DNA jako szablon genetyczny

Dwie cechy strukturalne cząsteczki DNA stanowią podstawę mechanizmów dziedziczności: cztery zasady nukleotydowe i jej dwuniciowy charakter. Model podwójnej helisy DNA Watsona-Cricka, zaproponowany w 1952 roku, w dużej mierze opierał się na pracach badaczy Rosalind Franklin i Maurice'a Wilkinsa z krystalografii rentgenowskiej. Watson, Crick i Wilkins wspólnie otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny za swoją pracę w 1962 roku. Franklin został kontrowersyjnie wykluczony z tej nagrody z powodów, które są nadal przedmiotem dyskusji.

Model DNA Watsona-Cricka w bardzo prosty sposób sugerował, że DNA składa się z dwóch nici nukleotydów, które owijają się wokół siebie, tworząc prawoskrętną helisę, a parowanie nukleotydów zachodzi pomiędzy puryną i pirymidyną.

Dwie nici DNA są antyrównoległe, co oznacza, że koniec 3' jednej nici jest skierowany w stronę końca 5' drugiej. Dzięki temu każda nić działa jako matryca dla swojego partnera podczas replikacji DNA, tworząc dwie nowe nici DNA, które są względem siebie dokładnie komplementarne. Nie było jednak jasne, czy replikacja DNA zachodzi w ten sposób.

Eksperyment Meselsona i Stahla

Meselson i Stahl hodowali bakterie E. coli przez kilka pokoleń w pożywce zawierającej „ciężki” izotop azotu, ¹⁵N. Z biegiem czasu ciężki azot został włączony do azotowych zasad nukleotydowych, a tym samym do DNA. Następnie E. coli umieszczono w pożywce zawierającej inny izotop azotu, ¹⁴N, i hodowano przez kilka kolejnych pokoleń. Po każdym pokoleniu z niektórych komórek izolowano próbkę DNA, ładowano do gradientu i wirowano przy dużych prędkościach. W gradiencie DNA rozdzieli się zgodnie z jego gęstością wyporu (tj. gęstością w gradiencie, w której DNA będzie się unosić).

W pożywce ¹⁵N zaobserwowano pojedynczy prążek o dużej gęstości w dolnej części probówki wirówkowej. Natychmiast po przeniesieniu bakterii do „lżejszej” pożywki, ten pojedynczy prążek przesunął się w górę kolumny, wskazując niższą gęstość. Jednak kolejne generacje zaowocowały dwoma pasmami: jednym odpowiadającym gęstości ¹⁴N i drugim położonym pośrednio. Wynik ten można wyjaśnić jedynie półkonserwatywnym trybem replikacji, co potwierdza model Watsona-Cricka.