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5.2:

Il DNA come modello genetico

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Biologia Molecolare
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DNA as a Genetic Template

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00:00 00.620 00:00:03.890 Il modello Watson-Crick, proposto nel 1953, ha chiarito due caratteristiche strutturali della molecola di DNA che forniscono una base per l’ereditarietà:la sua natura a doppia elica e e le quattro basi nucleotidiche. Questo modello descrive il DNA come composto di due filamenti di nucleotidi che si avvolgono l’uno intorno all’altro per formare un’elica destrorsa. Questi filamenti sono antiparalleli in natura, ciò significa che l’estremità 3’di un filamento è rivolta verso l’estremità 5’dell’altro filamento.Ogni filamento di DNA contiene una sequenza di nucleotidi, che è esattamente complementare al suo partner, consentendo ad ogni filamento di agire come modello per il filamento corrispondente;così, una cellula può replicare il suo DNA prima della divisione cellulare, separando i due filamenti di DNA e producendo due nuovi filamenti di DNA, esattamente complementari l’uno all’altro. Inoltre, il modello Watson-Crick ha ipotizzato che l’appaiamento di base avviene tra una purina adenina o guanina e una pirimidina, citosina o timina. Adenina, guanina, citosina e timina comprendono l’alfabeto nucleotidico di quattro lettere.Ora sappiamo che quando queste lettere nucleotidiche sono unite in un codone di tre lettere durante la traduzione, possono codificare per uno dei 20 amminoacidi, proprio come le lettere dell’alfabeto possono essere messe insieme per scrivere le parole. Le parole amminoacidiche sono legate in frasi, formando catene che si piegano in proteine diverse. Le differenti permutazioni dei codoni possono dare luogo a geni diversi, come le diverse combinazioni di parole e frasi risultano in libri diversi.Il genoma è l’insieme delle informazioni contenute all’interno dei geni di un organismo e comprende tutti gli RNA, molecole e proteine che un organismo produrrà nel corso della sua vita. Differenze tra i genomi risultano in organismi e specie genotipicamente e fenotipicamente distinti

5.2:

Il DNA come modello genetico

Two structural features of the DNA molecule provide a basis for the mechanisms of heredity: the four nucleotide bases and its double-stranded nature. The Watson-Crick model of double-helical DNA structure, proposed in 1952, drew heavily upon the X-ray crystallography work of researchers Rosalind Franklin and Maurice Wilkins. Watson, Crick, and Wilkins jointly received the Nobel Prize in Physiology or Medicine for their work in 1962. Franklin was, controversially, excluded from the prize for reasons that are still debated.

The Watson-Crick model of DNA, very simply, proposed that DNA is made up of two strands of nucleotides that twist around each other to form a right-handed helix and that nucleotide pairing takes place between a purine and a pyrimidine.

The two DNA strands are antiparallel, meaning that the 3’ end of one strand faces the 5’ end of the other. This allows each strand to act as a template for its partner during DNA replication, producing two new strands of DNA that are exactly complementary to each other. However, whether or not DNA replication occurred in this fashion was not clear.

The Meselson and Stahl Experiment

Meselson and Stahl grew E. coli for several generations in a medium containing a “heavy” isotope of Nitrogen, 15N. Over time, the heavy Nitrogen was incorporated into the nitrogenous nucleotide bases and, thus, into the DNA. After this, the E. coli was placed into a medium containing a different isotope of Nitrogen, 14N, and grown for several more generations. After each generation, a DNA sample was isolated from some of the cells, loaded into a gradient, and centrifuged at high speeds. In a gradient, the DNA will separate according to its buoyant density (i.e. the density within the gradient where the DNA will float).

In the 15N medium, a single band of high density was observed in the lower portion of the centrifuge tube. Immediately after the bacteria were transferred to the “lighter” media, this single band shifted upwards in the column, indicating a lower density. However, subsequent generations resulted in two bands: one corresponding to the 14N density and another in an intermediate location. This result could only be explained by a semi-conservative mode of replication, thus validating the Watson-Crick model.

Suggested Reading

  1. Watson, James D., and Francis HC Crick. "Molecular structure of nucleic acids." Nature 171.4356 (1953): 737-738.
  2. Meselson M, Stahl FW. THE REPLICATION OF DNA IN ESCHERICHIA COLI. Proc Natl Acad Sci U S A. 1958;44(7):671–682. doi:10.1073/pnas.44.7.671