L'élucidation de la structure de la double hélice a fourni un indice sur la façon dont l'ADN se divise et fait des copies de lui-même. Ce modèle suggère que les deux brins de la double hélice se séparent lors de la réplication, et chaque brin sert de modèle à partir duquel le nouveau brin complémentaire est copié. Ce qui n'est pas clair, c'est la manière dont la réplication s'effectue. Trois modèles ont été proposés : conservateur, semi-conservateur et dispersif.

Les trois modèles suggèrent la réplication de l'ADN. Le gris indique les brins d'ADN originaux, et le bleu indique l'ADN nouvellement synthétisé.

Dans la réplication conservatrice, l'ADN des parents reste ensemble, et les brins filles nouvellement formés sont ensemble. La méthode semi-conservatrice suggère que chacun des deux brins d'ADN parental sert de modèle pour la synthèse d'un nouvel ADN ; après réplication, chaque ADN double brin comprend un brin parental ou "ancien" et un "nouveau" brin. Dans le modèle dispersif, les deux copies d'ADN comportent des segments double-brin d'ADN parental et de l'ADN nouvellement synthétisé intercalés.

Meselson et Stahl souhaitaient comprendre comment l'ADN se réplique. Ils ont cultivé E. coli pendant plusieurs générations dans un milieu contenant un isotope "lourd" de l'azote (15N) qui s'incorpore dans les bases azotées, et finalement dans l'ADN.

Meselson et Stahl ont expérimenté avec des E. coli cultivés d'abord dans l'azote lourd (15N) puis dans le 14N. L'ADN cultivé en 15N (bande rouge) est plus lourd que l'ADN cultivé en 14N (bande orange), et sédimente à un niveau inférieur dans une solution de chlorure de césium dans une ultracentrifugeuse. Lorsque l'ADN cultivé en 15N est transféré dans un milieu contenant du 14N, après un cycle de division cellulaire, l'ADN se sédimente à mi-chemin entre les niveaux de 15N et de 14N, ce qui indique qu'il contient maintenant cinquante pour cent de 14N. Lors des divisions cellulaires suivantes, une quantité croissante d'ADN ne contient que du 14N. Ces données confirment le modèle de réplication semi-conservateur. (crédit : modification des travaux par Mariana Ruiz Villareal)

La culture d'E. coli a ensuite été transférée dans un milieu contenant du 14N et a pu se développer pendant une génération. Les cellules ont été récoltées et l'ADN a été isolé. L'ADN a été centrifugé à grande vitesse dans une ultracentrifugeuse. On a laissé certaines cellules se développer pendant un cycle de vie supplémentaire dans du 14N et on les a fait tourner à nouveau. Pendant la centrifugation à gradient de densité, l'ADN est chargé dans un gradient (généralement un sel comme le chlorure de césium ou le saccharose) et filé à des vitesses élevées de 50 000 à 60 000 tr/min. Dans ces circonstances, l'ADN va former une bande en fonction de sa densité dans le gradient. L'ADN cultivé en 15N formera une bande à une position de densité plus élevée que celui cultivé en 14N. Meselson et Stahl ont noté qu'après une génération de croissance en 14N après avoir été déplacée de 15N, la bande unique observée était en position intermédiaire entre l'ADN des cellules cultivées exclusivement en 15N et 14N. Cela suggère un mode de réplication soit semi-conservateur, soit dispersif. L'ADN récolté à partir de cellules cultivées pendant deux générations en 14N formait deux bandes : une bande d'ADN était en position intermédiaire entre 15N et 14N, et l'autre correspondait à la bande d'ADN 14N. Ces résultats ne pouvaient s'expliquer que si l'ADN se répliquait de manière semi-conservatrice. Par conséquent, les deux autres modes ont été écartés.

Lors de la réplication de l'ADN, chacun des deux brins qui composent la double hélice sert de modèle à partir duquel de nouveaux brins sont copiés. Le nouveau brin sera complémentaire du brin parental ou "ancien". Lorsque deux copies d'ADN filles sont formées, elles ont la même séquence et sont divisées à parts égales dans les deux cellules filles.

Source : Basics of DNA Replication

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