改变世界的实验：Meselson 和 Stahl 的 DNA 复制实验

1958年，关于遗传物质和DNA结构的猜测仍然存在。科学家们知道 DNA 存在，但不知道它是如何自我复制的。我想到了三种不同的可能性：保守、半保守和分散模型。保守模型假设复制过程产生了一个全新的 DNA 分子，而模板分子保持不变。半保守模型假设模板模型分为两条链，每条链复制它们的互补链，产生 2 个 DNA 分子，其中一条新合成链和一条旧链。分散模型假设新合成的部分与模板 DNA 结合，产生 2 个相同的 DNA 分子，其中包括新合成的寡核苷酸和旧的寡核苷酸（图 1）。

图 1：假设 DNA 复制机制的保守、半保守和分散模型。

Meselson 和 Stahl 设计了一个实验，使用氮的放射性同位素来确定这些模型中的哪一个是正确的。他们使用了重氮（N15）和轻氮（N14），这些氮存在于构成 DNA 的核苷酸中。他们的目标是根据重量或密度梯度上的位置来区分 DNA 样本。密度梯度离心机是 Meselson 自己开发的一项技术。离心时，样品的内容物根据其密度向底部移动。密度较大的分子比密度较小的分子迁移得更多。在梯度溶液中，每个分子达到并达到平衡，它们不再迁移。通过比较 DNA 分子与重 (N15) 和轻 (N14) 氮的位置，可以找出哪种 DNA 复制模型是正确的。

梅塞尔森和斯塔尔培养 大肠杆菌 在仅含有重 (N15) 氮的介质中。几代之后，所有的 DNA 分子都将具有含有重氮 (N15) 的核苷酸。然后，他们在仅含轻 (N15) 氮的培养基中对相同的大肠杆菌进行继代培养。这使他们能够区分 DNA 的父链和子链，因为亲本 DNA 将拥有重 (N15) 氮，而子 DNA 将拥有轻 (N14) 氮。不同世代的条带数量（图 2）以及半重 (N15) 氮半轻 (N14) 氮的存在随后重 (N15) 氮条带的减少表征了假定的半保守 DNA 复制模型。

图 2：Meselson-Stahl 实验的示意图。

该实验也与沃森和克里克在 1953 年发表的基于罗莎琳德·富兰克林的 X 射线晶体学研究的 DNA 结构的最新发现一致。半保守的 DNA 复制模型也是由沃森和克里克首先提出的。

理解理论信息、假设模型和 Meselson-Stahl 的实验设计是可能的 VRLab学院 .您可以解释和展示 DNA 分子的 3D 模型，使用放射性同位素，无需担心污染您的生物实验室或对学生造成任何伤害。您可以从需要数月才能在几秒钟内完成的实验中获取数据。

参考：

Meselson, M., & Stahl, FW (1958)。大肠杆菌中 DNA 的复制。美国国家科学院院刊，44（7），671-682。 https://doi.org/10.1073/pnas.44.7.671

Davis, Tinsley H. “Meselson 和 Stahl：DNA 复制的艺术”。美国国家科学院院刊 101 (2004): 17895–6。

Meselson、Matthew、Franklin W. Stahl 和 Jerome Vinograd。 “密度梯度中大分子的平衡沉降”。美国国家科学院院刊 43（1957）：581-8。 http://www.pnas.org/content/43/7/581.short （2017 年 4 月 18 日访问）。

最初发表于 https://www.vrlabacademy.com .

本文链接：https://www.qanswer.top/24676/58451009