schon 1928 gelegt - ohne zu ahnen, wie wichtig seine Versuche einmal sein würden. Hershey und Chase wiesen dann 1952 mit Hilfe von Experimenten an Viren endgültig nach, dass die DNA der Träger der Erbinformation ist.

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Hershey und Chase Experiment (Animation) - kostenloses Unterrichtsmaterial online bei Elixier

h t t p : / / h i g h e r e d . m c g r a w - h i l l . c o m / o l c w e b / c g i / p l u g i n p o p . c g i ? i t = s w f : : 5 3 5 : : 5 3 5 : : / s i t e s / d l / f r e e / 0 0 7 2 4 3 7 3 1 6 / 1 2 0 0 7 6 / b i o 2 1 . s w f : : H e r s h e y % 2 0 a n d % 2 0 C h a s e % 2 0 E x p e r i m e n t

In diesem Experiment wurde nachgewiesen, dass die genetische Information nicht in Proteinen, sondern der DNA zu finden ist. Englischsprachige Animation.

Bildungsebene:

Sekundarstufe II

Lernressourcentyp:

Lernkontrolle

freie Schlagwörter:

Chase; Dna als träger der erbinformation; Hershey

Themenbereich:

Biologie Genetik / Vererbung Rund um die Vererbung

Geeignet für:

© 2024 Die deutschen Bildungsserver • 19. 08. 2024 • https://www.bildungsserver.de/elixier/