Meselson–Stahlov poskus: dokaz polkonservativne replikacije DNK
Meselson–Stahlov poskus (1958) dokazuje polkonservativno replikacijo DNK v E. coli — ključni eksperiment, ki razkriva, kako se DNK deli in replicira.
Poskus Meselson–Stahl sta leta 1958 izvedla Matthew Meselson in Franklin Stahl z uporabo DNK pri E. coli. S tem elegantnim eksperimentom sta dokazala, da je replikacija DNK polkonservativna (semikonzervativna): vsaka nastala dvojna vijačnica vsebuje en star, izvorni (starševski) vodnik in en novo sintetiziran vodnik.
Kako poteka polkonservativna replikacija
Pri polkonservativni replikaciji se dvojna vijačnica DNK razpre, vsaka izvorna veriga pa služi kot matrica za sintezo nove, komplementarne verige. Na koncu ima vsaka hčerinska molekula eno verigo, ki izvira iz izvorne molekule, in eno popolnoma novo verigo.
Možni načini replikacije
- konzervativna replikacija: izvorna dvolančna molekula ostane nedotaknjena in iz nje nastaneta dve popolnoma novi dvolančni molekuli.
- polkonservativna replikacija: vsaka hčerinska molekula vsebuje eno izvorno (staro) in eno novo verigo.
- razpršena (disperzna) replikacija: nove in stare baze so vgrajene razpršeno po dolžini verige, tako da so hčerinske verige sestavljene iz mešanih segmentov stare in nove DNK.
Potek Meselson–Stahlovega poskusa
Meselson in Stahl sta uporabila razliko v gostoti, ki jo povzroči težji izotop dušika. Najprej so bakterije gojili v gojišču z izotopom dušika N15, tako da je ves dušik v začetni DNK postal težji (N15). Nato so bakterije prenesli v gojišče z razširjenim, lažjim izotopom N14 in dovolili, da se DNK podvoji eno ali večkrat. Po posameznih generacijah so izolirali DNK in jo ločili s pomočjo gostotne centrifugacije v centrifugirnem gradientu CsCl. Ta tehnika loči DNK glede na gostoto in tako omogoči opazovanje položaja tehtnejših, lažjih ali mešanih molekul.
Rezultati in interpretacija
Rezultati so bili jasni in skladni s polkonservativnim modelom:
- Po eni replikaciji se je pojavila ena sama "sredinska" pasma (hipoteza: hčerinske molekule so bile hibridne – ena stara N15-veriga + ena nova N14-veriga). To izključuje popolnoma konzervativen model, ki bi pokazal ločeno težko (N15/N15) in popolnoma lahko (N14/N14) pasmo.
- Po dveh replikacijah sta se pojavili dve pasmi: ena sredinska (hibridna) in ena lahka (N14/N14). Razpršena replikacija bi dala drugačen porazdelitveni vzorec (pasma z različnimi gostotami, ki ne ustreza preprosto hibridni in lahki frakciji), zato sta jo izključila tudi z nadaljnjimi analizami.
Zato je bil najbolj skladen model s podatki polkonservativen – vsaka nova dvolančnica vsebuje eno staro in eno novo verigo.
Pomen poskusa
Meselson–Stahlov poskus je klasičen primer dobro zasnovanega poskusa v molekularni biologiji: jasno je razlikoval med različnimi hipotezami in z enostavno, a prepričljivo metodo potrdil predvideni način podvajanja DNK po Watson–Crickovi strukturi. Rezultati so utrdili temelje razumevanja mehanizmov dedovanja in replikacije ter so imeli velik vpliv na nadaljnji razvoj genetike in celične biologije.
Povzetek treh predlaganih metod sinteze DNK
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je Meselson-Stahlov poskus?
O: Poskus Meselson-Stahl sta leta 1958 izvedla Matthew Meselson in Franklin Stahl z uporabo DNK E. coli, da bi ugotovila, da je replikacija DNK polkonservativna.
V: Kako deluje polkonservativna replikacija?
O: Pri polkonservativni replikaciji se ohrani polovica prvotne DNK, medtem ko se druga polovica sintetizira v nove verige.
V: Kateri so trije možni načini replikacije DNK?
O: Trije možni načini replikacije DNK so konservativna replikacija, polkonservativna replikacija in razpršena replikacija.
V: Kako sta Meselson in Stahl dokazala, da je polkonservativna replikacija pravilna?
O: Da bi dokazala pravilnost polkonservativne replikacije, sta bakterije postavila v okolje z izotopom dušika (N15), ki se je integriral v njihovo DNK. Nato sta uporabila okolje, ki je vsebovalo N14, in opazovala, kateri izotopi so bili prisotni v bakterijski DNK - najdena sta bila tako N15 kot N14, kar je izključilo konzervativno in razpršeno replikacijo kot možnosti.
V: Kaj so opazili, ko so si ogledali vijačnice iz časa v okolju N15?
O: Pri pregledu vijačnih nizov iz časa v okolju N15 so pri nekaterih našli samo v, pri drugih pa sta bila prisotna tako N14 kot N15.
Iskati