Experimento de Meselson-Stahl

El experimento Meselson-Stahl es un experimento realizado por Matthew Meselson y Franklin Stahl en 1958 que apoyó la hipótesis de Watson y Crick de que la replicación del ADN era semiconservadora. En la replicación semiconservadora, cuando se replica la hélice de ADN de doble cadena, cada una de las dos nuevas hélices de ADN de doble cadena consistía en una cadena de la hélice original y otra recién sintetizada. Se le ha llamado "el experimento más hermoso de la biología". Meselson y Stahl decidieron que la mejor manera de rastrear el ADN original sería etiquetarlos cambiando uno de sus átomos. Dado que el nitrógeno está presente en todas las bases de ADN, generaron ADN original que contenía un isótopo de nitrógeno más pesado que el que estaría presente de forma natural. Esta masa alterada les permitió determinar cuánto del ADN original estaba presente en el ADN después de ciclos sucesivos de replicación.

Hipótesis

Un resumen de los tres métodos postulados de síntesis de ADN

Previamente se habían propuesto tres hipótesis para el método de replicación del ADN.

En la hipótesis semiconservadora, propuesta por Watson y Crick, las dos hebras de una molécula de ADN se separan durante la replicación. Luego, cada cadena actúa como una plantilla para la síntesis de una nueva cadena.

La hipótesis conservadora proponía que toda la molécula de ADN actuaba como plantilla para la síntesis de una completamente nueva. De acuerdo con este modelo, las proteínas histonas se unen al ADN, girando la hebra y exponiendo las bases de nucleótidos (que normalmente recubren el interior) para la formación de enlaces de hidrógeno.

La hipótesis dispersiva se ejemplifica con un modelo propuesto por Max Delbrück, que intenta resolver el problema de desenrollar las dos hebras de la doble hélice mediante un mecanismo que rompe el esqueleto del ADN cada 10 nucleótidos o más. entonces, desenrosca la molécula y une la hebra vieja al final de la recién sintetizada. Esto sintetizaría el ADN en piezas cortas alternando de una hebra a la otra.

Cada uno de estos tres modelos hace una predicción diferente sobre la distribución del "antiguo" ADN en moléculas formadas después de la replicación. En la hipótesis conservadora, después de la replicación, una molécula es la 'antigua' completamente conservada. molécula, y la otra es todo ADN recién sintetizado. La hipótesis semiconservadora predice que cada molécula después de la replicación contendrá una hebra vieja y una nueva. El modelo dispersivo predice que cada hebra de cada nueva molécula contendrá una mezcla de ADN antiguo y nuevo.

Procedimiento experimental y resultados

El nitrógeno es un constituyente importante del ADN. El 14N es, con mucho, el isótopo de nitrógeno más abundante, pero el ADN con el isótopo 15N más pesado (pero no radiactivo) también es funcional.

E. coli se cultivó durante varias generaciones en un medio que contenía NH₄Cl con ¹⁵N. Cuando se extrae el ADN de estas células y se centrifuga en un gradiente de densidad de sal (CsCl), el ADN se separa en el punto en el que su densidad es igual a la de la solución salina. El ADN de las células cultivadas en medio ¹⁵N tenía una mayor densidad que las células cultivadas en medio normal ¹⁴N. Después de eso, E. coli células con sólo ¹⁵N en su ADN se transfirieron a un medio ¹⁴N y se les permitió dividirse; el progreso de la división celular se controló mediante recuentos microscópicos de células y mediante ensayo de colonias.

El ADN se extrajo periódicamente y se comparó con ADN puro ¹⁴N y ADN ¹⁵N. Después de una replicación, se encontró que el ADN tenía una densidad intermedia. Dado que la replicación conservadora daría como resultado cantidades iguales de ADN de las densidades más alta y más baja (pero no ADN de una densidad intermedia), se excluyó la replicación conservadora. Sin embargo, este resultado fue consistente tanto con la replicación semiconservadora como con la dispersiva. La replicación semiconservadora daría como resultado un ADN de doble cadena con una cadena de ¹⁵N ADN y una de ¹⁴N ADN, mientras que la replicación dispersiva daría como resultado un ADN de doble cadena con ambos hebras que tienen mezclas de ADN ¹⁵N y ¹⁴N, cualquiera de los cuales habría aparecido como ADN de una densidad intermedia.

Los autores continuaron tomando muestras de células mientras continuaba la replicación. Se descubrió que el ADN de las células después de completar dos replicaciones constaba de cantidades iguales de ADN con dos densidades diferentes, una correspondiente a la densidad intermedia del ADN de las células cultivadas para una sola división en medio ¹⁴N, el otro correspondiente a ADN procedente de células cultivadas exclusivamente en medio ¹⁴N. Esto era inconsistente con la replicación dispersiva, que habría dado como resultado una densidad única, más baja que la densidad intermedia de las células de una generación, pero aún más alta que las células cultivadas solo en medio de ADN ¹⁴N, como la El ADN ¹⁵N original se habría dividido uniformemente entre todas las hebras de ADN. El resultado fue consistente con la hipótesis de replicación semiconservadora.