Meselsono ir Stahlio eksperimentas: pusiau konservatyvi DNR replikacija
Meselsono ir Stahlio eksperimentas: 1958 m. E. coli tyrimas, atskleidęs DNR pusiau konservatyvią replikaciją naudojant N‑15/N‑14 izotopus.
Meselsono ir Stahlio eksperimentas — 1958 m. Matthew Meselsono ir Franklino Stahlio atliktas tyrimas, kuriuo remiantis buvo patvirtinta, kad DNR replikacija yra pusiau konservatyvi. Tyrime naudotos E. coli bakterijos ir izotopinis žymėjimas, o rezultatai suteikė reikšmingą eksperimentinį pagrindą Watsono ir Cricko pasiūlytai DNR struktūrai ir replikacijos mechanizmui. DNR sudaryta iš dviejų sujungtų spiralių. Replikacijos metu kiekviena iš tų grandinių gali tarnauti kaip šablonas naujai grandinei, todėl po replikacijos kiekvienoje dvigubos grandinės gali būti senoji grandinė ir naujai sintetinta grandinė — tai yra pusiau konservatyvios replikacijos esmė.
Replikacijos modeliai
- konservatyvi replikacija: pirminė DNR lieka nepakitusi, o iš jos susidaro dvi visiškai naujos grandys;
- pusiau konservatyvi replikacija: po replikacijos kiekvienoje dviguboje grandinėje yra viena senoji ir viena naujai sintetinta grandinė;
- išsklaidyta (dispersinė) replikacija: senosios ir naujosios sekos dalys maišosi abiejose grandinėse, t. y. kiekviena grandinė po replikacijos turi fragmentus tiek iš senojo, tiek iš naujojo DNR.
Eksperimento eiga ir metodai
Meselsonas ir Stahlis žymėjo bakterijų DNR azoto izotopais: pirmiausia ilgą laiką augino E. coli terpėje, kur kaip azoto šaltinis buvo naudojamas sunkus izotopas — azoto izotopas N15, todėl visos bakterijų DNR grandys tapo „sunkios“ (N15-žymėtos). Tada bakterijas pernešė į terpę, kur buvo įprastas lengvesnis izotopas N14, ir leido joms padaryti vieną ar daugiau replikacijų.
DNR mėginiai buvo išskiriami ir analizuojami naudojant cezio chlorido (CsCl) tankio gradientinę ultracentrifugaciją — šis metodas leidžia atskirti DNR pagal jos tūrinį tankį, todėl „sunkioji“ (N15 žymėta), „lengvoji“ (N14) ir „hibridinė“ (viena grandinė sunkioji, kita – lengvoji) DNR susidaro kaip atskiros juostos gradientėje.
Rezultatai ir jų interpretacija
Po vienos replikacijos (vienos bakterijų kartos) visa ištirta DNR rodė vidutinį, „hibridinį“ tankį — vietoj atskirų sunkios ir lengvos juostų tyrime atsirado viena tarpinio tankio juosta. Tai iš karto paneigė konservatyvios replikacijos modelį, nes, jei replikacija būtų buvusi visiškai konservatyvi, matytume tiek visiškai sunkią juostą (senos DNR kopijas), tiek visiškai lengvą juostą (visiškai naujas kopijas).
Po dviejų replikacijų atsirado dvi juostos: viena „hibridinė“ ir viena „lengvoji“. Tokie duomenys atitiko pusiau konservatyvios replikacijos prognozes (po dvejų replikacijų pusė molekulių turėtų būti hibridinės, o kita pusė — visiškai lengva). Tuo pačiu tai paneigė ir dispersinės replikacijos hipotezę, nes dispersinėje modelyje po dviejų replikacijų būtų vienintelė tarpinių tankių juosta, kuri pamažu artėtų prie lengvo tankio, bet neatsirastų aiškiai atskira lengvoji juosta.
Išvados ir reikšmė
Meselsono ir Stahlio eksperimentas suteikė tiesioginį eksperimentinį įrodymą, kad DNR replikacija vyksta pusiau konservatyviai: kiekviena naujai susidariusi dviguba grandinė susideda iš vienos senos ir vienos naujos grandinės. Šis atradimas buvo esminis žingsnis genetikos ir ląstelių biologijos srityse, nes paaiškino, kaip genetinė informacija tiksliai perduodama iš kartos į kartą ir sudarė pagrindą tolesniems tyrimams apie replikacijos mechanizmus, taisymo sistemas ir mutacijų atsiradimą.
Trijų siūlomų DNR sintezės metodų santrauka
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra Meselsono-Stahlio testas?
A: Meselsono ir Stahlo eksperimentas - tai 1958 m. Matthew Meselsono ir Franklino Stahlo atliktas eksperimentas, kurio metu jie, naudodami E. coli DNR, nustatė, kad DNR replikacija yra pusiau konservatyvi.
K: Kaip veikia pusiau konservatyvi replikacija?
A: Pusiau konservatyvios replikacijos metu pusė pradinės DNR išlieka, o kita pusė sintetinama į naujas grandines.
K: Kokie trys galimi DNR replikacijos būdai?
A: Trys galimi DNR replikacijos būdai: konservatyvi replikacija, pusiau konservatyvi replikacija ir dispersinė replikacija.
K: Kaip Meselsonas ir Stahlis įrodė, kad pusiau konservatyvi replikacija yra teisinga?
A: Norėdami įrodyti, kad pusiau konservatyvi replikacija yra teisinga, jie patalpino bakterijas į aplinką su azoto izotopu (N15), kuris integravosi į jų DNR. Tada jie naudojo aplinką su N14 ir stebėjo, kokie izotopai buvo bakterijų DNR - buvo rasta ir N15, ir N14, todėl buvo atmestos konservatyvios ir trikdančios replikacijos galimybės.
Klausimas: Ką jie pastebėjo, kai pažvelgė į spiralines gijas iš to laiko, kai buvo N15?
Atsakymas: Kai jie išnagrinėjo N15 epochos spiralines gijas, kai kuriose buvo tik v, o kitose - ir N14, ir N15.
Ieškoti