Buongiorno, in questa lezione parleremo brevemente dell'esperimento di Meselson e Stahl del 1958, quello che è stato definito il più bel esperimento della biologia. In questo esperimento Meselson e Stahl hanno cercato di dimostrare qual era il meccanismo di replicazione del DNA. Nel 1958 sapevamo già che il DNA è formato da due catene polinucleotidiche. che la sua struttura tridimensionale è quella di una doppia elica e che il DNA per essere trasmesso alle nuove cellule, alle cellule figlie, deve replicarsi.
Tuttavia non era ancora chiaro come avveniva questa replicazione. Esistevano tre teorie dietro la replicazione del DNA. La prima teoria era la replicazione conservativa, secondo la quale una doppia elica di DNA restava inalterata e in qualche modo si formava una nuova doppia elica identica alla prima.
Secondo la teoria semiconservativa, invece, la doppia elica si doveva aprire in due e ogni catena doveva fungere da stampo per la formazione di una nuova catena. Secondo infine la teoria dispersiva, il DNA doveva frammentarsi in piccoli pezzi ognuno dei quali veniva poi copiato e le nuove molecole finali di DNA erano semplicemente un assembraggio di diversi pezzi di diversa origine. Come si poteva dimostrare quale di questi tre meccanismi era effettivamente quello attraverso il quale il DNA si duplicava? Meselson e Stahl utilizzarono per il loro esperimento la differenza di peso tra due isotopi dell'azoto.
L'isotopo dell'azoto 14, quello comune nelle molecole e il più leggero, e l'isotopo 15 che contiene un neutrone in più ed è quindi più pesante. Meselson e Stahl fecero crescere dei batteri escherichi a coli per molte generazioni in un terreno contenente soltanto l'azoto pesante, l'azoto 15. Questo permise ai batteri di utilizzare solo azoto 15 nella costruzione delle loro molecole. E alla fine di queste innumerevoli generazioni il DNA di questi batteri era tutto pesante, appunto perché è formato soltanto da azoto 15, che era l'unico disponibile nel terreno di crescita.
Quando questi batteri venivano distrutti e il DNA veniva estratto e centrifugato, si scopriva che questo DNA si depositava verso il fondo della provetta della centrifuga, dimostrandosi quindi pesante. Meselson e Stahl presero questi batteri pesanti e li fecero crescere soltanto per una generazione in un terreno normale, cioè dove l'azoto disponibile era normale azoto 14, più leggero. In queste condizioni i batteri figli, cioè le nuove cellule, avrebbero dovuto formare il loro DNA con l'azoto più leggero.
Cosa sarebbe successo quindi centrifugando il DNA dei batteri figli? Ovviamente questo dipende dal tipo di replicazione. Se la replicazione fosse conservativa, la centrifugazione di questo DNA avrebbe dovuto portare a due fasce nella provetta. Una più in basso, contenente il DNA vecchio, e una più in alto, contenente il DNA nuovo, il DNA più leggero. Ricordo che nel caso in cui la replicazione fosse conservativa, avremmo proprio dovuto osservare due fasce separate.
Una con... Il DNA originario è uno col DNA neostimbrato tutto leggero. Se la replicazione fosse semiconservativa, invece, si dovrebbe osservare una sola fascia.
Questo perché la molecola di DNA dovrebbe risultare da metà della vecchia molecola pesante e metà neosintetizzato con l'azoto leggero, dando così un peso intermedio. Il problema è che anche nel caso in cui la replicazione fosse dispersiva, si dovrebbe sempre osservare un'unica fascia intermedia. Questo perché i diversi pezzi assemblati casualmente, statisticamente risulterebbero in una molecola dal peso intermedio. Meselso e Stahl osservarono alla fine della prima generazione un'unica banda di DNA, dimostrando quindi che la replicazione non era conservativa, ma non chiarendo ancora definitivamente se questa era semi conservativa o dispersiva si procedette quindi a una seconda generazione di batteri sempre fatti crescere nel terreno con l'azoto leggero. I nipoti dei batteri originali, cioè i figli dei figli, dovevano quindi usare di nuovo l'azoto più leggero per formare il loro DNA.
Come al solito, Mesels e Nestal estrassero il DNA da questi batteri e lo centrifugarono. Se la replicazione fosse effettivamente semiconservativa, avrebbero dovuto vedere ulteriormente due bande. una a un peso intermedio identico a quello precedente, una a un peso ancora più leggero, determinata dal fatto che nella replicazione semiconservativa, la catena nuova di DNA leggero si doveva unire o a una catena vecchia vecchia più pesante, dando così il peso intermedio, o a una catena formata nella prima generazione che era già a sua volta leggera, dando così due catene leggere e quindi la banda più alta.
Se invece la replicazione fosse dispersiva, si sarebbe dovuto osservare una banda soltanto spostata però ancora più in alto di prima, cioè a un peso gradualmente più leggero. Questo perché l'assemblaggio di pezzi statisticamente mescolati darebbe comunque sempre un unico peso medio a tutto il DNA. Quello che osservarono a Mesensen e Stahl fu che la replicazione del DNA della seconda generazione produsse due bande, una molto leggera e una intermedia. Questo dimostrò definitivamente che la replicazione del DNA doveva essere semiconservativa.
La replicazione proseguì per altre generazioni e per altre volte venne fatta la centrifugazione, con il risultato di spostare sempre di più la quantità di DNA ottenuto verso la banda a densità minore, cioè quella più alta, più leggera. E restava sempre di meno le catene formate dall'azoto pesante originario. Questo dimostrò appunto la replicazione semiconservativa.
Si formano quindi dalla replicazione di una molecola di DNA due nuove molecole, ognuna delle quali è formata in una sua catena dal DNA vecchio e nell'altra sua catena da DNA neosintetizzato.