El Experimento de Meselson y Stahl

Replicación del ADN

Hoy decidí escribir sobre uno de los experimentos más famosos en el área de la Bioquímica, y en mi humilde opinión uno de los más elegantes que he leído. Se trata sobre uno de los experimentos que probaron que la replicación del ADN es semiconservativa: El experimento de Meselson y Stahl.

Si recordamos un poquito, Watson y Crick propusieron el modelo de la doble hélice y obtuvieron por ello el premio Nobel en fisiología o medicina en 1962. Si lo desean, pueden refrescarse la memoria con las siguientes entradas: “Ácidos Nucleicos y Proteínas” y “¿Qué fue primero, el DNA o la proteína?

Cuando el modelo fue propuesto, poco después surgió la pregunta: ¿Cómo se replica el ADN? Se propusieron tres modelos que trataban de explicar la replicación del ADN:

CONSERVATIVO

Semi

Conservativo

Esta propuesta decía que la cadena de ADN servía como un molde para producir una nueva cadena. Después de la replicación, teníamos nuevamente la cadena original y una nueva copia.

SEMICONSERVATIVO

conservativo

Semiconservativo

En esta propuesta, se tiene que cada hebra del ADN servía como molde para generar una nueva. Después de la replicación, teníamos dos cadenas de ADN con una hebra original y una copia.

DISPERSIVO

dispersivo

Dispersivo

Otra posibilidad era que la cadena se fragmentara, se replicara y con los retazos formar dos cadenas nuevas.

En ese tiempo nadie tenía una idea clara de cómo probar alguna de las alternativas que presenté anteriormente. Es en este momento que nuestros héroes entran a escena:

Izquierda Meselson
Derecha Stahl

El principio en el que se basa el experimento es en la abundancia natural de los átomos, es decir los isótopos. Para recordar, los isótopos de un elemento son aquellos átomos con el mismo número atómico (número de protones) pero que difieren en la cantidad de neutrones que tengan en el núcleo.

Por ejemplo, el hidrógeno tiene tres isótopos conocidos, el protio, el deuterio y el tritio. El protio tiene solo un protón en el núcleo, el deuterio tiene un protón y un neutrón, y el tritio tiene un protón y dos neutrones. Generalmente, los isótopos no reciben un nombre especial, y el hidrógeno es la única excepción.

Los elementos que encontramos en la naturaleza están en forma de mezcla de isótopos. Por ejemplo el hidrógeno lo encontramos de la siguiente manera:

– Protio       99.98%

– Deuterio    0.0026%

– Tritio          <10-15%

Los isótopos naturales de un elemento tienen casi las mismas propiedades químicas, aunque son contados los casos en que son diferentes (por ejemplo el tritio es radioactivo pero el deuterio no lo es) Lo único en donde difieren es en su peso y existen técnicas que son capaces de separarlos.

Para el experimento decidieron utilizar a la bacteria E. Coli porque se ha estudiado extensamente y conocían muy bien sus ciclos de replicación y reproducción.

Bacteria E. Coli

Al equipo de Meselson y Stahl se les ocurrió la siguiente idea:

Tomarían una colonia y la cultivarían en un medio rico en N15, que es un isótopo estable y poco abundante del nitrógeno. Una vez que se aseguraran que el ADN solo contiene N15, tomarían una muestra y separarían el ADN por centrifugación.

En la centrifugación, los componentes de una mezcla se separan en función de su peso, en el fondo quedan los compuestos más pesado y los más ligeros arriba. Como el ADN tiene un peso diferente a todo lo que se encuentra en la célula, se puede separar.

Y aquí es la parte interesante, porque una vez que identificaran en que parte de la centrifugación se queda el ADN, cambiarían el medio por uno que no tenga N15 y observarían qué resultados obtendrían.

Si el ADN sigue el método conservativo, entonces el ADN de la primera familia pesaría lo mismo porque tendrían puro N15. La segunda familia habría crecido en un medio en donde no hay N15 y entonces el ADN pesaría menos y se notaría en la centrifugación.

teoriaconservativo

Modelo Conservativo

Mientras más generaciones nazcan en ese medio, la marca del ADN más ligero (rojo) se haría cada vez más intensa y el ADN pesado (azul) quedaría sin cambios.

Si se replicara semiconservativamente, tendríamos una marca para la primera generación. Para la segunda generación, la primera marca desaparecería y aparecería una marca nueva. Para la tercera familia tendríamos dos marcas.

teoriasemiconservativo

Semiconservativo

Para la dispersiva tendríamos una diversidad de patrones. La historia nos dice que los patrones que obtuvieron fueron el del modelo semiconservativo. Este experimento junto con otros corroboraron que el ADN se replicaba de esta manera.

En mi opinión es un experimento bien pensado, ya que resuelve un problema complicado con una solución muy simple.

REFERENCIAS

– Matthew Meselson and Franklin W. Stahl, THE REPLICATION OF DNA IN ESCHERICHIA COLI, Proceedings of the National Academy of the United States of America

http://www.pnas.org/content/44/7/671.full

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