Доказательство полуконсервативного характера репликации

Для выяснения вопроса о характере расхождения цепей по дочерним молекулам Мэтт Мезельсон и Фрэнк Сталь в 1958г. разработали метод равновесного центрифугирования в градиенте плотности CsCl. .

ДНК разделяется не по молекулярным весам, а по удельной плотности.

E. сoli выращивали на протяжении нескольких поколений на среде, содержащей тяжелый изотоп азота (N₁₅), для того, чтобы вся ДНК была "тяжелой". Перед очередным раундом деления клетки синхронизировали. При этом в среде заменяли N₁₅ на легкий изотоп N₁₄ с тем, чтобы вновь синтезированные цепи были "легкими". После репликации ДНК выделяли и центрифугировали в градиенте плотности CsCl.

Полуконсервативность означает, что каждая дочерняя ДНК состоит из одной матричной цепи и одной вновь синтезированной.

Равное распределение "тяжелых" и "легких" цепей между всеми молекулами исключало возможность консервативного способа, согласно которому одна дочерняя клетка получает материнскую ДНК, а другая - вновь синтезированную, обе цепи которой являются новыми.

Клетки второго поколения содержали как полностью "легкие" молекулы, так и "гибридные", состоящие из одной "легкой" и одной "тяжелой" цепи, аналогичные молекулам первого поколения. Этот факт исключал возможность дисперсного механизма, согластно которому куски материнской ДНК случайным образом распределяются между дочерними молекулами.

Понятие о матрице и затравке

Продукты, образуемые в ферментативной системе in vitro.

 

Во всех случаях матрицей для синтеза новых цепей служит одноцепочечная ДНК. Затравкой является 3'-гидроксильный конец двуцепочечной ДНК, причем он должен быть спарен с матрицей.

В том случае, если эндонуклеаза вносила ники с 3'-фосфатным концом, ДНК не являлась активированной.

Прямым доказательством того, что затравка - 3'-гидроксильный конец, является эксперимент с дидезоксинуклеозидтрифосфатом.

Если такой активированный нуклеотид сделать меченым по α-фосфату, то он включается в растущую полимерную цепь и всегда обнаруживается на ее 3'-конце. Это говорит о том, что он сам включается, но дальнейший рост цепи невозможен, т.к. нет 3'-гидроксильного конца.

 

Это также доказывает и униполярность репликации в направлении 5' 3'.

Схема непрерывной антипараллельной репликации in vivo по Корнбергу

1960Г. Гипотетическая модель.

Суть предположения: неизвестный фактор денатурирует концы линейной молекулы, 3'-ОН-концы загибаются и служат затравками для работы ДНК-полимеразы. Фермент осуществляет денатурацию матричной ДНК по мере продвижения и синтеза дочерних цепей. На выходе - дочерние молекулы, которые короче на загнутый конец, т.к. эндонуклеаза вносит разрыв в материнскую цепь.

Схема непрерывной параллельной репликации Джона Кэрнса

1963г. Авторадиография

Бактерии выращивались на среде с радиоактивным H3-тимидином в течение 5-и, 10-и, 15-и мин., после чего проводили авторадиографию.

Ширина полос засветки соответствовала двум меченым нитям ДНК (если помечена одна цепь, то полоса будет получаться уже).

В модели допускалось наличие фермента, способного вести синтез в направлении 3' 5'. Такой фермент не найден и сегодня.

Модель неверна, однако, она побудила искать новые ДНК-полимеразы и в Е. coli были найдены еще две: II и III.