1414 Bygging og starfsemi DNA

14.3 Grunnatriði eftirmyndunar DNA

14.3 Grunnatriði DNA eftirmyndunar

Námsmarkmið

Í lok þessa hluta munt þú geta:

Útskýrt hvernig bygging DNA leiðir í ljós eftirmyndunarferlið
Lýst tilraunum Meselsons og Stahls

Skýringin á byggingu tvöfalda gormsins gaf vísbendingu um hvernig DNA skiptir sér og býr til afrit af sjálfu sér. Í grein sinni frá 1953 rituðu Watson og Crick ótrúlega hógværa setningu: „Það hefur ekki farið framhjá okkur að sú sértæka pörun sem við höfum gert ráð fyrir bendir strax til mögulegs afritunarkerfis fyrir erfðaefnið.“ Með sértækri basapörun er hægt að spá fyrir um röð annars DNA-þráðarins út frá mótstrengnum. Líkanið af tvöfalda gorminum bendir til þess að þræðirnir tveir aðskiljist við eftirmyndun og að hvor þráður þjóni sem mót sem nýr samstæður þráður er afritaður eftir. Óljóst var þó hvernig eftirmyndunin færi fram. Lögð voru til þrjú líkön (mynd 14.12): varðveitin eftirmyndun, hálfvarðveitin eftirmyndun og dreifð eftirmyndun.

Illustration shows the conservative, semi-conservative, and dispersive models of D N A synthesis. In the conservative model, the D N A is replicated and both newly synthesized strands are paired together. In the semi-conservative model, each newly synthesized strand pairs with a parent strand. In the dispersive model, newly synthesized D N A is interspersed with parent D N A within both D N A strands. — **Mynd 14.12.** Þrjú líkön voru lögð til um eftirmyndun DNA. Grátt táknar upprunalegu DNA-þræðina og blátt táknar nýmyndað DNA.

Í varðveitinni eftirmyndun helst foreldra-DNA saman og nýmynduðu dótturþræðirnir eru saman. Hálfvarðveitin eftirmyndun gerir ráð fyrir að hvor foreldrastrengur DNA virki sem mót fyrir nýmyndun DNA. Eftir eftirmyndun inniheldur hver tvíþátta DNA-sameind einn foreldrastreng, eða „gamlan“ streng, og einn „nýjan“ streng. Í dreifðri eftirmyndun hafa bæði DNA-afritin tvíþátta búta af foreldra-DNA og nýmynduðu DNA dreifða inn á milli.

Meselson og Stahl vildu skilja hvernig DNA eftirmyndast. Þeir ræktuðu E. coli í nokkrar kynslóðir í æti sem innihélt „þunga“ samsætu niturs (¹⁵N), sem innlimast í niturbasa og að lokum í DNA (mynd 14.13).

Illustration shows an experiment in which E coli was grown initially in media containing superscript 15 baseline upper case N nucleotides. When the D N A was extracted and run in an ultracentrifuge, a band of D N A appeared low in the tube. The culture was next placed in the superscript 14 baseline upper case N medium. After one generation, all of the D N A appeared in the middle of the tube, indicating that the D N A was a mixture of half superscript 14 baseline upper N and half superscript 15 baseline upper N, D N A. After two generations, half of the D N A appeared in the middle of the tube, and half appeared higher up, indicating that half the D N A contained 50% superscript 15 baseline upper N, and half contained superscript 14 baseline upper N only. In subsequent generations, more and more of the D N A appeared in the upper, superscript 14 baseline upper N band. — **Mynd 14.13.** Meselson og Stahl gerðu tilraunir með E. coli sem var fyrst ræktað í þungu nitri (¹⁵N) og síðan í ¹⁴N. DNA ræktað í ¹⁵N (rautt band) er þyngra en DNA ræktað í ¹⁴N (appelsínugult band) og sest neðar í sesíumklóríðlausn í ofurskilvindu. Þegar DNA sem ræktað var í ¹⁵N er fært yfir í æti sem inniheldur ¹⁴N, lendir DNA eftir eina frumuskiptingu mitt á milli ¹⁵N- og ¹⁴N-staðanna, sem sýnir að það inniheldur nú 50 prósent ¹⁴N. Í síðari frumuskiptingum verður sífellt meira DNA eingöngu með ¹⁴N. Þessi gögn styðja líkanið um hálfvarðveitna eftirmyndun. Mynd: byggt á verki eftir Mariana Ruiz Villareal.

E. coli-ræktunin var síðan sett í æti sem innihélt ¹⁴N og látin vaxa í nokkrar kynslóðir. Eftir hverja af fyrstu kynslóðunum var frumunum safnað og DNA einangrað og síðan skilið með miklum hraða í ofurskilvindu. Við skilvindunina var DNA sett í þéttleikastigul, yfirleitt saltlausn eins og sesíumklóríð eða súkrósa, og snúið á miklum hraða, 50.000 til 60.000 snúningum á mínútu. Við þessar aðstæður myndar DNA band í samræmi við flotþéttleika sinn, það er þann þéttleika í stiglinum þar sem það flýtur. DNA ræktað í ¹⁵N myndar band við meiri þéttleika, það er neðar í skilvinduglasinu, en DNA ræktað í ¹⁴N. Meselson og Stahl tóku eftir því að eftir eina kynslóð vaxtar í ¹⁴N, eftir flutning úr ¹⁵N-æti, sást aðeins eitt band og staða þess var mitt á milli DNA úr frumum sem höfðu eingöngu verið ræktaðar í ¹⁵N og DNA úr frumum sem höfðu eingöngu verið ræktaðar í ¹⁴N. Þetta benti til annaðhvort hálfvarðveitinnar eða dreifðrar eftirmyndunar. DNA sem safnað var úr frumum sem höfðu vaxið í tvær kynslóðir í ¹⁴N myndaði tvö bönd: annað DNA-bandið var á millistað milli ¹⁵N og ¹⁴N og hitt samsvaraði ¹⁴N-DNA-bandi. Þessar niðurstöður var aðeins hægt að útskýra ef DNA eftirmyndast á hálfvarðveitinn hátt. Þess vegna var hinum tveimur líkönunum hafnað.

Við DNA-eftirmyndun þjónar hvor þráður tvöfalda gormsins sem mót sem nýir þræðir eru afritaðir eftir. Nýju þræðirnir verða samstæðir foreldrastrengjunum, eða „gömlu“ strengjunum. Þegar tvö dóttur-DNA-afrit hafa myndast hafa þau sömu röð og skiptast jafnt á milli dótturfrumnanna tveggja.