Versuchsaufbau des Meselson-Stahl-Experiments

Das Meselson-Stahl-Experiment wurde durchgeführt, um die korrekte Modellvorstellung der DNA-Replikation zu ermitteln. Die Forscher verwendeten Escherichia coli-Bakterien, die sie zunächst auf einem Nährboden mit schwerem Stickstoff (15N) kultivierten. Anschließend wurden die Bakterien auf ein normales Nährmedium mit leichtem Stickstoff (14N) übertragen.

Vocabulary: Isotop - Atome, deren Atomkern gleich viele Protonen, aber unterschiedlich viele Neutronen haben. 15N hat 7 Protonen und 8 Neutronen (schwer), während 14N 7 Protonen und 7 Neutronen (leicht) hat.

Die Durchführung des Meselson-Stahl-Experiments beinhaltete folgende Schritte:

1. Kultivierung der Bakterien mit schwerem Stickstoff (15N)
2. Übertragung auf normales Nährmedium mit leichtem Stickstoff (14N)
3. Extraktion der DNA nach jeder Zellteilung
4. Untersuchung der DNA mittels Dichtegradientenzentrifugation

Highlight: Die Dichtegradientenzentrifugation ermöglicht die Unterscheidung verschieden schwerer DNA-Sorten, da sich Moleküle gleicher Schwere in derselben Höhe ablagern und als Banden sichtbar werden.

Das Experiment untersuchte drei mögliche Modelle der DNA-Replikation:

1. Konservativ: Vollständig neue DNA-Doppelhelix neben der ursprünglichen
2. Semikonservativ: Jeder Strang dient als Vorlage für einen neuen komplementären Strang
3. Dispersiv: Zufällige Verteilung alter und neuer DNA-Abschnitte

Definition: Semikonservative Replikation bedeutet, dass jeder der beiden ursprünglichen DNA-Stränge als Vorlage für einen neuen komplementären Strang dient, wodurch zwei identische DNA-Moleküle entstehen, die jeweils einen alten und einen neuen Strang enthalten.

Ergebnisse und Auswertung des Meselson-Stahl-Experiments

Die Auswertung des Meselson-Stahl-Experiments lieferte entscheidende Erkenntnisse über den Ablauf der semikonservativen Replikation. Die Untersuchung der DNA nach verschiedenen Generationen in 14N-haltigem Medium ergab folgende Resultate:

Example: Kontrollen: 15N-DNA (schwer) und 14N-DNA (leicht) wurden als Referenz verwendet.

Nach einer Generation in 14N-haltigem Medium: Die gesamte DNA befand sich in einem Dichtebereich zwischen schwerer (15N-haltiger) und leichter (14N-haltiger) DNA. Dies zeigte sich im Reagenzglas 3 (b) der Abbildung.

Highlight: Dieses Ergebnis des Meselson-Stahl-Experiments schloss bereits die konservative Replikation aus, da keine vollständig schwere DNA mehr vorhanden war.

Nach zwei Generationen in 14N-haltigem Medium: Bei der Trennung im Dichtegradienten fand man eine Fraktion an der Position zwischen 15N-haltiger und 14N-haltiger DNA sowie eine Fraktion an der Position 14N-haltiger DNA.

Quote: "Dieses Ergebnis entspricht genau der semikonservativen Replikation."

Die Auswertung zeigte deutlich, dass das semikonservative Modell der DNA-Replikation korrekt ist. Bei einer dispersiven Replikation hätte man Moleküle an mehreren Positionen zwischen der "schweren" und der "leichten" DNA erwartet.

Definition: Die DNA-Replikation ist der Prozess, bei dem die genetische Information einer Zelle vor der Zellteilung verdoppelt wird, um sicherzustellen, dass jede Tochterzelle eine vollständige Kopie des Erbguts erhält.

Das Meselson-Stahl-Experiment lieferte somit den entscheidenden Beweis dafür, warum die semikonservative Replikation richtig ist. Es zeigte, dass bei jeder Replikation ein alter Strang als Vorlage für einen neuen Strang dient, was zu einer gleichmäßigen Verteilung der ursprünglichen DNA auf die Tochterzellen führt.