Эксперимент Мезельсона – Сталя
Эксперимент Мезельсона-Сталя — это эксперимент Мэтью Мезельсона и Франклина Сталя в 1958 году, который подтвердил Уотсона и Крика гипотезу о том, что репликация ДНК была полуконсервативной . При полуконсервативной репликации, когда реплицируется двухцепочечная спираль ДНК , каждая из двух новых двухцепочечных спиралей ДНК состоит из одной цепи исходной спирали и одной вновь синтезированной. Его назвали «самым красивым экспериментом в биологии». [ 1 ] Мезельсон и Шталь решили, что лучший способ отследить родительскую ДНК — это пометить ее, изменив один из ее атомов. Поскольку азот присутствует во всех основаниях ДНК , они создали родительскую ДНК, содержащую более тяжелый изотоп азота, чем тот, который присутствовал бы в природе. Эта измененная масса позволила им определить, какая часть родительской ДНК присутствовала в ДНК после последовательных циклов репликации.
Гипотеза
[ редактировать ]
Ранее были предложены три гипотезы о методе репликации ДНК.
В полуконсервативной гипотезе, предложенной Уотсоном и Криком , две цепи молекулы ДНК разделяются во время репликации. Каждая нить затем действует как шаблон для синтеза новой нити. [ 2 ]
Консервативная гипотеза предполагала , что вся молекула ДНК служила матрицей для синтеза совершенно новой. Согласно этой модели, белки- гистоны связываются с ДНК, вращая цепь и открывая нуклеотидные основания (которые обычно выстилают внутреннюю часть) для образования водородных связей. [ 3 ]
Дисперсионная старые гипотеза иллюстрируется моделью, предложенной Максом Дельбрюком , которая пытается решить проблему раскручивания двух нитей двойной спирали с помощью механизма, который разрывает остов ДНК примерно каждые 10 нуклеотидов, раскручивает молекулу и присоединяет цепь до конца вновь синтезированной. Это позволит синтезировать ДНК короткими фрагментами, чередующимися от одной цепи к другой. [ 4 ]
Каждая из этих трех моделей дает разные предсказания о распределении «старой» ДНК в молекулах, образовавшихся после репликации. Согласно консервативной гипотезе, после репликации одна молекула представляет собой полностью консервативную «старую» молекулу, а другая — полностью вновь синтезированную ДНК. Полуконсервативная гипотеза предсказывает, что каждая молекула после репликации будет содержать одну старую и одну новую цепь. Дисперсионная модель предсказывает, что каждая цепь каждой новой молекулы будет содержать смесь старой и новой ДНК. [ 5 ]
Процедура эксперимента и результаты
[ редактировать ]
Азот является основным компонентом ДНК. 14 N на сегодняшний день является наиболее распространенным изотопом азота, но ДНК имеет более тяжелый (но нерадиоактивный) изотоп. 15 Изотоп N также функционален.
E. coli в течение нескольких поколений выращивали на среде, содержащей NH 4 Cl с 15 N. Когда ДНК извлекается из этих клеток и подвергается центрифугированию с плавучей плотностью в градиенте плотности соли ( CsCl ), ДНК отделяется в точке, в которой ее плотность равна плотности солевого раствора. ДНК клеток, выращенных в 15 Среда N имела более высокую плотность, чем клетки, выращенные в нормальных условиях. 14 Н средний. После этого клетки E. coli, содержащие только 15 N в их ДНК были перенесены в 14 N среды и давали возможность разделить; ход клеточного деления контролировали с помощью микроскопического подсчета клеток и анализа колоний.
