DNA-Replikation: Hinweise zur halbkonservativen Replikation von DNA

Lesen Sie diesen Artikel, um mehr über die DNA-Replikation zu erfahren: Hinweise zur halbkonservativen Replikation von DNA!

Replikation ist der Prozess der Bildung von Kopien. Dafür fungiert DNA als eigene Vorlage. Daher ist die DNA-Replikation eine autokatalytische Funktion von DNA.

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Es tritt normalerweise während der S-Phase des Zellzyklus auf, wenn Chromosomen in stark ausgedehnter Form vorliegen. Wie von Watson und Crick vorgeschlagen, ist die DNA-Replikation semikonservativ (eine Art der Replikation, bei der ein Strang des Tochterduplexes vom Elternteil stammt, während der andere Strang neu gebildet wird).

Dies geschieht durch die Trennung von zwei Strängen. Die getrennten Stränge fungieren als Vorlagen. Die neuen Stränge, die über den Vorlagen der alten Stränge aufgebaut wurden, haben komplementäre Basenpaare (A gegenüber T und G gegenüber C). Die auf diese Weise gebildeten DNA-Moleküle der beiden Töchter sind Kohlenstoffkopien des Stammmoleküls, haben jedoch einen neuen und einen alten Strang.

Taylor et al. (1957) ernährten sich teilende Zellen von Wurzelspitzen von Broad Bean (Vicia faba) mit radioaktivem ³ H, das Thymin anstelle von normalem Thymin enthielt. Thymin wird in DNA eingebaut, die das strukturelle Element von Chromosomen ist. Taylor et al. Fanden heraus, dass alle Chromosomen radioaktiv wurden.

Markiertes Thymin wurde dann durch normales ersetzt. Die nächste Generation hatte eine Radioaktivität in einem der beiden Chromatide eines jeden Chromosoms, während in der nachfolgenden Generation in 50% der Chromosomen Radioaktivität vorhanden war (Abb. 6.9). Dies ist nur möglich, wenn aus den zwei Strängen eines Chromosoms einer neu gebildet wird, während der andere bei jeder Replikation konserviert wird. Dies ist eine semikonservative Replikation.

Die halbkonservative Replikation von DNA wurde durch die Arbeit von Mathew Meselson und Franklin Stahl (1958) nachgewiesen. Sie bauten Escherichia coli über Generationen hinweg in einem Medium mit schwerem Stickstoffisotop in Form von ¹⁵ NH ₄ Cl, bis die Bakterien-DNA vollständig mit schwerem Isotop markiert war.

Die markierten Bakterien wurden dann zu frischem Medium mit normalem Stickstoff oder ¹⁴ N Stickstoff verschoben. Für jede Generation wurden Proben entnommen (eine Generation dauert 20 Minuten, da sich E. coli in 20 Minuten teilt) und die DNA wurde durch Dichtegradientenzentrifugation unter Verwendung von Cäsiumchlorid auf das schwere Isotop von Stickstoff getestet. Cäsiumchlorid ist ein stark wasserlösliches schweres Salz.

Wenn das Salz in der Zentrifuge mit hoher Geschwindigkeit (beispielsweise 50.000 Umdrehungen pro Minute) geschleudert wird, bildet das Salz einen Dichtegradienten mit der am stärksten konzentrierten Region am Boden und nach und nach in Richtung der Oberfläche weniger konzentrierter leichter. Wenn die DNA mit Cäsiumchlorid gemischt wird, setzt sie sich bei der Zentrifugation auf einer bestimmten Höhe ab, schwerer zur Basis hin und leichter höher (Abb. 6.10).

Fluorchrom, Ethidiumbromid genannt, wird zur Kontrastverstärkung verwendet, da das Fluorochrom für DNA spezifisch ist. Meselson und Stahl fanden heraus, dass es sich bei DNA der ersten Generation um Hybrid oder Intermediat ( ¹⁵ N und ¹⁴ N) handelt. Es setzte sich in Cäsiumchloridlösung auf einem höheren Niveau ab als die vollständig markierte DNA der Stammbakterien ( ¹⁵ N ¹⁵ N). Die zweite Bakteriengeneration enthielt nach 40 Minuten zwei Arten von DNA, 50% Licht ( ¹⁴ N ^I4 N) und 50% Intermediat ( ¹⁵ N ^I4 N).

Die dritte Bakteriengeneration enthielt nach 60 Minuten zwei Arten von DNA, 25% Intermediat ( ¹⁵ N ¹⁴ N) und 75% Licht ( ¹⁴ N ¹⁴ N) im Verhältnis 1: 3. Die vierte Generation nach 80 Minuten enthielt 12, 5% ¹⁵ N ¹⁴ N und 87, 5% ¹⁴ N ¹⁴ N DNA im Verhältnis 1: 7.

Diese Beobachtung ist nur möglich, wenn sich die beiden DNA - Doppelstränge zum Zeitpunkt der Replikation trennen und als Vorlage für die Synthese neuer komplementärer DNA - Stränge mit normalen oder ¹⁴ N dienen. Dies führt zu zwei DNA - Doppelsträngen mit einem alten Strang ( ¹⁵ N) und einen neuen Strang ( ¹⁴ N).

Während der Bildung der zweiten Generation trennen sich ¹⁵ N- und ¹⁴ N-Stränge von DNA-Duplex, um als Templat zu fungieren, so dass 50% der neuen DNA-Duplexe nur normale oder ¹⁴ N-Stränge besitzen, während andere 50% sowohl ¹⁵ N- als auch ¹⁴ N-Stränge besitzen (Abb 6.11 und 6.12). Auf diese Weise wird bei jeder Replikation ein Strang der Mutter-DNA in der Tochter konserviert, während der zweite frisch synthetisiert wird.