A hipótese de Watson e Crick de que a duplicação do DNA é semiconservativa foi comprovada numa experiência clássica, realizada em 1958 pelos investigadores norte-americanos Matthew Stanley Meselson e Franklin William Stahl. Nessa experiência utilizou-se uma técnica de centrifugação então recém-descoberta, que permite separar moléculas com densidades ligeiramente diferentes entre si.
Meselson e Stahl partiram do pressuposto de que moléculas de DNA contendo proporções diferentes de isótopos do elemento Azoto/nitrogénio, pesado (15N) e leve (14N), poderiam ser separadas por meio da técnica de centrifugação conhecida como centrifugação em gradiente de cloreto de césio. Os investigadores deixaram que bactérias da espécie Escherichia coli se multiplicassem num meio de cultura em que todos os átomos disponíveis de azoto, na forma de sais de amónia, eram do isótopo 15N.
Após 14 gerações vivendo nesse meio, praticamente todo o DNA das bactérias continha apenas o isótopo 15N, uma vez que as bactérias utilizam as substâncias do meio para produzir os componentes de suas células, inclusive as bases azotadas do seu DNA.
Uma parte das bactérias foi separada e teve seu DNA extraído para análise. As bactérias restantes foram transferidas para um novo meio de cultura em que a fonte de azoto continha apenas átomos do isótopo leve (14N) desse elemento químico. Assim, todas as substâncias azotadas produzidas pelas células a partir desse momento, entre elas o DNA, passaram a conter átomos desse isótopo.
Após as bactérias terem se duplicado uma primeira vez, no meio com 14N, Meselson e Stahl retiraram parte delas para a análise do DNA. As bactérias restantes multiplicaram-se novamente no meio com 14N e uma nova amostra foi retirada. Esse procedimento foi repetido, originando uma terceira amostra de bactérias.
As diversas amostras de DNA foram submetidas a centrifugação e as densidades das moléculas presentes em cada uma delas foram determinadas com base na posição em que o DNA ficou estacionado no tubo de centrifugação. Nesse tipo de centrifugação, a posição em que as moléculas estacionam na solução de cloreto de césio, após a centrifugação, tem relação com sua densidade: moléculas menos densas, no caso com maior quantidade de 14N (isótopo leve), ficam mais próximas à superfície da solução, enquanto moléculas mais densas, no caso com maior quantidade de 15N (isótopo pesado), ficam mais próximas do fundo do tubo de centrifugação.
As moléculas de DNA extraídas de bactérias cultivadas durante muitas gerações em meio com isótopo de azoto pesado (15N) estacionaram todas próximas ao fundo do tubo. Após uma geração crescendo em meio com isótopo de azoto leve (14N), todas as moléculas estacionaram na região mediana do tubo, ou seja, eram menos densas que as que continham apenas 15N. Após duas gerações em meio com 14N, metade das moléculas estacionou na região mediana do tubo e metade estacionou na região superficial do tubo, na posição que seria esperada para moléculas contendo apenas 14N. Após três gerações em meio com 14N, 25% das moléculas estacionaram na região mediana do tubo, enquanto as 75% restantes estacionaram na região superficial do tubo.
Esse resultado corresponde exactamente ao esperado para a hipótese de a duplicação do DNA ser semiconservativa.
As experiências subsequentes confirmaram que a duplicação do DNA é um processo semiconservativo.
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