El experimento de Meselson y Stahl ( ing. Meselson-Stahl experiment - un experimento realizado por dos biólogos moleculares - Matthew Meselson y Franklin Stahl en 1958. Demostró que la replicación del ADN tiene un carácter semiconservador [1] . Esto significa que cada hija La doble hélice del ADN consta de una hebra antigua (matriz) y una hebra recién sintetizada.
Desde el descubrimiento de Watson y Crick de la doble hélice del ADN , se han propuesto varios mecanismos posibles para su replicación. La primera hipótesis de replicación semiconservadora del ADN fue propuesta por los propios Watson y Crick [2] .
La hipótesis de la replicación conservadora del ADN sugiere que la doble hélice principal en su conjunto actúa como molde para la síntesis de una hélice secundaria que consta de dos nuevas hebras [3] . Esta hipótesis implica un papel importante para las histonas en el proceso de replicación.
La hipótesis de la replicación dispersa surgió como un intento de explicar cómo la célula puede resolver el problema de desenrollar los dúplex largos al copiar el ADN. Según esta hipótesis, para evitar el superenrollamiento del ADN durante la replicación, se introducen roturas cada 5 residuos de nucleótidos , que se "cosen" después de que se elimina el estrés excesivo de la molécula . Como resultado, la hija (cadena recién sintetizada) consta de secciones nuevas y viejas alternas con una longitud de 5 residuos de nucleótidos. Lo mismo es cierto para la cadena principal. Esta conjetura fue propuesta por Max Delbrück [4] .
Cada una de estas hipótesis asume una cierta distribución de ADN antiguo en las moléculas formadas después de la finalización de la replicación. Según la hipótesis de la replicación conservativa, una de las moléculas será completamente antigua y la otra completamente nueva. La síntesis semiconservadora debería conducir a la formación de moléculas que contengan una cadena vieja y una nueva. El modelo de replicación dispersa predice que cada hebra de cada molécula de ADN constará de secciones alternas viejas y nuevas [5] . Por lo tanto, si establece cuál de estos casos se observa en la naturaleza, puede determinar el modelo correcto.
En 1957, Meselson, Stahl y Jerome Winograd publicaron un artículo sobre un nuevo método para estudiar el peso molecular y el volumen específico parcial de macromoléculas (por ejemplo, ADN ): la ultracentrifugación en gradiente de densidad de equilibrio [ es [6] . Este método te permite separar las moléculas de ADN según su densidad: cada molécula se detendrá en el lugar del gradiente donde la densidad de la solución coincide con su densidad flotante. Los autores aplicaron este método para separar moléculas de ADN que contenían isótopos de nitrógeno 14 N y 15 N [1] . El 15 N no es radiactivo, sino más pesado que el 14 N. Las moléculas de ADN que contienen el isótopo pesado son funcionales y pueden duplicarse.
Meselson y Stahl demostraron que si cultivas varias generaciones de bacterias Escherichia coli en un medio rico en 15 N o 14 N, y luego centrifugas su ADN en un gradiente de densidad de cloruro de cesio , resulta que el 15 N-ADN más pesado se detiene. más cerca del fondo de un tubo de centrífuga que el 14 N-DNA [1] .
Para establecer el mecanismo de replicación, E. coli que había crecido durante varias generaciones en un entorno que contenía 15 N (por lo tanto, su ADN contenía solo 15 N) se transfirió a un entorno que contenía 14 N, donde se les permitió compartir solo uno una vez. La densidad del ADN aislado de estas células resultó ser mayor que la densidad del ADN de las bacterias cultivadas en un medio rico en 14 N, pero menor que la densidad del ADN de las bacterias cultivadas en un medio 15 N. Esto contradecía la hipótesis de la naturaleza conservativa de la replicación del ADN, en la que el ADN se dividiría en dos fracciones con alta y baja densidad, pero no con una intermedia. Por lo tanto, la primera hipótesis fue rechazada [1] .
Sin embargo, el resultado obtenido no descarta un mecanismo de replicación dispersa, en el que se alternan secciones de ADN materno con secciones de ADN hijo. Según la hipótesis de la replicación dispersa, la densidad del ADN de las bacterias debería ser la misma para todas las moléculas y ocupar una posición intermedia entre la densidad del ADN de las células de primera generación y la densidad del ADN más ligero. Sin embargo, resultó que las células contenían cantidades aproximadamente iguales de ADN pesado (primera generación) y ADN híbrido (segunda generación). Este hecho permitió excluir la hipótesis de un mecanismo de replicación disperso [1] .