1958'de DNA'nın kalıtsal materyali ve yapısı hakkında hâlâ spekülasyonlar vardı. Bilim insanları DNA'nın var olduğunu biliyorlardı ancak kendisini nasıl kopyaladığını bilmiyorlardı. Akla üç farklı olasılık geldi: muhafazakar, yarı muhafazakar ve dağıtıcı modeller. Muhafazakar model, kopyalama sürecinin tamamen yeni bir DNA molekülü yarattığını ve kalıp molekülün aynı kaldığını öne sürdü. Yarı muhafazakar model, şablon modelinin iki ipliğe bölündüğünü ve her ipliğin kendi tamamlayıcı ipliğini kopyaladığını, bir yeni sentezlenmiş iplikçik ve bir eski iplikçik ile 2 DNA molekülü oluşturduğunu varsaydı. Dağıtıcı model, yeni sentezlenen parçaların şablon DNA ile birleştirilerek hem yeni sentezlenen oligonükleotidler hem de daha eski olanlarla 2 özdeş DNA molekülü oluşturduğunu varsaydı (Şekil 1).
Şekil 1: DNA replikasyon mekanizması için öne sürülen muhafazakar, yarı muhafazakar ve dağıtıcı modeller.
Meselson ve Stahl, bu modellerden hangisinin doğru olduğunu anlamak için nitrojenin radyoizotoplarını kullanan bir deney tasarladılar. DNA'yı oluşturan nükleotidlerde bulunan ağır (N15) ve hafif (N14) nitrojeni kullandılar. Ağırlığa veya yoğunluk gradyanındaki konuma bağlı olarak DNA örnekleri arasında ayrım yapmayı amaçladılar. Yoğunluk gradyanlı santrifüj, Meselson'un kendisi tarafından geliştirilen bir teknikti. Santrifüj yapıldığında numunenin içeriği yoğunluğuna göre dibe doğru hareket eder. Daha yoğun moleküller, daha küçük yoğunluklu moleküllere göre daha fazla göç eder. Gradyan çözeltisinin içinde her molekül dengeye ulaşır ve daha fazla göç etmezler. DNA moleküllerinin ağır (N15) ve hafif (N14) nitrojenle konumlarını karşılaştırarak hangi DNA Replikasyon modelinin doğru olduğunu bulmak mümkündür.
Meselson ve Stahl, Escherichia coli'yi yalnızca ağır (N15) nitrojen içeren ortamda kültürledi. Birkaç nesil sonra tüm DNA molekülleri, ağır (N15) nitrojene sahip nükleotidlere sahip olacaktı. Daha sonra aynı E. coli'yi yalnızca hafif (N15) nitrojen içeren ortamda alt kültüre ettiler. Bu onların DNA'nın ana ve yavru iplikçikleri arasında ayrım yapmalarına olanak tanıdı çünkü ebeveyn DNA'sı ağır (N15) nitrojene sahip olurken, yavru DNA hafif (N14) nitrojene sahip olacaktı. Farklı nesillerdeki bantların miktarı (Şekil 2) ve yarı ağır (N15) nitrojen yarı hafif (N14) nitrojenin varlığı ve ardından ağır (N15) nitrojen bantlarında azalma, varsayılan yarı koruyucu DNA replikasyon modelini karakterize etti.
Şekil 2: Meselson-Stahl deneyinin şematik gösterimi.
Bu deney aynı zamanda Watson ve Crick'in Rosalind Franklin'in X-Ray Kristalografisi ile yaptığı çalışmalara dayanarak 1953 yılında yayınlanan DNA yapısına ilişkin en son bulgularıyla da tutarlıydı. Yarı koruyucu DNA replikasyon modeli de ilk olarak Watson ve Crick tarafından önerildi.
Teorik bilgileri, varsayılan modelleri ve Meselson-Stahl'ın deneysel tasarımını anlamak mümkündür VRLab Academy ile. Biyoloji laboratuvarınızı kirletme endişesi olmadan DNA moleküllerinin 3 boyutlu modellerini açıklayabilir ve gösterebilir, radyoaktif izotoplarla çalışabilirsiniz. veya öğrencilere zarar vermek. Tamamlanması aylar süren bir deneyden verileri birkaç saniye içinde alabilirsiniz.
Referanslar:
Meselson, M., & Stahl, F. W. (1958). ESCHERICHIA COLI'DE DNA'NIN ÇOĞALMASI. Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri, 44(7), 671–682. https://doi.org/10.1073/pnas.44.7.671
Davis, Tinsley H. "Meselson ve Stahl: DNA Replikasyonu Sanatı." Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri 101 (2004): 17895–6.
Meselson, Matthew, Franklin W. Stahl ve Jerome Vinograd. "Yoğunluk Gradyanlarında Makromoleküllerin Denge Sedimantasyonu." Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri 43 (1957): 581–8. http://www.pnas.org/content/43/7/581.short (Erişim tarihi: 18 Nisan 2017).