Experimentul lui Meselson și Stahl ( ing. experimentul Meselson-Stahl - un experiment realizat de doi biologi moleculari - Matthew Meselson și Franklin Stahl în 1958. El a arătat că replicarea ADN-ului are un caracter semi-conservator [1] . Aceasta înseamnă că fiecare fiică Elica dublă ADN este formată dintr-o catenă veche (matrice) și o catenă nou sintetizată.
De la descoperirea lui Watson și Crick a dublei helix ADN , au fost propuse mai multe mecanisme posibile pentru replicarea acesteia. Prima ipoteză a replicării ADN semi-conservatoare a fost propusă de Watson și Crick înșiși [2] .
Ipoteza replicării conservatoare a ADN-ului sugerează că dubla helix părinte în ansamblu acționează ca un șablon pentru sinteza unui helix copil constând din două noi catene [3] . Această ipoteză implică un rol important pentru histonele în procesul de replicare.
Ipoteza de replicare dispersată a apărut ca o încercare de a explica modul în care celula poate rezolva problema derulării duplexurilor lungi la copierea ADN-ului. Conform acestei ipoteze, pentru a preveni supraînfăşurarea ADN-ului în timpul replicării, în acesta se introduc pauze la fiecare 5 reziduuri de nucleotide , care sunt „cusute” după ce stresul excesiv este îndepărtat din moleculă . Ca urmare, fiica (lanțul nou sintetizat) constă în alternarea secțiunilor vechi și noi cu o lungime de 5 resturi de nucleotide. Același lucru este valabil și pentru lanțul părinte. Această presupunere a fost propusă de Max Delbrück [4] .
Fiecare dintre aceste ipoteze presupune o anumită distribuție a ADN-ului vechi în moleculele formate după finalizarea replicării. Conform ipotezei replicării conservatoare, una dintre molecule va fi complet veche, iar cealaltă complet nouă. Sinteza semi-conservativă ar trebui să conducă la formarea de molecule care conțin un lanț vechi și unul nou. Modelul de replicare dispersată prezice că fiecare catenă a fiecărei molecule de ADN va consta în alternarea secțiunilor vechi și noi [5] . Astfel, dacă stabiliți care dintre aceste cazuri este observată în natură, puteți determina modelul corect.
În 1957, Meselson, Stahl și Jerome Winograd au publicat un articol despre o nouă metodă de studiere a greutății moleculare și a volumului specific parțial al macromoleculelor (de exemplu, ADN ) - ultracentrifugarea cu gradient de densitate de echilibru [ en [6] . Această metodă vă permite să separați moleculele de ADN în funcție de densitatea lor: fiecare moleculă se va opri în locul gradientului unde densitatea soluției coincide cu densitatea sa plutitoare. Autorii au aplicat această metodă pentru a separa moleculele de ADN care conțin izotopi de azot 14 N și 15 N [1] . 15 N nu este radioactiv, ci doar mai greu decât 14 N. Moleculele de ADN care conțin izotopul greu sunt funcționale și se pot dubla.
Meselson și Stahl au arătat că dacă creșteți mai multe generații de bacterii Escherichia coli într-un mediu bogat în 15 N sau 14 N, apoi centrifugeți ADN-ul lor într-un gradient de densitate a clorurii de cesiu , se dovedește că ADN-ul 15 N mai greu se oprește. mai aproape de fundul tubului de centrifugă decât 14 N-ADN [1] .
Pentru a stabili mecanismul de replicare, E. coli care a crescut de mai multe generații într-un mediu cu conținut de 15 N (prin urmare, ADN-ul lor conține doar 15 N) au fost transferate într-un mediu care conținea 14 N, unde li sa permis să împărtășește o singură dată. Densitatea ADN-ului izolat din aceste celule s-a dovedit a fi mai mare decât densitatea ADN-ului bacteriilor crescute într-un mediu bogat în 14 N, dar mai mică decât densitatea ADN-ului bacteriilor crescute într-un mediu de 15 N. Acest lucru a contrazis ipoteza naturii conservatoare a replicării ADN-ului, în care ADN-ul ar fi împărțit în două fracții cu densitate mare și mică, dar nu cu una intermediară. Astfel, prima ipoteză a fost respinsă [1] .
Cu toate acestea, rezultatul obținut nu a exclus un mecanism de replicare dispersat, în care secțiuni de ADN matern alternează cu secțiuni de ADN fiică. Conform ipotezei replicării dispersate, densitatea ADN-ului bacteriilor ar trebui să fie aceeași pentru toate moleculele și să ocupe o poziție intermediară între densitatea ADN-ului celulelor din prima generație și densitatea celui mai ușor ADN. S-a dovedit, totuși, că celulele conțineau cantități aproximativ egale de ADN greu (prima generație) și ADN hibrid (generația a doua). Acest fapt a făcut posibilă excluderea ipotezei unui mecanism de replicare dispersat [1] .