유전자 주형으로서의 DNA

DNA 분자의 두 가지 구조적 특징, 즉 4개의 뉴클레오티드 염기와 그 이중 가닥 특성이 유전 메커니즘의 기초를 제공합니다. 1952년에 제안된 이중나선형 DNA 구조의 왓슨-크릭 모델은 연구자 로절린드 프랭클린(Rosalind Franklin)과 모리스 윌킨스(Maurice Wilkins)의 X선 결정학 연구에 크게 의존했습니다. 왓슨, 크릭 그리고 윌킨스는 이러한 연구를 통해 1962년 공동으로 노벨 생리의학상을 받았습니다. 프랭클린은 여전히 논란의 여지가 있는 이유로 노벨 생리의학상에서 제외되었습니다.

매우 간단하게 왓슨-크릭의 DNA 모델은 DNA가 서로 꼬여 오른쪽 나선을 형성하는 두 개의 뉴클레오티드 가닥으로 구성되어 있으며 뉴클레오티드 쌍이 퓨린과 피리미딘 사이에서 일어난다고 제시했습니다.

두 DNA 가닥은 역평행합니다. 즉, 한 가닥의 3' 끝이 다른 가닥의 5' 끝을 향하고 있음을 의미합니다. 이를 통해 각 가닥은 DNA 복제 중에 파트너의 주형 역할을 하여 서로 정확히 상보적인 두 개의 새로운 DNA 가닥을 생성할 수 있습니다. 그러나 DNA 복제가 이러한 방식으로 발생하는지 여부는 명확하지 않았습니다.

메셀슨과 스탈의 실험

메셀슨과 스탈은 "무거운" 질소 동위원소인 15N이 포함된 배지에서 여러 세대에 걸쳐 대장균을 배양했습니다. 시간이 지남에 따라 중질소는 질소를 함유한 뉴클레오티드 염기에 통합되어 DNA에 통합되었습니다. 그 후, E. coli를 다른 질소 동위원소인 14N이 포함된 배지에 넣고 몇 세대 더 성장시켰습니다. 각 세대 후에 DNA 표본을 일부 세포에서 분리하고 구배에 로드한 다음 높은 속도로 원심 분리했습니다. 구배에서 DNA는 부력 밀도(즉, DNA가 떠다니는 구배 내의 밀도)에 따라 분리됩니다.

15N 배지에서는 원심분리관 하부에 고밀도의 단일 띠가 관찰되었다. 박테리아가 "더 가벼운" 배지로 옮겨진 직후, 이 단일 밴드는 컬럼에서 위쪽으로 이동하여 밀도가 더 낮음을 나타냅니다. 그러나 후속 세대에서는 두 개의 띠가 생성되었습니다. 하나는 14N 밀도에 해당하고 다른 하나는 중간 위치에 있습니다. 이 결과는 반보존적 복제 모드로만 설명될 수 있으므로 왓슨-크릭 모델이 검증되었습니다.