Meselson–Stahlin koe: DNA:n puolikonservatiivisen replikaation todistus
Meselson–Stahlin koe: klassinen todiste DNA:n puolikonservatiivisesta replikaatiosta — selkeä selitys kokeesta, menetelmästä ja sen merkityksestä genetiikassa.
Meselson–Stahlin koe oli Matthew Meselsonin ja Franklin Stahlin vuonna 1958 tekemä koe, jossa käytettiin E. coli -DNA:ta. He osoittivat kokeessaan, että DNA:n replikaatio on puolikonservatiivista (engl. semikonservatiivista). DNA koostuu kahdesta juosteesta (kierteestä,) jotka muodostavat kaksoiskierteen. Kun kaksoiskierre avautuu replikaation aikana, kummastakin vanhasta juosteesta syntetisoituu uusi, komplementaarinen juoste, joten kumpikin tytär-DNA-molekyyli sisältää yhden alkuperäisen ja yhden uuden juosteen. Tämä uusi juoste muodostuu kemiallisessa synteesissä (synteesiksi).
Kopiointitavat, joita koe vertaili
- konservatiivinen replikaatio: alkuperäinen kaksoiskierre säilyy sellaisenaan ja syntetisoidaan kokonaan uusi kaksoiskierre; tytärsoluissa olisi joko pelkkää alkuperäistä tai pelkkää uutta DNA:ta.
- puolikonservatiivinen replikaatio: jokainen tytär-DNA sisältää yhden vanhan ja yhden uuden juosteen.
- dispersiivinen (hajautettu) replikaatio: alkuperäisen ja uuden DNA:n pätkät sekoittuisivat satunnaisesti kumpaankin juosteeseen, jolloin jokainen juoste olisi osittain vanhaa ja osittain uutta materiaalia.
Koeasetelma ja -menetelmä
Meselson ja Stahl merkitsivät bakteerien DNA:n raskaalla typpi-isotoopilla kasvatuksen avulla. He kasvattivat ensin bakteereja mediaan, jossa typpi-isotooppina oli raskas N15, jolloin kaikki solun DNA:han sisältyvä typpi muuttui raskaaksi. Tämän jälkeen siirrettiin solut kevyempään N14-mediaan ja annettiin niiden jakautua muutaman sukupolven ajan. Eriä otettiin kullakin jakautumiskierroksella ja DNA eroteltiin tiheysgradienttikeskifugoinnilla (esim. CsCl-gradientti), jolloin eri tiheyksiset DNA-molekyylit muodostavat erillisiä vyöhykkeitä.
Tulokset ja johtopäätökset
Kun DNA:ta analysoitiin ensimmäisen jakautumisen jälkeen, näkyi yksi välitiheyden vyöhyke (ei pelkkää raskasta eikä pelkkää kevyttä), mikä sulki pois täysin konservatiivisen mallin — jos replikaatio olisi ollut konservatiivista, olisi tullut yksi raskas ja yksi kevyt vyöhyke. Toisen jakautumisen jälkeen näkyi kaksi vyöhykettä: yksi kevyt ja yksi välitiheä. Tämä tulos vastasi täysin puolikonservatiivista mallia: toisen sukupolven soluista osa sisälsi kokonaan kevyttä DNA:ta (uudet kaksoiskierteet), osa puolestaan yhdistelmää vanhasta ja uudesta (yksi vanha + yksi uusi juoste). Dispersiivinen malli ei selittänyt havaintoja yhtä hyvin, koska dispersiivisessä mallissa DNA:n tiheys muuttuu asteittain keskimäärin kevyemmäksi, mutta vyöhykkeiden erottelu ei tuottaisi sekä selkeästi kevyttä että puoliksi raskasta vyöhykettä kuten havaittiin.
Merkitys
Meselson–Stahlin koe on yksi klassisimmista kokeellisista todisteista Watsonin ja Crickin kaksoiskierremallin ennusteelle DNA:n replikaatiomekanismista. Koe tarjosi selkeän, suoraviivaisen menetelmän erottaa eri replikaatiomallit ja vahvisti, että perintöaines kopioituu siten, että jokainen tytärmolekyyli saa yhden vanhan ja yhden uuden juosteen. Myöhemmät tutkimukset ovat vahvistaneet saman mekanismin myös monissa muissa organismeissa ja yksityikohtia replikaatiomekanismista on selitetty entisestään entsymaattisten prosessien (esim. DNA-polymeraasien, aloituspisteiden ja replikaatiokahvan) kautta.
Yhteenveto kolmesta ehdotetusta DNA-synteesimenetelmästä
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on Meselson-Stahlin koe?
A: Meselson-Stahlin koe oli Matthew Meselsonin ja Franklin Stahlin vuonna 1958 tekemä koe, jossa he käyttivät E. coli -DNA:ta selvittääkseen, että DNA:n replikaatio on puolikonservatiivista.
K: Miten puolikonservatiivinen replikaatio toimii?
V: Puolikonservatiivisessa replikaatiossa puolet alkuperäisestä DNA:sta säilytetään, kun taas toinen puoli syntetisoidaan uusiksi säikeiksi.
K: Mitkä ovat kolme mahdollista tapaa, joilla DNA voi replikoitua?
V: Kolme mahdollista tapaa, joilla DNA voi replikoitua, ovat konservatiivinen replikaatio, puolikonservatiivinen replikaatio ja dispersiivinen replikaatio.
K: Miten Meselson ja Stahl osoittivat, että puolikonservatiivinen replikaatio oli oikein?
V: Osoittaakseen, että puolikonservatiivinen replikaatio oli oikein, he laittoivat bakteerit ympäristöön, jossa oli typpi-isotooppi (N15), joka integroitui niiden DNA:han. Sitten he käyttivät ympäristöä, jossa oli N14, ja tarkkailivat, mitä isotooppeja bakteerien DNA:ssa esiintyi - sekä N15 että N14 löytyivät, mikä sulki pois konservatiivisen ja hajottavan replikaation mahdollisuudet.
K: Mitä he havaitsivat tarkastellessaan kierteisiä säikeitä N15-ympäristössä olleelta ajalta?
V: Kun he tarkastelivat N15-ympäristössä oloaikana syntyneitä kierteisiä säikeitä, he löysivät joitakin, joissa oli vain v, kun taas toisissa oli sekä N14 että N15.
Etsiä