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結構生物化學/核酸/DNA/赫爾希-蔡斯實驗

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1944年,奧斯瓦爾德·艾弗裡及其同事進行了一項實驗,使用病原菌來確定包含遺傳資訊的物質。他們的實驗得出結論,DNA而不是蛋白質是遺傳物質。儘管有這些發現,但普遍接受的結論仍然是蛋白質編碼遺傳資訊,這解釋了它在功能上的多樣性和數量遠遠超過DNA。為了獲得更多關於DNA的證據,阿爾弗雷德·赫爾希和馬莎·蔡斯兩位科學家決定進行一個簡單但有效的實驗,涉及噬菌體。

噬菌體

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為了理解所進行的實驗,我們必須首先研究實驗中起關鍵作用的載體——噬菌體噬菌體是感染細菌(如大腸桿菌)的病毒型別。它們由蛋白質外殼、頸部、底板、尾部纖維和最重要的頭部組成,頭部容納遺傳物質。它們具有獨特的特徵,使它們成為證明 DNA 或蛋白質是否容納遺傳資訊的完美候選者。它們具有蛋白質外殼,包圍著內部的 DNA 核心。噬菌體作為病毒,無法自行增殖,因為它們缺乏必要的系統。病毒入侵宿主細胞,將其遺傳物質注入宿主自身的基因中,並允許宿主複製病毒基因。瞭解這一點,馬莎和赫爾希·蔡斯認為,如果他們標記噬菌體,他們將能夠追蹤哪些遺傳資訊傳遞給宿主細菌——標記的 DNA 或標記的蛋白質外殼。

取一個噬菌體,將其外殼的 DNA 用放射性 32P 標記,其蛋白質外殼保持非放射性。將噬菌體暴露於細菌樣本中。噬菌體附著在細菌細胞表面並注入標記的 DNA。然後將樣本冷藏以阻止生長。然後,在 Waring 攪拌機中劇烈振盪樣本幾分鐘。這個過程將噬菌體外殼從細菌表面分離。然後對樣本進行高速離心。細菌細胞位於管的底部,噬菌體顆粒位於上清液中。赫爾希和蔡斯發現,病毒噬菌體在細菌內部的繁殖沒有受到干擾。新一代病毒已成功在宿主細胞內繁殖,這些噬菌體在其自身的 DNA 中表現出 32P 放射性。

然後檢查了另一組噬菌體,這次是用放射性蛋白質外殼 35S 和非放射性 DNA。遵循相同的程式,噬菌體附著在細菌壁上,並被允許注入其遺傳物質。劇烈振盪細菌會導致放射性病毒鞘從細菌上分離。病毒 DNA 仍然注入細菌中,並觀察到產生了新的噬菌體。然而,對細菌內的新噬菌體的分析表明,它沒有放射性;如果蛋白質實際上是傳遞給新後代的遺傳物質,那麼這種特性應該存在於新噬菌體中。因此,這個實驗表明,DNA 而不是蛋白質是遺傳資訊的來源。

檔案:Awa.gif

第一個細菌細胞包含具有可觀察放射性的噬菌體,說明母噬菌體上的放射性特性傳遞給了新噬菌體。然而,第二個細菌細胞沒有顯示出 35S 的跡象,表明它與蛋白質外殼一起被去除,並沒有進入細菌。赫爾希和蔡斯隨後推斷出傳遞的遺傳物質是 DNA 而不是蛋白質,這在以前被接受。

這個著名的 1952 年實驗使赫爾希和蔡斯能夠證明,DNA 而不是蛋白質作為 T2 噬菌體的遺傳物質發揮作用。用放射性硫標記的病毒蛋白質在感染過程中保留在宿主細胞外部。相反,用放射性磷標記的病毒 DNA 進入了細菌細胞。得出結論,DNA 事實上是細胞內包含有用遺傳資訊的物質。

補充資訊

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可以透過點選此連結檢視赫爾希和蔡斯實驗的動畫影片
http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072437316/student_view0/chapter14/animations.html#

可以在此連結中檢視馬莎·蔡斯和阿爾弗雷德·赫爾希的已發表論文
http://osulibrary.orst.edu/specialcollections/coll/pauling/dna/papers/hersheychase.html

伯格,傑里米,約翰·泰茲莫茨科,盧伯特·斯特里爾。生物化學
http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/BioBookDNAMOLGEN.html
http://www.accessexcellence.org/RC/VL/GG/hershey.php
http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072437316/student_view0/chapter14/animations.html#
http://en.wikipedia.org/wiki/Hershey-Chase_experiment

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