结构生物化学/核酸/DNA/赫尔希-蔡斯实验
1944年,奥斯瓦尔德·艾弗里及其同事进行了一项实验,使用病原菌来确定包含遗传信息的物质。他们的实验得出结论,DNA而不是蛋白质是遗传物质。尽管有这些发现,但普遍接受的结论仍然是蛋白质编码遗传信息,这解释了它在功能上的多样性和数量远远超过DNA。为了获得更多关于DNA的证据,阿尔弗雷德·赫尔希和马莎·蔡斯两位科学家决定进行一个简单但有效的实验,涉及噬菌体。
为了理解所进行的实验,我们必须首先研究实验中起关键作用的载体——噬菌体。噬菌体是感染细菌(如大肠杆菌)的病毒类型。它们由蛋白质外壳、颈部、底板、尾部纤维和最重要的头部组成,头部容纳遗传物质。它们具有独特的特征,使它们成为证明 DNA 或蛋白质是否容纳遗传信息的完美候选者。它们具有蛋白质外壳,包围着内部的 DNA 核心。噬菌体作为病毒,无法自行增殖,因为它们缺乏必要的系统。病毒入侵宿主细胞,将其遗传物质注入宿主自身的基因中,并允许宿主复制病毒基因。了解这一点,马莎和赫尔希·蔡斯认为,如果他们标记噬菌体,他们将能够追踪哪些遗传信息传递给宿主细菌——标记的 DNA 或标记的蛋白质外壳。
取一个噬菌体,将其外壳的 DNA 用放射性 32P 标记,其蛋白质外壳保持非放射性。将噬菌体暴露于细菌样本中。噬菌体附着在细菌细胞表面并注入标记的 DNA。然后将样本冷藏以阻止生长。然后,在 Waring 搅拌机中剧烈振荡样本几分钟。这个过程将噬菌体外壳从细菌表面分离。然后对样本进行高速离心。细菌细胞位于管的底部,噬菌体颗粒位于上清液中。赫尔希和蔡斯发现,病毒噬菌体在细菌内部的繁殖没有受到干扰。新一代病毒已成功在宿主细胞内繁殖,这些噬菌体在其自身的 DNA 中表现出 32P 放射性。
然后检查了另一组噬菌体,这次是用放射性蛋白质外壳 35S 和非放射性 DNA。遵循相同的程序,噬菌体附着在细菌壁上,并被允许注入其遗传物质。剧烈振荡细菌会导致放射性病毒鞘从细菌上分离。病毒 DNA 仍然注入细菌中,并观察到产生了新的噬菌体。然而,对细菌内的新噬菌体的分析表明,它没有放射性;如果蛋白质实际上是传递给新后代的遗传物质,那么这种特性应该存在于新噬菌体中。因此,这个实验表明,DNA 而不是蛋白质是遗传信息的来源。
第一个细菌细胞包含具有可观察放射性的噬菌体,说明母噬菌体上的放射性特性传递给了新噬菌体。然而,第二个细菌细胞没有显示出 35S 的迹象,表明它与蛋白质外壳一起被去除,并没有进入细菌。赫尔希和蔡斯随后推断出传递的遗传物质是 DNA 而不是蛋白质,这在以前被接受。
这个著名的 1952 年实验使赫尔希和蔡斯能够证明,DNA 而不是蛋白质作为 T2 噬菌体的遗传物质发挥作用。用放射性硫标记的病毒蛋白质在感染过程中保留在宿主细胞外部。相反,用放射性磷标记的病毒 DNA 进入了细菌细胞。得出结论,DNA 事实上是细胞内包含有用遗传信息的物质。
可以通过点击此链接查看赫尔希和蔡斯实验的动画视频
http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072437316/student_view0/chapter14/animations.html#
可以在此链接中查看马莎·蔡斯和阿尔弗雷德·赫尔希的已发表论文
http://osulibrary.orst.edu/specialcollections/coll/pauling/dna/papers/hersheychase.html
伯格,杰里米,约翰·泰兹莫茨科,卢伯特·斯特里尔。生物化学
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