Meselson–Stahl-eksperimentet: Bevis for semikonservativ DNA-replikation
Meselson–Stahl-eksperimentet: afgørende isotopforsøg med E. coli, bevis for semikonservativ DNA‑replikation og indsigt i, hvordan arvemateriale kopieres nøjagtigt.
Meselson–Stahl-eksperimentet blev udført af Matthew Meselson og Franklin Stahl i 1958 med E. coli‑DNA. Eksperimentet demonstrerede, at DNA-replikation foregår semikonservativt: Når to strenge i en dobbelthelix kopieres, bevares hver af de oprindelige enkeltstrenge i ét af de to nye dobbelthelixer, mens den anden streng i hver ny dobbelthelix er nysyntetiseret (dvs. dannet ved syntese).
Mulige replikationsmodeller
- Konservativ replikation: Den originale dobbelthelix bevares intakt, og der dannes en helt ny dobbelthelix ved syntese — forudsigelse: efter én generations replikation ville der være én "tung" og én "let" DNA-fraktion.
- Semikonservativ replikation: Hver ny dobbelthelix består af én gammel (oprindelig) og én ny enkeltstreng — forudsigelse: efter én generation en enkelt intermediær (hybrid) fraktion; efter to generationer både hybrid og let fraktion.
- Spredt (dispersiv) replikation: De gamle og nye nukleotider blandes i fragmenter i begge strenge — forudsigelse: efter én generation en intermediær fraktion; efter flere generationer én enkelt fraktion, men med tæthed der gradvis nærmer sig den lette.
Metode
Meselson og Stahl brugte en form for kvælstofisotop til at mærke DNA'et: de voksede først bakterier i medium indeholdende den tunge isotop N15, så var alt bakterielt DNA "tungt". Derefter overførte de bakterierne til medium med den almindelige, lettere isotop N14 og lod dem dele sig ét eller flere gange.
Efter hver generation udvandt de DNA og adskilte molekyler efter tæthed ved hjælp af centrifugering i et tæthetsgradientmedium (cesiumchlorid, CsCl). Fordi N15-mærket gør DNA tungere end N14-mærket, kan man aflæse om DNA'et består af to "tunge" strenge, to "lette" strenge eller en blanding (hybrid) ved at se, hvor DNA'et danner bånd i gradienten.
Resultater og fortolkning
Resultaterne var klare:
- Efter én celledeling i N14-medium fandt man kun ét bånd med en intermediær tæthed (hver DNA-molekyle havde én tung og én let streng). Dette udelukker den konservative model (som ville give både et tungt og et let bånd efter én generation).
- Efter to celledelinger så man to bånd: ét let og ét intermediært (hybrid). Dette er netop hvad den semikonservative model forudsiger. Den dispersive model ville i stedet give ét bånd, hvis tæthed gradvis skiftede mod den lette over flere generationer, ikke to adskilte bånd.
Derfor konkluderede Meselson og Stahl, at DNA-replikation er semikonservativ.
Betydning
Eksperimentet giver et elegant, direkte bevis for den måde, genetisk information kopieres på ved dobbelthelixen. Det understøttede den molekylære model for DNA (Watson–Crick‑modellen) og lagde grundlaget for senere detaljerede undersøgelser af replikeringsmaskineriet (DNA-polymeraser, primers, replisomer osv.). Metoden med isotopmærkning og tæthetsgradienter er også et klassisk eksempel på, hvordan simple, velkontrollerede eksperimenter kan afgøre grundlæggende biologiske spørgsmål.
En oversigt over de tre foreslåede metoder til DNA-syntese
Spørgsmål og svar
Spørgsmål: Hvad er Meselson-Stahl-eksperimentet?
A: Meselson-Stahl-eksperimentet var et eksperiment udført af Matthew Meselson og Franklin Stahl i 1958 med E. coli-DNA for at fastslå, at DNA-replikation er semi-konserverende.
Spørgsmål: Hvordan fungerer semi-konservativ replikation?
Svar: Ved semi-konservativ replikation bevares halvdelen af det oprindelige DNA, mens den anden halvdel syntetiseres til nye strenge.
Spørgsmål: Hvilke tre mulige måder kan DNA replikere på?
Svar: De tre mulige måder, hvorpå DNA kan replikeres, er konservativ replikation, semi-konservativ replikation og spredt replikation.
Spørgsmål: Hvordan beviste Meselson og Stahl, at semi-konservativ replikation var korrekt?
Svar: For at bevise, at semi-konservativ replikation var korrekt, anbragte de bakterier i et miljø med en kvælstofisotop (N15), som blev integreret i deres DNA. Derefter brugte de et miljø, der indeholdt N14, og observerede, hvilke isotoper der var til stede i bakteriernes DNA - både N15 og N14 blev fundet, hvilket udelukkede konservativ og spredt replikation som muligheder.
Spørgsmål: Hvad observerede de, da de kiggede på helixstrenge fra tiden i N15-miljøet?
Svar: Da de kiggede på helixstrenge fra tiden i N15-miljøet, fandt de nogle med kun v, mens andre havde både N14 og N15.
Søge