Replicación del ADN

El experimento de Meselson y Stahl sirvió para decidir cuál de los tres modelos de replicación del ADN de los organismos era el correcto. Los propuestos en un principio por la comunidad científica eran el semiconservativo, el conservativo y el dispersivo. DIBUJO Con esta prueba se demostró que el modelo semiconservativo es el modelo que sigue el ADN para replicarse. En él, las dos cadenas de ADN se desenrollan y cada una sirve como molde para la síntesis de una nueva cadena complementaria resultando en dos moléculas de ADN con una cadena original y otra nueva. Este modelo era además el que más sentido tenía teniendo en cuenta la estructura del ADN; con dos cadenas complementarias entre sí, pero no se había comprobado con exactitud si era el correcto.

El modelo de replicación conservativa por su parte propone que al replicarse la doble hélice de ADN se producen dos dobles hélices, una de ellas con las mismas hebras que la original y la otra con las dos hebras recién sintetizadas. En el dispersivo la teoría se centra en que las dos dobles hélices que se obtienen poseen cada una hebras con tramos de la hebra original y tramos de la hebra sintetizada de manera consecutiva y en diferentes proporciones.

Matt Meselson y Franklin Stahl desarrollaron su experimento a raíz del descubrimiento de Watson y Crick acerca de la estructura de doble hélice del ADN en 1953, y es que se empezaron a formular gran cantidad de preguntas sobre esta molécula. Una de ellas acerca de su replicación, a lo que la propia estructura de doble hélice había proporcionado cierta información acerca del copiado de las hebras. Y es que parecía que las dos cadenas complementarias de la hélice se separaban durante la replicación, sirviendo cada una para la síntesis de una nueva cadena complementaria.

Así, realizaron su experimento sobre la replicación utilizando bacterias E.coli como sistema de modelo. En un principio cultivaron E.coli en un medio de isótopos “pesados” de nitrógeno ¹⁵N, con lo que las bacterias del medio tomarían el nitrógeno y lo utilizarían para sintetizar nuevas moléculas biológicas entre las que se incluye el ADN. Después de diversas generaciones creciendo en el medio de ¹⁵N se vio que todas las bases nitrogenadas del ADN bacteriano quedaron marcadas con los isótopos de nitrógeno. Después se las cambió a un medio con otro isótopo “ligero” ¹⁴N que también permitió su reproducción durante varias generaciones. Entonces el ADN producido después del cambio estaría formado por ¹⁴N, ya que se había convertido en el único nitrógeno disponible durante la síntesis de ADN.

Al conocer la frecuencia con la que las E.coli se dividían, Meselson y Stahl recolectaron muestras de cada generación para extraer y purificar su ADN. Después midieron la densidad del ADN y con él su contenido de ¹⁴N y ¹⁵N, para ello utilizaron el método conocido como centrifugación en gradiente de densidad. De esta manera se separan moléculas como el ADN en bandas al hacerlas girar en presencia de otra molécula como el cloruro de cesio, que forma un gradiente de densidad de la parte superior a la parte inferior del tubo que gira. La centrifugación en gradiente de densidad permite detectar diferencias muy pequeñas, como las que hay entre el ADN marcado con ¹⁴N y ¹⁵N.

Como resultado del experimento se vio que de las primeras cuatro generaciones de E.coli se obtenía un patrón de bandas, el cual encontramos en el documento del trabajo. La información que obtenemos de él es:

• Existe una generación 0 (0 min) cuyo ADN no ha sufrido ningún cambio entre ¹⁴N y ¹⁵N, por lo que solo debería presentar ¹⁵N, tal y como se da el caso.

• En la primera generación (20 min), que ha sufrido una ronda de replicación tras introducir los isótopos de nitrógeno ligeros, diferenciamos el grado de presencia de cada isótopo en su correspondiente medida según avanza el tiempo (6 minutos, 14 minutos y 20 minutos). Con ello vemos que se produce una única banda al centrifugarse que se posiciona por encima de la anterior, marcando una intensidad intermedia entre el ADN pesado con ¹⁵N y el ADN ligero con ¹⁴N.

Gracias a esta banda los investigadores vieron que las moléculas de ADN producidas en la primera ronda de replicación habían sufrido una hibridación entre los dos ADN (ligero y pesado). El resultado encajaba con los modelos semiconservativo y dispersivo, pero se descarta el conservativo, que habría supuesto dos bandas diferentes en la generación, una de la molécula pesada (original) y otra de la ligera (nueva)

...