Meselson – Stahlův experiment - Meselson–Stahl experiment

The Meselson – Stahlův experiment je experiment od Matthew Meselson a Franklin Stahl v roce 1958, který podporoval Watson a Cricku je hypotéza, že replikace DNA byl polokonzervativní. Při semikonzervativní replikaci, když se replikuje dvouvláknová spirála DNA, každá ze dvou nových dvouvláknových DNA helixy se skládaly z jednoho vlákna z původní šroubovice a jednoho nově syntetizovaného. Byl nazýván „nejkrásnějším experimentem v biologii“.[1] Meselson a Stahl se rozhodli, že nejlepším způsobem, jak označit mateřskou DNA, bude změna jednoho z atomů v mateřské molekule DNA. Jelikož se dusík nachází v dusíkatých bázích každého nukleotidu, rozhodli se použít izotop dusíku k rozlišení mezi rodičovskou a nově zkopírovanou DNA. Izotop dusíku měl v jádře další neutron, což ho činilo těžším.

Hypotéza

Souhrn tří postulovaných metod syntézy DNA

Pro metodu replikace DNA byly dříve navrženy tři hypotézy.

V polokonzervativní hypotéza, navržená Watson a Cricku, během replikace se oddělují dva řetězce molekuly DNA. Každý řetězec pak funguje jako templát pro syntézu nového řetězce.[2]

The konzervativní hypotéza navrhovala, že celá molekula DNA fungovala jako templát pro syntézu zcela nové. Podle tohoto modelu histon proteiny se vážou na DNA, otáčejí vláknem a vystavují nukleotidové báze (které normálně lemují vnitřek) vodíkové vazbě.[3]

The disperzní hypotéza je doložena modelem navrženým Max Delbrück, který se pokouší vyřešit problém odvíjení dvou řetězců dvojité šroubovice mechanismem, který každých 10 nukleotidů rozbíjí páteř DNA, rozmotá molekulu a připojuje staré vlákno na konec nově syntetizovaného. To by syntetizovalo DNA v krátkých kouscích střídavě od jednoho řetězce k druhému.[4]

Každý z těchto tří modelů odlišně předpovídá distribuci „staré“ DNA v molekulách vytvořených po replikaci. V konzervativní hypotéze je po replikaci jedna molekula zcela konzervovanou „starou“ molekulou a druhou je veškerá nově syntetizovaná DNA. Semikonzervativní hypotéza předpovídá, že každá molekula po replikaci bude obsahovat jedno staré a jedno nové vlákno. Disperzní model předpovídá, že každé vlákno každé nové molekuly bude obsahovat směs staré a nové DNA.[5]

Experimentální postup a výsledky

Experimentální diagram Meselson-stahl en.svg

Dusík je hlavní složkou DNA. 14N je zdaleka nejhojnější izotop dusíku, ale DNA s těžší (ale neradioaktivní) 15N izotop je také funkční.

E-coli byl pěstován po několik generací v médiu obsahujícím NH4Cl s 15N. Když je z těchto buněk extrahována DNA a centrifugována na soli (CsCl ) gradient hustoty, DNA se oddělí v bodě, ve kterém se její hustota rovná hustotě solného roztoku. DNA buněk pěstovaných v 15N médium mělo vyšší hustotu než buňky pěstované v normálu 14N médium. Potom, E-coli buňky pouze 15N v jejich DNA byly přeneseny do a 14N médium a bylo jim umožněno dělení; postup dělení buněk byl monitorován pomocí mikroskopického počtu buněk a testem kolonií.

DNA byla extrahována periodicky a byla porovnávána s čistou 14N DNA a 15N DNA. Po jedné replikaci bylo zjištěno, že DNA má střední hustotu. Protože konzervativní replikace by vedla ke stejnému množství DNA vyšší a nižší hustoty (ale žádná DNA střední hustoty), byla konzervativní replikace vyloučena. Tento výsledek byl však konzistentní s semikonzervativní i disperzní replikací. Semikonzervativní replikace by vedla k dvouvláknové DNA s jedním vláknem 15N DNA a jeden z 14N DNA, zatímco disperzní replikace by vedla k dvouvláknové DNA, přičemž obě vlákna by měla směsi 15N a 14N DNA, z nichž každá by se objevila jako DNA střední hustoty.

Autoři pokračovali ve vzorkování buněk, jak pokračovala replikace. Bylo zjištěno, že DNA z buněk po dokončení dvou replikací sestává ze stejného množství DNA se dvěma různými hustotami, přičemž jedna odpovídá střední hustotě DNA buněk pěstovaných pouze pro jedno rozdělení v 14N médium, druhé odpovídající DNA z buněk pěstovaných výlučně v 14N médium. To bylo nekonzistentní s disperzní replikací, která by vedla k jediné hustotě, nižší než střední hustota buněk jedné generace, ale stále vyšší než buňky pěstované pouze v 14N DNA médium, jako originál 15N DNA by byla rozdělena rovnoměrně mezi všechny řetězce DNA. Výsledek byl v souladu s hypotézou semikonzervativní replikace.[6]

Reference

  1. ^ John Cairns Horacii F Judsonovi v Osmém dni stvoření: Tvůrci revoluce v biologii (1979). Touchstone Books, ISBN  0-671-22540-5. 2. vydání: Cold Spring Harbor Laboratory Press, brožované vydání z roku 1996: ISBN  0-87969-478-5.
  2. ^ Watson JD, Crick FH (1953). "Struktura DNA". Cold Spring Harb. Symp. Kvant. Biol. 18: 123–31. doi:10.1101 / SQB.1953.018.01.020. PMID  13168976.
  3. ^ Bloch DP (prosinec 1955). „Možný mechanismus pro replikaci spirálovité struktury kyseliny desoxyribonukleové“. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 41 (12): 1058–64. doi:10.1073 / pnas.41.12.1058. PMC  528197. PMID  16589796.
  4. ^ Delbrück M (září 1954). „O replikaci desoxyribonukleové kyseliny (DNA)“ (PDF). Proc. Natl. Acad. Sci. USA 40 (9): 783–8. doi:10.1073 / pnas.40.9.783. PMC  534166. PMID  16589559.
  5. ^ Delbrück, Max; Stent, Gunther S. (1957). "O mechanismu replikace DNA". V McElroy, William D .; Glass, Bentley (eds.). Sympózium na chemickém základě dědičnosti. Johns Hopkins Pr. str.699–736.
  6. ^ Meselson, M. & Stahl, F.W. (1958). „Replikace DNA v Escherichia coli“. PNAS. 44: 671–82. doi:10.1073 / pnas.44.7.671. PMC  528642. PMID  16590258.

externí odkazy