DNA-replikasjon: Notater om halv-konservativ replikering av DNA

Les denne artikkelen for å lære om DNA-replikasjonen: Notater om halv-konservativ replikering av DNA!

Replikasjon er prosessen med dannelse av karbonkopier. For dette fungerer DNA som sin egen mal. Derfor er DNA-replikasjon en autokatalytisk funksjon av DNA.

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

Det oppstår vanligvis i S-fase av celle syklus når kromosomer er i svært utvidet form. Som foreslått av Watson og Crick, er DNA-replikasjon semikonservativ (en type replikasjon hvor en streng av datterdupleksen er avledet fra foreldrene mens den andre strengen formes på nytt).

Dette utføres ved separering av to tråder. De adskilte strengene fungerer som maler. De nye strengene som er bygd opp over maler av gamle tråder, vil ha komplementære basepar (En motsatt T og G motsatt C). De to døtrene DNA-molekyler som dannes på denne måten, vil være karbonkopier av foreldremolekylet, men skal ha en ny streng og en gammel streng.

Taylor et al. (1957) matet delende celler av rottips av Broad Bean (Vicia faba) med radioaktivt 3H inneholdende tymin i stedet for normalt tymin. Thymin er innarbeidet i DNA som er det strukturelle elementet i kromosomer. Taylor et al fant at alle kromosomene ble radioaktive.

Mærket tymin ble deretter erstattet med vanlig en. Neste generasjon kom til å ha radioaktivitet i ett av de to kromatidene til hvert kromosom mens i neste generasjonsradioaktivitet var tilstede i 50% av kromosomene (figur 6.9). Dette er bare mulig hvis ut av de to strengene av et kromosom, en formes på nytt mens den andre er konservert ved hver replikasjon, er dette semikonservativ replikasjon.

Semi-konservativ replikering av DNA ble bevist av arbeidet til Mathew Meselson og Franklin Stahl (1958). De vokste Escherichia coli i mange generasjoner i et medium som hadde tung nitrogenoksid, i form av ¹⁵ NH ₄ Cl, til bakteried DNA ble fullstendig merket med tung isotop.

De merkede bakteriene ble deretter skiftet til nytt medium med normalt eller ¹⁴ N nitrogen. Prøver ble tatt for hver generasjon (en generasjon tar 20 minutter ettersom E. coli deler seg på 20 minutter) og DNA ble testet for den tunge isotop av nitrogen gjennom tetthetgradient-sentrifugering ved bruk av cesiumklorid. Cesiumklorid er svært vannløselig tungt salt.

Når spinnet i sentrifuge ved høy hastighet (si 50.000 omdreininger per minutt) danner saltet en tetthetgradient med tungeste mest konsentrerte område i bunnen og suksessivt mindre konsentrert lettere en mot overflaten. Når DNA blandes med cesiumklorid, vil det slå seg ned i en bestemt høyde i sentrifugering, tyngre mot basen og lettere høyere oppe (figur 6.10).

Fluorkrom som kalles etidiumbromid brukes til å øke kontrasten som fluorokrom er spesifikk for DNA. Meselson og Stahl fant at DNA av den første generasjonen var hybrid eller intermediær ( ¹⁵ N og ¹⁴ N). Det avviklet i cesiumkloridoppløsning på et nivå høyere enn det fullt merkede DNA av foreldrebakterier ( ¹⁵ N ¹⁵ N). Den andre generasjonen bakterier etter 40 minutter inneholdt to typer DNA, 50% lys ( ¹⁴ N ^I4 N) og 50% mellomprodukt ( ¹⁵ N ^I4 N).

Den tredje generasjonen bakterier etter 60 minutter inneholdt to typer DNA, 25% mellomprodukt ( ¹⁵ N ¹⁴ N) og 75% lys ( ¹⁴ N ¹⁴ N) i forholdet 1: 3. Den fjerde generasjonen etter 80 minutter inneholdt 12, 5% ¹⁵ N ¹⁴ N og 87, 5% ¹⁴ N ¹⁴ N DNA i forholdet 1: 7.

Denne observasjonen er bare mulig dersom de to strengene av DNA-dupleks separeres ved replikasjonstidspunktet og virker som en mal for syntese av nye komplementære tråder av DNA som har normal eller ¹⁴ N. Dette vil produsere to DNA-duplexer med en gammel streng ( ¹⁵ N) og en ny streng ( ¹⁴ N).

Under dannelsen av andre generasjon, separeres ¹⁵ N og ¹⁴ N tråder av DNA-dupleks for å fungere som maler slik at 50% av nye DNA-duplexer bare har normale eller ¹⁴ N-tråder, mens ytterligere 50% har både ¹⁵ N og ¹⁴ N tråder (Figs 6, 11 og 6, 12). På denne måten ved hver replikasjon blir en streng av overordnet DNA konservert i datteren mens den andre er nylig syntetisert.