Решение: Полуконсервативная репликация ДНК
В 1958 г. учёными был установлен полуконсервативный принцип репликации ДНК. В качестве объекта эксперимента использовали кишечную палочку $\textit{Escherichia coli}$. Бактерии длительное время выращивались на питательной среде, содержащей тяжёлый изотоп азота $^{15}\mathrm{N}$. Затем данные бактерии были перенесены на питательную среду, содержащую лёгкий изотоп азота $^{14}\mathrm{N}$, для однократного деления. Все клетки, полученные после этого деления, содержали примерно равные количества цепей ДНК с лёгкими ($^{14}\mathrm{N}$) и тяжёлыми ($^{15}\mathrm{N}$) изотопами азота. Объясните результат эксперимента, исходя из принципа полуконсервативной репликации ДНК. Как называется используемый в эксперименте метод?
Решение по шагам
5 шаговДо переноса бактерий в новую среду обе цепи каждой молекулы ДНК содержали тяжёлый изотоп азота $^{15}\mathrm{N}$, поскольку ДНК синтезировалась в среде с этим изотопом.
При репликации двойная спираль ДНК расплетается, и каждая исходная цепь служит матрицей для синтеза комплементарной цепи.
$$ДНК_{15/15} \rightarrow ДНК_{15/14} + ДНК_{15/14}$$После переноса в среду с $^{14}\mathrm{N}$ вновь образованные цепи включают лёгкий изотоп $^{14}\mathrm{N}$. Каждая дочерняя молекула получает одну старую тяжёлую цепь с $^{15}\mathrm{N}$ и одну новую лёгкую цепь с $^{14}\mathrm{N}$.
$$^{15}\mathrm{N}\text{-цепь} + ^{14}\mathrm{N}\text{-цепь}$$Поскольку при делении исходные цепи распределяются между двумя дочерними молекулами, после одного деления количество цепей с $^{15}\mathrm{N}$ и $^{14}\mathrm{N}$ оказывается примерно одинаковым.
$$N_{15} \approx N_{14}$$Для разделения молекул ДНК, различающихся плотностью из-за разных изотопов азота, использовали центрифугирование в градиенте плотности хлорида цезия. Этот эксперимент называют опытом Мезельсона—Сталя.
После одного деления каждая дочерняя молекула ДНК содержала одну исходную цепь с $^{15}\mathrm{N}$ и одну вновь синтезированную цепь с $^{14}\mathrm{N}$, поэтому количество тяжёлых и лёгких цепей было примерно одинаковым. Метод — центрифугирование в градиенте плотности хлорида цезия, метод Мезельсона—Сталя.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Утверждать, что одна дочерняя молекула полностью тяжёлая, а другая полностью лёгкая.
Считать, что при репликации сохраняется целая исходная молекула ДНК.
Называть метод обычным центрифугированием без указания градиента плотности.
Путать тяжёлый изотоп азота $^{15}\mathrm{N}$ с радиоактивной меткой.