5.2: 遺伝的テンプレートとしてのDNA

DNA分子の2つの構造的特徴は、遺伝のメカニズムの基礎を提供します:4つのヌクレオチド塩基とその二本鎖の性質。1952年に提案された二重らせんDNA構造のWatson-Crickモデルは、研究者のロザリンド・フランクリンとモーリス・ウィルキンスのX線結晶構造解析研究に大きく依存していました。ワトソン、クリック、ウィルキンスは、1962年に彼らの研究でノーベル生理学・医学賞を共同で受賞しました。フランクリンは、物議を醸すほど、まだ議論されている理由で賞から除外されました。

DNAのWatson-Crickモデルは、非常に簡単に、DNAは互いにねじれて右巻きらせんを形成する2本のヌクレオチドの鎖で構成されており、ヌクレオチド対形成はプリンとピリミジンの間で行われると提案しました。

2本のDNA鎖は逆平行であり、一方の鎖の3’末端が他方の鎖の5’末端に面していることを意味します。これにより、各鎖はDNA複製中にパートナーのテンプレートとして機能し、互いに正確に相補的な2本の新しいDNA鎖を生成することができます。しかし、この方法でDNA複製が起こったかどうかは明らかではありませんでした。

メセルソンとスタールの実験

MeselsonとStahlは、窒素の「重い」同位体である^15Nを含む培地で数世代にわたって大腸菌を栽培しました。時間が経つにつれて、重窒素は窒素含有ヌクレオチド塩基に取り込まれ、したがってDNAに取り込まれました。この後、大腸菌を異なる窒素同位体である^14Nを含む培地に入れ、さらに数世代にわたって成長させました。各世代の後、一部の細胞からDNAサンプルを単離し、グラジエントにロードし、高速で遠心分離しました。グラジエントでは、DNAは浮力密度(つまり、DNAが浮くグラジエント内の密度)に従って分離します。

^15N培地では、遠心分離管の下部に高密度の単一バンドが観察されました。細菌が「より軽い」培地に移された直後に、この単一のバンドはカラム内で上方に移動し、密度が低いことを示しました。しかし、その後の世代では、¹⁴N 密度に対応するバンドと中間位置に対応するバンドの 2 つのバンドが生成されました。この結果は、半保存的な複製モードによってのみ説明でき、したがって、Watson-Crickモデルが検証されます。