DNA-replikation: Noter om halv-konservativ replikation af DNA

Læs denne artikel for at lære om DNA-replikationen: Noter om halv-konservativ replikering af DNA!

Replikation er processen med dannelse af carbonkopier. Til dette virker DNA som sin egen skabelon. Derfor er DNA-replikation en autokatalytisk funktion af DNA.

Image Courtesy: ehrig-privat.de/ueg/images/dna-replic.jpg

Det sker normalt under S-fase af cellecyklus, når kromosomer er i stærkt udvidet form. Som foreslået af Watson og Crick er DNA-replikation semikonservativ (en type replikation, i hvilken en streng af datterduplexet er afledt af forældrene, mens den anden streng er dannet på ny).

Dette udføres ved adskillelse af to tråde. De adskilte tråde fungerer som skabeloner. De nye tråde, der er opbygget over de gamle tråde, vil have komplementære basepar (et modsat T og G modsat C). De to døtre DNA-molekyler dannet således vil være carbonkopier af modermolekylet, men skal have en ny streng og en gammel streng.

Taylor et al. (1957) fodrede opdelte celler af rodtip af Broad Bean (Vicia faba) med radioaktivt 3H indeholdende thymin i stedet for normal thymin. Thymin er inkorporeret i DNA, som er det strukturelle element af kromosomer. Taylor et al fandt ud af, at alle kromosomerne blev radioaktive.

Mærket thymin blev derefter erstattet med normal en. Næste generation kom til at have radioaktivitet i et af de to kromatider af hvert kromosom, mens der i efterfølgende generationsradioaktivitet var til stede i 50% af kromosomerne (figur 6.9). Dette er kun muligt, hvis ud af de to strenge af et kromosom, en dannes igen, mens den anden konserveres ved hver replikation, er dette semikonservativt replikation.

Halv-konservativ replikation af DNA blev bevist af værket af Mathew Meselson og Franklin Stahl (1958). De voksede Escherichia coli i mange generationer i et medium, der havde tung isotop af nitrogen i form af ¹⁵ NH4Cl, indtil det bakterielle DNA blev fuldstændigt mærket med tung isotop.

De mærkede bakterier blev derefter skiftet til frisk medium med normal eller ¹⁴ N nitrogen. Prøver blev taget for hver generation (en generation tager 20 minutter, da E. coli deler i 20 minutter), og DNA'et blev testet for den tunge isotop af nitrogen gennem densitetsgradientcentrifugering under anvendelse af cæsiumchlorid. Cæsiumchlorid er meget vandopløseligt tungt salt.

Når der centrifugeres ved høj hastighed (sige 50.000 omdrejninger pr. Minut) danner saltet en densitetsgradient med tungeste mest koncentrerede region i bunden og successivt mindre koncentreret lysere en mod overfladen. Når DNA blandes med cæsiumchlorid, kommer det sig ned ved en bestemt højde i centrifugering, tungere mod basen og lettere højere op (figur 6.10).

Fluorchrom kaldet ethidiumbromid anvendes til at forbedre kontrasten, da fluorochrom er specifik for DNA. Meselson og Stahl fandt ud af, at DNA fra den første generation var hybrid eller mellemprodukt ( ¹⁵ N og ¹⁴ N). Det afregnede i cæsiumchloridopløsning på et niveau højere end det fuldt mærket DNA af moderbakterier ( ¹⁵ N ¹⁵ N). Den anden generation af bakterier efter 40 minutter indeholdt to typer DNA, 50% lys ( ¹⁴ N ^I4 N) og 50% mellemprodukt ( ¹⁵ N ^I4 N).

Den tredje generation af bakterier efter 60 minutter indeholdt to typer DNA, 25% mellemliggende ( ¹⁵ N ¹⁴ N) og 75% lys ( ¹⁴ N ¹⁴ N) i forholdet 1: 3. Den fjerde generation efter 80 minutter indeholdt 12, 5% ¹⁵ N ¹⁴ N og 87, 5% ¹⁴ N ¹⁴ N DNA i forholdet 1: 7.

Denne observation er kun mulig, hvis de to tråde af DNA-duplex adskilles ved replikationstidspunktet og virker som en skabelon til syntese af nye komplementære tråde af DNA, som har normal eller ¹⁴ N. Dette vil producere to DNA-duplekser med en gammel streng ( ¹⁵ N) og en ny streng ( ¹⁴ N).

Under dannelsen af ​​anden generation adskilles ¹⁵ N og ¹⁴ N tråde af DNA-duplex for at fungere som skabeloner, således at 50% af de nye DNA-duplekser kun har normale eller ¹⁴ N-tråde, mens yderligere 50% har både ¹⁵ N og ¹⁴ N tråde (fig. 6, 11 og 6, 12). På denne måde ved hver replikation bevares en streng af overordnet DNA i datteren, mens den anden er frisk syntetiseret.