Concetti Chiave
- Il DNA si replica fedelmente, permettendo la trasmissione di informazioni genetiche senza mutazioni tra cellule e loro progenie.
- Il modello semiconservativo di replicazione, dimostrato da Watson e Crick, prevede che ciascun filamento della doppia elica funzioni da stampo per la sintesi di un nuovo filamento.
- Esperimenti condotti su Escherichia coli con isotopi di azoto (15N e 14N) hanno rivelato come il DNA si comporta durante la replicazione in base alla densità isotopica.
- Le osservazioni sperimentali hanno escluso il modello conservativo di replicazione, mostrando una sola banda intermedia anziché due bande distinte di densità.
- La conferma del modello semiconservativo è avvenuta attraverso il secondo ciclo di replicazione, che ha mostrato bande distinte di DNA con 14N e 15N, escludendo il modello dispersivo.
Indice
La replicazione del DNA
• Una caratteristica intrinseca del DNA è la capacità di replicarsi fedelmente in modo da consentire il passaggio dell'informazione genetica codificata sul DNA da una cellula alla sua progenie (senza mutazioni).
• Il modello di Watson e Crick - in particolare la complementarietà tra i due filamenti della doppia elica - consentiva di ipotizzare un meccanismo di replicazione che è stato poi verificato sperimentalmente: il modello semiconservativo.
La forma della doppia elica suggeriva un modello semiconservativo.
-semi-conservativa;
-conservativa;
-dispersiva.
1)Partendo da una doppia elica si denatura e ciascuno dei due filamenti fa da stampo per un filamento di neosintesi. Quindi il risultato prevede un filamento parentale e l’altro di neosintesi (modello a minor dispendio energetico).
2)Partendo dalla doppia elica, ne ottengo una identica a quella di partenza e una interamente di biosintesi (si conserva per intero il DNA parentale).
3)Partendo dalla doppia elica, si ha un rimescolamento di neosintesi e non.
Esperimenti con Escherichia coli
• Escherichia coli viene cresciuto per molte generazioni con 15N come unica fonte di azoto. In questo modo il DNA della cellula è più “pesante” del normale a causa dell’isotopo 15N. (NB Molecole di DNA a densità diversa sono visualizzabili per centrifugazione su gradienti di densità (fatti con Cesio Cloruro).
• Si passano poi le cellule in 14N.
• Si isola il DNA a vari intervalli di tempo e lo si separa per centrifugazione in gradienti di densità.
Risultati degli esperimenti
Hanno sfruttato il peso della molecola, hanno fatto crescere il batterio in un terreno in cui c’è solo isotopo pesante e hanno ottenuto una molecola di DNA completamente costituita da N pesante.
Hanno trasferito le cellule nell’azoto leggero e hanno osservato il DNA a intervalli di tempo molto brevi per vedere l’andamento di come l’azoto veniva incorporato in ogni replicazione.
Hanno utilizzato una centrifugazione in gradiente di cesio cloruro. hanno cercato di capire il comportamento di un DNA costituito da 14N 15N . Hanno misurato la densità del DNA. Se l’azoto 15 è più pesante andrà sul fondo della provetta e hanno stabilito i vari punti di equilibrio costituiti da azoto 14 e 15.
Conclusioni sul modello semi-conservativo
Il DNA da cui partivano era costituito da 15N, alla prima replicazione ottengono un'unica banda in una posizione intermedia a quella tra 14N e 15N. Se fosse stato vero il modello conservativo avrebbero dovuto vedere due bande, identiche a quelle degli standard. In nessun momento dovrebbero esistere molecole a densità intermedia quindi dopo il primo ciclo di replicazione hanno eliminato la teoria del DNA conservativo.
Fosse stato vero quello dispersivo avrei ottenuto una sola banda intermedia. Quello semi-conservativo è compatibile al risultato ottenuto della sola banda.
Ottengono una banda intermedia di 14N e 15N e una banda di DNA interamente costituito da 14N, perché nel modello si mantengono le due eliche parentali, il filamento di 14N fa a sua volta da stampo e si ottengono altre due eliche interamente costituite da 14N. Se fosse stato vero il modello dispersivo non avrei ottenuto due bande distinte ma piano piano si diluiva il contenuto di 15N. Con il secondo ciclo di replicazione il risultato è che l’unico modello è quello del semi-conservativo.
Domande da interrogazione
- Qual è la caratteristica principale del DNA che consente la trasmissione dell'informazione genetica?
- Qual è il modello di replicazione del DNA proposto da Watson e Crick?
- Come sono stati condotti gli esperimenti con Escherichia coli per studiare la replicazione del DNA?
- Quali risultati hanno confermato il modello semiconservativo di replicazione del DNA?
- Cosa accade al DNA durante il secondo ciclo di replicazione secondo il modello semiconservativo?
Il DNA ha la capacità di replicarsi fedelmente, permettendo il passaggio dell'informazione genetica da una cellula alla sua progenie senza mutazioni.
Il modello proposto è quello semiconservativo, in cui ciascun filamento della doppia elica funge da stampo per un nuovo filamento di neosintesi.
Gli esperimenti sono stati condotti facendo crescere Escherichia coli in un ambiente con 15N come unica fonte di azoto, per poi trasferirli in un ambiente con 14N e analizzando il DNA a intervalli di tempo tramite centrifugazione in gradienti di densità.
Dopo la prima replicazione, è stata osservata una banda intermedia di DNA costituito da 14N e 15N, escludendo i modelli conservativo e dispersivo, e confermando che il modello semiconservativo è l'unico compatibile con i risultati ottenuti.
Durante il secondo ciclo di replicazione, si ottiene una banda di DNA interamente costituita da 14N, dimostrando che le eliche parentali si mantengono e che il filamento di 14N funge da stampo per la sintesi di nuove eliche.
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