В 1958 г. ученые Мэтью Мезельсон (M. Meselson) и Франклин Сталь (F. W. Stahl) в ходе специально организованного эксперимента установили, что репликация ДНК осуществляется по полуконсервативному принципу. В качестве объекта эксперимента была использована кишечная палочка (Escherichia coli). Суть эксперимента состояла в том, что бактерии длительное время выращивали на питательной среде, содержащей нуклеотиды с изотопом азота 15N, после чего часть бактерий была перенесена на среду с легким изотопом 14N. Какой параметр был задан экспериментаторами (независимая переменная), а какой параметр менялся в зависимости от этого (зависимая переменная)? Как называются используемые в эксперименте методы? Какие изотопы азота (N) содержали материнские цепи молекул ДНК, впервые помещенные на среду с легким изотопом 14N, и дочерние молекулы после первого деления бактерий на новой питательной среде? Почему?
- Независимая переменная - вид изотопа азота (14N или 15N) в питательной среде, в которой выращивалась кишечная палочка
- Зависимая переменная - молекулярная масса полученных молекул ДНК кишечной палочки
- Метод меченых атомов (в данном эксперимента изотоп 15N радиоактивный) и метод центрифугирования для исследования массы ДНК
- Материнские цепи молекул ДНК, впервые помещённые на среду с 14N, содержали только 15N и не содержали 14N, так как прошло достаточно мало времени, чтобы 15N заменился на 14N
- Дочерние молекулы после 1 деления бактерий на новой питательной среде были гибридными (дочерняя цепь содержала лёгкий изотоп азота 14N, так как использовалась новая среда, а материнская цепь выращивалась на тяжёлой среде и содержала тяжёлый изотоп азота 15N)
При центрифугировании оказалось, что плотность ДНК, выделенной из клеток бактерий, которые после переноса со среды с изотопом азота 15N однократно поделились на новой среде с легким изотопом 14N, больше плотности ДНК контрольных бактерий, выращенных в среде, богатой 14N, но меньше плотности ДНК бактерий, выращенных в 15N среде. Как должен был бы выглядеть результат центрифугирования в случае консервативного механизма репликации? Какова суть гипотез о консервативной и фрагментарной репликации? Ответ поясните.
- В случае консервативного механизма репликации ДНК после 1 деления (из 15N в 14N) было бы строгое разделение: 50% лёгкой ДНК (только с изотопом 14N) и тяжёлой ДНК (только с изотопом 15N)
- Гипотеза консервативного механизма репликации ДНК: исходная двуцепочечная молекула ДНК (в этом эксперимента ДНК клеток, выращенных в среде с 15N) является матрицей для синтеза новой ДНК (топоизомераза не раскручивает спираль ДНК)
- Гипотеза фрагментарного (дисперсного) механизма репликации ДНК: исходная двуцепочечная молекула ДНК (в этом эксперимента ДНК клеток, выращенных в среде с 15N) распадается на короткие фрагменты, и они являются матрицей (то есть новые недостающиеся фрагменты достраиваются за счёт распавшихся фрагментов). В этом случае ДНК клеток, помещённых с 15N на 14N, будет только гибридной даже после 2 деления