for the genetic material.“ „It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the genetic material.“ „Es ist uns nicht entgangen, dass die spezifische Paarung, die wir vorgeschlagen haben, direkt auf einen möglichen Mechanismus der Vervielfältigung des genetischen Materials hinweist.“ (James D. Watson und Francis H. C. Crick (1953)

Wie ist das Zitat von Watson und Crick gemeint? Entwickelt eine Hypothese wie die DNA verdoppelt werden kann.

 Versuchsbeschreibung  Meselson und Stahl überprüften 1958 die drei Hypothesen bezüglich der Reduplikation der DNA experimentell  Escherichia-coli-Bakterien (E.-coli) wurden über 14 Generationen in zwei Nährlösungen gezüchtet  In einer der Nährlösungen enthält das Ammoniumchlorid (NH4Cl) ein „schweres“ Stickstoffisotop (relative Atommasse 15; 15N).  In der zweiten Nährlösungen enthält das Ammoniumchlorid (NH4Cl) ein „leichteres“ Stickstoffisotop (relative Atommasse 14; 14N).  Nach drei Tagen wird die DNA aus den Bakterien extrahiert und einer Dichtegradientenzentrifugation unterzogen. 1

Dichtegradientenzentrifugation Die Dichtegradientenzentrifugation gehört zu den physikalischen Trennverfahren. Verschiedene gelöste Makromoleküle werden in einer Ultrazentrifuge anhand ihrer Bewegungsgeschwindigkeit (s.a. Sedimentationsgeschwindigkeit) unter dem Einfluss starker Zentrifugalkräfte sortiert. Die zu untersuchende Probe wird auf die Oberfläche des Zentrifugenröhrchens gegeben. Während der mehrstündigen Trennung sedimentieren die Moleküle mit unterschiedlicher Geschwindigkeit im Lösungsmittel, und zwar solange die Dichte der Probe größer ist als die Dichte des Lösungsmittels und um so schneller, je größer der Dichteunterschied ist.

Dichtegradientenzentrifugation Bricht man die Zentrifugation zu einem geeigneten Zeitpunkt ab, erhält man unterschiedliche Banden der Bestandteile der Probe.

 Versuchsdurchführung E. coli – Bakterien in 15NH4Cl Medium E. coli – Bakterien in 14NH4Cl Medium

(Base, Zucker, Phosphat) Einbau des „schweren“ Stickstoffes in die Nucleotide (Base, Zucker, Phosphat) N 2

 Versuchsdurchführung / Phase I E. coli – Bakterien in 15NH4Cl Medium E. coli – Bakterien in 14NH4Cl Medium Probenentnahme nach 3 Tagen & DNA-Extraktion 48h Dichtegradientenzentrifugation

?  Versuchsdurchführung / Phase I 48h Dichtegradientenzentrifugation E. coli – Bakterien in 15NH4Cl Medium E. coli – Bakterien in 14NH4Cl Medium 48h Dichtegradientenzentrifugation ? 3

 Versuchsdurchführung / Phase I E. coli – Bakterien in 15NH4Cl Medium E. coli – Bakterien in 14NH4Cl Medium 48h Dichtegradientenzentrifugation „leichte“ DNA „schwere“ DNA

 Versuchsdurchführung / Phase II E. coli – Bakterien in 15NH4Cl Medium E. coli – Bakterien in 14NH4Cl Medium Überführung in 14NH4Cl Medium („leichten“ Stickstoff) Nach 20 Minuten Dichtegradientenzentrifugation

?  Versuchsdurchführung / Phase II E. coli – Bakterien in 15NH4Cl Medium E. coli – Bakterien in 14NH4Cl Medium Nach 20 Minuten Dichtegradientenzentrifugation ? 4

 Versuchsdurchführung / Phase II E. coli – Bakterien in 15NH4Cl Medium E. coli – Bakterien in 14NH4Cl Medium Nach 20 Minuten Dichtegradientenzentrifugation

 Transfer auf die molekulare Ebene

 Transfer auf die molekulare Ebene E. coli – Bakterien in 15NH4Cl Medium E. coli – Bakterien in 14NH4Cl Medium Nach 20 Minuten Dichtegradientenzentrifugation 5

 Transfer auf die molekulare Ebene

 Transfer auf die molekulare Ebene Generation I Phase I Generation II Phase II

 Transfer auf die molekulare Ebene Generation I Phase I Generation II Phase II

 Transfer auf die molekulare Ebene Generation I Phase I Generation II Phase II 6

 Transfer auf die molekulare Ebene E. coli – Bakterien in 15NH4Cl Medium E. coli – Bakterien in 14NH4Cl Medium Nach 40 Minuten Dichtegradientenzentrifugation

Phase I Generation I Generation II … nach 20 Minuten Generation III … nach 40 Minuten

 Transfer auf die molekulare Ebene