Il DNA come modello genetico

Due caratteristiche strutturali della molecola del DNA forniscono la base per i meccanismi dell'ereditarietà: le quattro basi nucleotidiche e la sua natura a doppio filamento. Il modello Watson-Crick della struttura del DNA a doppia elica, proposto nel 1952, si basava fortemente sul lavoro di cristallografia a raggi X dei ricercatori Rosalind Franklin e Maurice Wilkins. Watson, Crick e Wilkins ricevettero congiuntamente il Premio Nobel per la Fisiologia e la Medicina per il loro lavoro nel 1962. Franklin fu, contrariamente, esclusa dal premio per ragioni ancora dibattute.

Il modello del DNA di Watson-Crick, molto semplicemente, proponeva che il DNA fosse costituito da due filamenti di nucleotidi che si attorcigliano l'uno attorno all'altro per formare un'elica destrorsa e che l'accoppiamento nucleotidico avvenga tra una purina e una pirimidina.

I due filamenti di DNA sono antiparalleli, il che significa che l’estremità 3’ di un filamento è rivolta verso l’estremità 5’ dell’altro. Ciò consente a ciascun filamento di agire come modello per il suo partner durante la replicazione del DNA, producendo due nuovi filamenti di DNA esattamente complementari tra loro. Tuttavia, non era chiaro se la replicazione del DNA avvenisse o meno in questo modo.

L'esperimento di Meselson e Stahl

Meselson e Stahl hanno coltivato E. coli per diverse generazioni in un terreno contenente un isotopo "pesante" di azoto, ^15 N. Nel corso del tempo, l’azoto pesante è stato incorporato nelle basi nucleotidiche azotate e, quindi, nel DNA. Successivamente, l'E. coli è stato posto in un mezzo contenente un diverso isotopo di azoto, ¹⁴N, e coltivato per molte altre generazioni. Dopo ogni generazione, un campione di DNA è stato isolato da alcune cellule, caricato in un gradiente e centrifugato ad alta velocità. In un gradiente, il DNA si separerà in base alla sua densità di galleggiamento (cioè la densità all'interno del gradiente in cui il DNA galleggerà).

Nel mezzo ^15 N è stata osservata una singola banda ad alta densità nella parte inferiore della provetta da centrifuga. Immediatamente dopo che i batteri sono stati trasferiti sul terreno “più leggero”, questa singola banda si è spostata verso l’alto nella colonna, indicando una densità inferiore. Tuttavia, le generazioni successive hanno prodotto due bande: una corrispondente alla densità ¹⁴N e un'altra in una posizione intermedia. Questo risultato potrebbe essere spiegato solo con una modalità di replica semi-conservativa, convalidando così il modello Watson-Crick.