ПРОВЕРКА МОДЕЛИ УОТСОНА И КРИКА План 1 Полуконсервативная

ПРОВЕРКА МОДЕЛИ УОТСОНА И КРИКА План 1. Полуконсервативная репликация

Модель двойной спирали ДНК, предложенная в 1953 г. , знаменовала рождение молекулярной биологии. Лишь через пять лет были получены первые экспериментальные подтверждения модели Уотсона. Крика. В экспериментах Мэтью Мезелсона и Франклина Сталя было показано, что в точном соответствии с предсказаниями модели, репликация ДНК происходит полуконсервативно: каждая дочерняя молекула ДНК состоит из одной цепи, полученной от родительской двойной спирали (консервативной цепи), и одной вновь синтезированной цепи (рис. 1).

Чтобы отличить дочерние молекулы от родительских. выращивали Е. сoli на среде, содержащей тяжёлый азота - 15 N, который включался в состав ДНК и служил меткой. Для того чтобы пометить изотопом 15 N бактериальную ДНК, достаточно вести культивирование на такой среде в течение двенадцати поколений. Молекулы, содержащие 15 N, можно отличить от молекул, содержащих более легкий, обычный изотоп 14 N, по плотности, так как масса ДНК с 15 N больше, чем обычной ДНК. Рис. 1. Предложенная Уотсоном и Криком модель репликации двойной спирали ДНК

Молекулы ДНК с различной плотностью разделяли центрифугированием в градиенте плотности хлористого цезия Cs. Cl (рис. 2). В ходе центрифугирования молекулы ДНК собираются в том слое раствора, плотность которого равна их собственной плотности. ДНК из клеток Е. coli, выращенных на среде, содержащей 15 N, имеет плотность 1, 724 г/см 3, тогда как ДНК из клеток, выращенных на среде с изотопом 14 N, - 1, 710 г/см 3. Смесь этих двух типов ДНК легко разделяется при центрифугировании. Рис. 2. Последоваельные этапы эксперимента Мезелсона и Сталя, показавшего полуконсервативный механизм репликации ДНК.

Согласно модели, ДНК в клетках второго поколения должна представлять собой гибридную двойную спираль с промежуточной плотностью, одна из цепей которой содержит только тяжелый изотоп азота (N 15), а другая - только легкий - 14 N. Чтобы проверить это, Мезелсон и Сталь нагревали ДНК промежуточной плотности в течение 30 мин при температуре 100°С. Ковалентные связи не разрываются, но рвутся водородные. В результате ДНК разделилась на две равные по объему фракции с разными плотностями. Плотность одной из фракций совпала с плотностью тяжелой ДНК, а другой - с плотностью легкой ДНК. Из этого было сделано заключение, что молекула ДНК промежуточной плотности, образующаяся после первого деления в легкой среде, состоит из одной родительской цепи, содержащей только тяжелый изотоп азота, и другой, вновь синтезированной дочерней цепи, с лёгким азотом, что соответствует модели Уотсона-Крика.

Аналогичные эксперименты проделывали с реплицирующейся ДНК других прокариотических и эукариотических организмов, и каждый раз оказывалось, что ДНК реплицируется полуконсервативно. Эксперименты Мезелсона-Сталя были первым доказательством справедливости модели Уотсона-Крика. В настоящее время и другие основные положения этой модели убедительно подтверждены, а структура двойной спирали ДНК легла в основу современной генетики. В 1962 году Френсису Крику, Джеймсу Уотсону и Морису Уилкинсу за установление молекулярной структуры нуклеиновых кислот и их роли в передаче наследственной информации в живой материи была присуждена Нобелевская премия.

Вопросы и задания • 1. Нарисуйте схему полуконсервативной репликации следующего участка ДНК: ААААТГТЦЦААТАГГЦА ТТТТАЦАГГТТАТЦЦГТ 2. Почему в экспериментах Месельсона и Сталя после двух поколений деления клеток Е. coli в пробирке с Cs. Cl образовались две фракции ДНК?