24.6. Репликация ДНК полуконсервативна

Уотсон и Крик предположили, что одна из цепей каждой дочерней молекулы ДНК синтезируется заново, а другая происходит от родительской молекулы ДНК. Такое распределение атомов родительской молекулы называют полуконсервативным. Метью Меселсон и Франклин Сталь (Matthew Meselson, Franklin Stahl) поставили принципиально важный эксперимент для проверки этой гипотезы. Родительскую ДНК пометили тяжелым изотопом азота чтобы сделать ее более тяжелой, чем обычная ДНК. Для этого выращивали Е. coli в течение многих поколений в среде, содержавшей в качестве единственного источника азота Затем бактерии быстро переносили в среду, содержавшую -стабильный изотоп азота. Этот эксперимент должен был показать, как распределяются изотопы в молекулах ДНК в ходе последующих циклов репликации.

Распределение в потомстве изучали с помощью только что разработанного метода равновесной седиментации в градиенте плотности. Небольшое количество ДНК растворяют в концентрированном растворе хлористого цезия с плотностью, близкой к плотности

Рис. 24.13. Пространственная модель двойной спирали ДНК. Отчетливо видны большая бороздка (показана красным цветом) и малая бороздка (показана синим цветом). Обратите внимание, что часть каждого основания доступна для взаимодействия с другими молекулами. (Печатается с любезного разрешения д-ра Sung-Hou Kim.)

Этот раствор центрифугируют почти до равновесного состояния. Под действием противодействующих процессов седиментации и диффузии в центрифужной ячейке возникает градиент концентрации хлористого цезия. В результате создается устойчивый градиент плотности от 1,66 до Под действием центробежной силы молекулы ДНК переходят в ту область градиента, в которой плотность раствора равна их собственной плавучей плотности. Высокомолекулярная

Рис. 24.14. Разделение и -ДНК при центрифугировании в градиенте плотности. А - фотография центрифужной ячейки в ультрафиолетовом свете; Б - денситометрическая кривая поглощения, полученная при сканировании фотографии, приведенной на рис. А. [Meselson M., Stahl F. W., Proc. Nat. Acad. Sci., 44, 671 (1958).]

ДНК образует четко выраженную полосу, обнаруживаемую по поглощению ультрафиолетового света. Молекулы -ДНК и -ДНК хорошо разделяются в таком градиенте, поскольку их плотность различается примерно на 1% (рис. 24.14).

ДНК выделяли из бактерий через различные промежутки времени после переноса со среды, содержащей на Анализ этих образцов центрифугированием в градиенте плотности показал, что после одного цикла репликации ДНК дает одну полосу (рис. 24.15). Плотность этой полосы была равна в точности среднеарифметическому значению между плотностью и -ДНК. Отсутствие N-ДНК свидетельствовало о том, что целостность родительской ДНК в ходе репликации нарушается. Отсутствие -ДНК показывало, что часть атомов всех дочерних молекул ДНК происходила от родительской ДНК. Соотношение в дочерних молекулах должно составлять так как плотность гибридных молекул ДНК была средней между и -ДНК.

После двух циклов репликации ДНК распределялась поровну в двух полосах. Одна из них - гибридная ДНК, другая - -ДНК. Меселсон и Сталь сделали из этих убедительных экспериментов вывод, «что азот молекул ДНК распределяется поровну между двумя физически раздельными структурами, что после удвоения каждая дочерняя молекула получает одну из этих структур и что эти структуры сохраняются интактными в течение многих удвоений». Полученные результаты прекрасно согласовывались с моделью репликации ДНК Уотсона-Крика (рис. 24.16).