Experimento Meselson-Stahl: prueba de la replicación semiconservadora del ADN
Experimento Meselson-Stahl (1958): evidencia decisiva de la replicación semiconservadora del ADN en E. coli mediante isótopos de nitrógeno y análisis molecular.
El experimento de Meselson–Stahl fue realizado por Matthew Meselson y Franklin Stahl en 1958 utilizando ADN de E. coli. Con este experimento demostraron de forma clara que la replicación del ADN es semiconservadora. El ADN está formado por dos hélices (dos cadenas polinucleotídicas complementarias) que se separan durante la replicación; cada cadena sirve como molde para sintetizar una nueva cadena. Así, en cada molécula hija una de las dos hebras procede de la molécula parental y la otra es de nueva síntesis.
- Replicación conservadora: La molécula parental permanece intacta y se sintetizan una o varias moléculas totalmente nuevas; tras una ronda de replicación existirían una molécula completamente vieja y una completamente nueva.
- Replicación semiconservadora: Cada molécula hija contiene una hebra parental y una hebra nueva; tras una ronda todas las moléculas son híbridas (una hebra vieja + una hebra nueva).
- Replicación dispersa: Las hebras hijas estarían formadas por fragmentos alternos de cadena vieja y cadena nueva, de modo que las moléculas resultantes serían mezclas dispersas de segmentos viejos y nuevos.
Diseño experimental
Meselson y Stahl diseñaron un experimento elegante y sencillo basado en el marcado isotópico y en la separación por densidad. Procedieron así:
- Hicieron crecer a las bacterias en un medio que contenía un isótopo de nitrógeno pesado (N15), de modo que todo el ADN celular se incorporó con el isótopo pesado y, por tanto, tuvo mayor densidad.
- Tras varias generaciones en N15 trasladaron las bacterias a un medio con nitrógeno ligero (N14) y permitieron que se replicaran durante una, dos y más generaciones, tomando muestras en distintos tiempos.
- Extrajeron el ADN y lo sometieron a centrifugación en gradiente de densidad con cloruro de cesio (centrifugación en gradiente de densidad en CsCl). Este método separa las moléculas de ADN según su densidad, produciendo bandas visibles correspondientes a ADN «pesado», «ligero» o «intermedio» (híbrido).
Resultados e interpretación
Los resultados clave fueron:
- Tras una generación en medio con N14 (es decir, una ronda de replicación después del cambio), todo el ADN apareció en una sola banda de densidad intermedia entre la del ADN pesado y la del ADN ligero. Esto descartó el modelo conservador, que habría dado simultáneamente una banda pesada (la molécula parental intacta) y una banda ligera (las nuevas moléculas).
- Tras dos generaciones aparecieron dos bandas: una banda ligera (ADN completamente nueva, con ambas hebras N14) y una banda intermedia (moléculas híbridas que contenían una hebra N15 y otra N14). Esto descartó el modelo disperso, que habría mantenido el ADN siempre en una posición intermedia (mezcla continua de fragmentos viejos y nuevos) en lugar de generar una banda claramente ligera.
La única interpretación compatible con esos resultados es la replicación semiconservadora: después del cambio de medio, cada molécula hija contiene una hebra parental pesada (N15) y una hebra nueva ligera (N14), produciendo la banda intermedia tras una generación; en la siguiente generación, la replicación de las moléculas híbridas produce tanto moléculas totalmente ligeras (N14/N14) como moléculas híbridas (N15/N14), que corresponden a las dos bandas observadas.
Importancia y consecuencias
El experimento de Meselson y Stahl es considerado uno de los más limpios y convincentes de la biología molecular porque confirmó experimentalmente una predicción fundamental del modelo de doble hélice de Watson y Crick sobre cómo se copia la información genética. Además, la técnica de marcado isotópico combinada con centrifugación en gradiente de densidad se convirtió en un método poderoso para estudiar la estructura y el metabolismo del ADN y otros ácidos nucleicos. Su trabajo ayudó a establecer los principios básicos de la herencia molecular y sigue figurando en los manuales como un ejemplo clásico de demostración experimental clara y bien diseñada.
Resumen de los tres métodos de síntesis de ADN propuestos
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es el experimento Meselson-Stahl?
R: El experimento Meselson-Stahl fue un experimento realizado por Matthew Meselson y Franklin Stahl en 1958, utilizando ADN de E. coli para determinar que la replicación del ADN es semiconservativa.
P: ¿Cómo funciona la replicación semiconservativa?
R: En la replicación semiconservativa, la mitad del ADN original se conserva mientras que la otra mitad se sintetiza en nuevas cadenas.
P: ¿Cuáles son las tres formas posibles en que puede replicarse el ADN?
R: Las tres formas posibles en las que el ADN podría replicarse son la replicación conservativa, la replicación semiconservativa y la replicación dispersa.
P: ¿Cómo demostraron Meselson y Stahl que la replicación semiconservativa era correcta?
R: Para demostrar que la replicación semiconservativa era correcta, pusieron bacterias en un entorno con un isótopo de nitrógeno (N15) que se integró en su ADN. Después utilizaron un entorno que contenía N14 y observaron qué isótopos estaban presentes en el ADN bacteriano - se encontraron tanto N15 como N14, descartando las replicaciones conservadora y dispersa como posibilidades.
P: ¿Qué observaron al mirar las hebras helicoidales del tiempo en el entorno N15?
R: Al observar las hebras helicoidales de la época en el entorno N15, encontraron algunas con sólo v mientras que otras tenían presentes tanto N14 como N15.
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