Le ipotesi sulla copia del Dna

Le ipotesi sulla copia del Dna

L'articolo di Watson e Crick fu pubblicato molto rapidamente per volere di Watson ma Crick voleva includere nell'articolo anche le implicazioni biologiche. Allora, essi si accordarono su una frase che volutamente minimizzava una delle maggiori scoperte scientifiche: “Non è sfuggito alla nostra attenzione che la specificità nell'accoppiamento delle basi che abbiamo proposto, indica l'esistenza di un possibile meccanismo di copia del materiale genetico”. Come provocatoriamente indica questa frase, il modello di Watson e Crick effettivamente suggerisce l'esistenza di un meccanismo di copia del DNA. Dato, infatti, che i due filamenti oltre ad essere antiparalleli (ciò significa che se uno presenta polarità 5'→3', l'altro deve presentare polarità 3'→5') sono anche complementari, questi possono essere separati, e ciascuno può servire da stampo per la sintesi di un nuovo filamento. Questo modello, quindi prevede, la separazione dei due filamenti parentali, al fine di agire da stampo per la formazione dei filamenti neosintetizzati. Questo modello è detto a replicazione semiconservativa perché ogni duplex generato possiede un filamento parentale e un filamento neosintetizzato. Comunque, questo non è l'unico meccanismo possibile. Un altro potenziale meccanismo è quello della replicazione conservativa, nel quale i due filamenti parentali, restano insieme, e in qualche modo producono un'altra doppia elica figlia, con due filamenti figli completi. Un terzo possibile meccanismo è dettato dal modello della replicazione dispersiva, nel quale il DNA viene frammentato, quindi il nuovo e il vecchio DNA coesistono nello stesso filamento, dopo la replicazione.
Nel 1958, Matthew Meselson e Franklin Stahl hanno eseguito il noto esperimento necessario per distinguere quale dei tre modelli fosse quello corretto. I ricercatori hanno marcato il DNA di E. coli con azoto pesante (15N), crescendo le cellule in un terreno arricchito con questo isotopo dell'azoto. Questo processo rende il DNA più pesante rispetto alla condizione naturale. Hanno successivamente spostato, le cellule in un terreno di coltura ordinario, che contiene principalmente 14N, prelevando quindi le cellule in tempi diversi. Infine hanno sottoposto il DNA a ultracentrifugazione per determinare la densità. A questo punto, se la replicazione è conservativa, i due filamenti parentali si trovano associati, inoltre apparirà una doppia elica di nuova sintesi. Poiché quest'ultima elica, è stata generata in presenza di azoto leggero, entrambi i filamenti che la compongono saranno leggeri. L'elica parentale pesante/pesante (H/H) e la doppia elica figlia leggera/leggera (L/L) sarebbero quindi separati dall'ultra centrifugazione per via della loro diversa densità. Se la replicazione è semiconservativa, i due filamenti parentali pesanti sarebbero separati, e quindi entrambi associati ad un filamento figlio leggero. Questa doppia elica ibrida H/L avrà una densità che è una via di mezzo tra quella di una doppia elica H/H e di un elica naturale L/L. Questo è proprio quello che avviene: dopo il primo ciclo di replicazione, si può notare la comparsa di una banda a metà strada tra la doppia elica H/H e quella L/L. Questo risultato esclude la replicazione conservativa, ma è in accordo sia con l'ipotesi semiconservativa della replicazione che con quella dispersiva. I risultati di un ulteriore ciclo di replicazione del DNA escludono anche l'ipotesi della replicazione dispersiva; infatti, l'ipotesi prevede la produzione di un quarto di DNA con 15N e tre quarti con 14N dopo due cicli di replicazione in terreno di crescita con azoto leggero. L'ipotesi semiconservativa invece prevede la metà dei prodotti come H/L e l'altra metà come L/L. In altre parole, gli ibridi H/L prodotti nel primo ciclo di replicazione, si separano ed entrambi si accoppiano ai filamenti di DNA neosintetizzati, generando una proporzione 1:1 di doppie eliche di DNA H/L e L/L. Ancora, ciò è precisamente quello che accade. Quindi i risultati supportano fortemente il meccanismo semiconservativo.