Meselsona un Štāla eksperiments — DNS replikācija ir puskonservatīva
Meselsona un Štāla eksperiments pierāda, ka DNS replikācija ir puskonservatīva — N15/N14 izotopu tests ar E. coli atklāj skaidrus, revolucionārus pierādījumus.
Meselsona un Štāla eksperiments bija Metjū Meselsona un Franklina Štāla eksperiments, ko viņi veica 1958. gadā, izmantojot E. coli DNS. Veicot šo eksperimentu, viņi atklāja, ka DNS replikācija ir puskonservatīva.
DNS molekula sastāv no divām komplementārām pavedienu virknēm, kas kopā veido dubultspirāli. Puskonservatīvā (dažreiz saukta arī par semikonservatīvu) replikācijas gadījumā katra jaunā dubultspirāle satur vienu no sākotnējiem (vecajiem) pavedieniem un vienu pilnīgi jaunu pavedienu. Ķīmijā jaunā pavediena veidošanos sauc par sintēzi.
Trīs iespējamie replikācijas modeļi
- konservatīva replikācija: Pēc replikācijas saglabājas oriģinālā dvīņu spirāle neskarta, un tiek sintezēta pilnīgi jauna, neatkarīga dvīņu spirāle.
- puskonservatīva replikācija: Katrs jauns dubultvirziens satur vienu vecu un vienu jaunu pavedienu.
- izkliedēta (dispersīva) replikācija: Vecie un jaunie nukleotīdu segmenti tiek sajaukti abos pavedienos, tādēļ katrā jaunajā pavedienā ir gan vecu, gan jaunu fragmentu seriālas daļas.
Eksperimenta gaita un kā tika pārbaudīti modeļi
Meselsons un Štāls izmantoja iezīmēšanu ar slāpekļa izotopiem un šķīduma blīvuma frakcionēšanu. Slāpekļa izotopus viņi ieviesa šādi: baktērijas ilgstoši audzēja barotnē, kas saturēja smagāko izotopu N15, līdz visa to DNS kļuva "smaga" (saturot N15). Pēc tam šīs baktērijas pārnesa uz barotni ar vieglāko izotopu N14 un ļāva tām vairoties vienu vai vairāk replicēšanās ciklus.
No šūnām ekstrahēja DNS un to pakļāva blīvuma gradienta centrifugēšanai (parasti ar cezijhlorīda šķīdumu). Šajā metodē DNS molekulas sadalās pēc blīvuma un veido atsevišķas "lentes" (bandas) gradientā. Modeļu paredzētās izmaiņas pēc viena un vairākiem replikācijas cikliem bija šādas:
- Konservatīva: pēc pirmās replikācijas vajadzētu būt divām joslām — viena smaga (oriģinālā, N15/N15) un viena viegla (pilnīgi jaunā, N14/N14). Jāredz atsevišķa smagā josla.
- Puskonservatīva: pēc pirmās replikācijas jāparādās vienai "hibrīdai" (vidējas blīvuma) joslai (katrā dubultspirālē pa vienam vecam un vienam jaunam pavedienam). Pēc otrās replikācijas jāredz divas joslas: viena hibrīdā un viena vieglā (jo daļa molekulu saturēs tikai vieglos pavedienus).
- Izkliedēva: pēc pirmās un arī pēc vairākām replikācijām DNS blīvums paliks starp smago un vieglo (t.i., viena starpjosla), jo katrā pavedienā ir sajaukti vecie un jaunie segmenti; pat pēc divām replikācijām netiktu novērotas atsevišķas smagas un vieglas joslas kā pie puskonservatīvās replikācijas.
Rezultāti un secinājums
Eksperimenta rezultāti atbilda puskonservatīvās replikācijas paredzējumiem. Pēc vienas replikācijas ģenerācijas visi DNS paraugi veidoja vienu starpjoslu (hibrīdu), kas izslēdza stabilu konservatīvo modeli. Pēc divām replikācijām parādījās divas bandas — viena viegla un viena hibrīdā — tādējādi arī izslēdzot dispersīvo (izkliedēto) modeli. No tā secināja, ka katra jaunā DNS dvīņu spirāle satur vienu veco un vienu jaunu pavedienu, tātad replikācija ir puskonservatīva.
Meselsona un Štāla eksperiments ir klasiskā molekulārās bioloģijas demonstrācija — tas ne tikai apstiprināja Votsona un Krika DNS modeļa paredzamo replikācijas mehānismu, bet arī parādīja, cik spēcīga var būt kombinācija starp izotopu iezīmēšanu un blīvuma gradienta centrifugēšanu, lai atšķirtu molekulārus mehānismus.
Trīs ierosināto DNS sintēzes metožu kopsavilkums
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir Meselsona-Stahla tests?
A: Meselsona un Štāla eksperiments bija Metjū Meselsona un Franklina Štāla 1958. gadā veikts eksperiments, kurā viņi izmantoja E. coli DNS, lai noteiktu, ka DNS replikācija ir daļēji konservatīva.
J: Kā darbojas daļēji konservatīva replikācija?
A: Puskonservatīvās replikācijas gadījumā puse no sākotnējās DNS tiek saglabāta, bet otra puse tiek sintezēta jaunā virknē.
J: Kādi ir trīs iespējamie veidi, kā DNS var replicēties?
A: Trīs iespējamie DNS replikācijas veidi ir konservatīvā replikācija, daļēji konservatīvā replikācija un dispersīvā replikācija.
J: Kā Meselsons un Štāls pierādīja, ka puskonservatīvā replikācija ir pareiza?
Lai pierādītu, ka daļēji konservatīvā replikācija ir pareiza, viņi ievietoja baktērijas vidē ar slāpekļa izotopu (N15), kas integrējās to DNS. Pēc tam viņi izmantoja vidi ar N14 un novēroja, kuri izotopi bija baktēriju DNS - tika atrasti gan N15, gan N14, tādējādi izslēdzot konservatīvas un traucējošas replikācijas iespējas.
J: Ko viņi novēroja, aplūkojot spirālveida pavedienus no laika, kad tajos bija N15?
A: Kad viņi aplūkoja N15 laikmeta spirālveida pavedienus, viņi konstatēja, ka dažos no tiem ir tikai v, bet citos bija gan N14, gan N15.
Meklēt