ДНК периодически выделяли и сравнивали с чистыми 14 N ДНК и 15 Н ДНК. После одной репликации было обнаружено, что ДНК имеет промежуточную плотность. Поскольку консервативная репликация привела бы к образованию равных количеств ДНК более высокой и низкой плотности (но не ДНК промежуточной плотности), консервативная репликация была исключена. Однако этот результат соответствовал как полуконсервативной, так и дисперсионной репликации. Полуконсервативная репликация приведет к образованию двухцепочечной ДНК с одной цепью. 15 N ДНК и один из 14 N ДНК, тогда как дисперсионная репликация приведет к образованию двухцепочечной ДНК, в которой обе цепи содержат смеси 15 Н и 14 N ДНК, любая из которых выглядела бы как ДНК промежуточной плотности.
Авторы продолжали отбирать образцы клеток по мере продолжения репликации. Было обнаружено, что ДНК из клеток после завершения двух репликаций состоит из равных количеств ДНК с двумя разными плотностями, одна из которых соответствует промежуточной плотности ДНК клеток, выращенных только для одного деления в 14 N, другая соответствует ДНК клеток, выращенных исключительно в 14 Н средний. Это несовместимо с дисперсионной репликацией, которая привела бы к единой плотности, более низкой, чем промежуточная плотность клеток одного поколения, но все же выше, чем у клеток, выращенных только в 14 Среда N ДНК, как оригинал 15 N-ДНК была бы разделена поровну между всеми нитями ДНК. Результат соответствовал гипотезе полуконсервативной репликации. [ 6 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Джон Кэрнс Горацию Ф. Джадсону, в «Восьмой день творения: творцы революции в биологии» (1979). Книги пробного камня, ISBN 0-671-22540-5 . 2-е издание: Лабораторное издательство Колд-Спринг-Харбор, мягкая обложка, 1996 г.: ISBN 0-87969-478-5 .
- ^ Уотсон Дж.Д., Крик Ф.Х. (1953). «Структура ДНК». Холодный источник Харб. Симп. Квант. Биол. 18 : 123–31. дои : 10.1101/SQB.1953.018.01.020 . ПМИД 13168976 .
- ^ Блох Д.П. (декабрь 1955 г.). «Возможный механизм репликации спиральной структуры дезоксирибонуклеиновой кислоты» . Учеб. Натл. акад. наук. США 41 (12): 1058–64. Бибкод : 1955PNAS...41.1058B . дои : 10.1073/pnas.41.12.1058 . ПМК 528197 . ПМИД 16589796 .
- ^ Дельбрюк М. (сентябрь 1954 г.). «О репликации дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК)» (PDF) . Учеб. Натл. акад. наук. США 40 (9): 783–8. Бибкод : 1954PNAS...40..783D . дои : 10.1073/pnas.40.9.783 . ПМК 534166 . ПМИД 16589559 .
- ^ Дельбрюк, Макс; Стент, Гюнтер С. (1957). «О механизме репликации ДНК». В МакЭлрое, Уильям Д.; Гласс, Бентли (ред.). Симпозиум по химическим основам наследственности . Джонс Хопкинс Пр. стр. 699–736 .
- ^ Мезельсон, М. и Шталь, Ф.В. (1958). «Репликация ДНК в Escherichia coli» . ПНАС . 44 (7): 671–82. Бибкод : 1958ПНАС...44..671М . дои : 10.1073/pnas.44.7.671 . ПМК 528642 . ПМИД 16590258 .
- Холмс, Фредерик Лоуренс (2001). Мезельсон, Шталь и репликация ДНК: история «самого красивого эксперимента в биологии» . Нью-Хейвен, Коннектикут: Издательство Йельского университета. ISBN 978-0-300-08540-2 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Короткий доклад Мэтью Мезельсона: «Полуконсервативная репликация ДНК»
- ДНК с самого начала Анимация, объясняющая эксперимент.
- Эксперимент Мезельсона-Сталя Еще одна полезная анимация.
- Эксперимент Мезельсона и Сталя, английская анимация
- Описание эксперимента Мезельсона-Сталя, написанное Натаном Х. Ленцем , включая оригинальные данные Visionlearning.
