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Hershey und Chase – Erbinformation bei Viren 07:26 min

Textversion des Videos

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!

2 Kommentare
  1. Top!

    Von Flo 1805, vor fast 3 Jahren
  2. Super Video!

    Von Ingabernau, vor mehr als 5 Jahren

Hershey und Chase – Erbinformation bei Viren Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Hershey und Chase – Erbinformation bei Viren kannst du es wiederholen und üben.

  • Bestimme das Forschungsziel von Hershey und Chase.

    Tipps

    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.

    Lösung

    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.

  • Nenne die Erkenntnisse des Versuchs.

    Tipps

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

    Die Probe mit der markierten DNA zeigte Radioaktivität im Zentrifugat.

    Lösung

    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.
    Folglich zeigte sich, dass nur DNA in die bakterielle Wirtszelle eingeschleust wird, die Proteinhülle bleibt draußen. Die DNA programmiert die Bakterienzelle. Sie stellt das genetische Material dar.

  • Beschreibe die Phagenentwicklung.

    Tipps

    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“.

    Lösung

    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.

  • Erläutere den Aufbau der DNA.

    Tipps

    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.

    Lösung

    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.

  • Ermittle die Unterschiede zwischen Bakterien und Viren.

    Tipps

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

    Bakterien können sich fortbewegen.

    Lösung

    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.

    Tipps

    Eine Peptidbindung ist eine kovalente Bindung zwischen Aminosäurebausteinen.

    Lösung

    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.