DNA jest materiałem genetycznym, który określa każdą komórkę. Przed komórka powiela się i dzieli się na nowe komórki potomne przez albo mitoza lub mejoza, biocząsteczki i organelle należy skopiować, aby rozdzielić je między komórki. DNA znalezione w obrębie jądro, należy zreplikować, aby zapewnić, że każda nowa komórka otrzyma prawidłową liczbę chromosomy. Proces duplikacji DNA nazywa się replikacja DNA. Replikacja przebiega w kilku krokach obejmujących wiele białka zwane enzymami replikacyjnymi i RNA. W komórkach eukariotycznych, takich jak komórki zwierzęce i komórki roślinneReplikacja DNA zachodzi w Faza S międzyfazowa podczas cykl komórkowy. Proces replikacji DNA ma kluczowe znaczenie dla wzrostu, naprawy i reprodukcji komórek w organizmach.
DNA lub kwas dezoksyrybonukleinowy jest rodzajem cząsteczki znanej jako kwasu nukleinowego. Składa się z 5-węglowego cukru dezoksyrybozy, fosforanu i zasady azotowej. Dwuniciowy DNA składa się z dwóch spiralnych łańcuchów kwasu nukleinowego, które są skręcone w a
podwójna helisa kształt. To skręcenie pozwala DNA być bardziej zwartym. W celu dopasowania do jądra DNA jest upakowane w ściśle zwinięte struktury zwane chromatyna. Chromatyna skrapla się, tworząc chromosomy podczas podziału komórek. Przed replikacją DNA chromatyna rozluźnia się, dając maszynerii do replikacji komórek dostęp do nici DNA.Zanim DNA będzie można replikować, dwuniciową cząsteczkę należy „rozpakować” na dwie pojedyncze nici. DNA ma cztery zasady zwane adenina (A), tymina (T), cytozyna (C) i guanina (G) które tworzą pary między dwoma pasmami. Adenina łączy się tylko z tyminą, a cytozyna wiąże się tylko z guaniną. Aby zrelaksować DNA, interakcje między parami zasad muszą zostać przerwane. Odbywa się to przez enzym znany jako DNA helikaza. Helikaza DNA zaburza wiązanie wodorowe między parami zasad, aby oddzielić pasma w kształcie litery Y znanym jako rozwidlenie replikacji. Ten obszar będzie szablonem do rozpoczęcia replikacji.
DNA jest kierunkowy w obu pasmach, oznaczony końcem 5 'i 3'. Notacja ta wskazuje, która grupa boczna jest przyłączona do szkieletu DNA. The Koniec 5 ' ma dołączoną grupę fosforanową (P), podczas gdy Koniec 3 ' ma przyłączoną grupę hydroksylową (OH). Ta kierunkowość jest ważna dla replikacji, ponieważ postępuje ona tylko w kierunku od 5 'do 3'. Widelec do replikacji jest jednak dwukierunkowy; jedna nić jest zorientowana w kierunku od 3 'do 5' (prowadząc nić) podczas gdy drugi jest zorientowany od 5 'do 3' (opóźnione pasmo). Obie strony są zatem powielane za pomocą dwóch różnych procesów, aby uwzględnić różnicę kierunkową.
Nić wiodąca jest najprostsza do odtworzenia. Po oddzieleniu nici DNA krótki kawałek RNA nazywano go Elementarz wiąże się z końcem 3 'nici. Starter zawsze wiąże się jako punkt początkowy replikacji. Startery są wytwarzane przez enzym Primaza DNA.
Enzymy znane jako Polimerazy DNA są odpowiedzialni za tworzenie nowego łańcucha przez proces zwany wydłużeniem. Istnieje pięć różnych znanych rodzajów polimerazy DNA bakteria i ludzkie komórki. W bakteriach takich jak E. coli, polimeraza III jest głównym enzymem replikacyjnym, podczas gdy polimerazy I, II, IV i V są odpowiedzialne za sprawdzanie błędów i naprawę. Polimeraza DNA III wiąże się z nicią w miejscu startera i zaczyna dodawać nowe pary zasad komplementarne do nici podczas replikacji. W komórkach eukariotycznych polimerazy alfa, delta i epsilon są podstawowymi polimerazami zaangażowanymi w replikację DNA. Ponieważ replikacja przebiega w kierunku od 5 'do 3' na nici wiodącej, nowo utworzona nić jest ciągła.
The opóźnione pasmo rozpoczyna replikację od wiązania z wieloma starterami. Każdy starter dzieli tylko kilka zasad. Polimeraza DNA dodaje następnie fragmenty DNA, zwane Fragmenty Okazaki, do nici między starterami. Ten proces replikacji jest nieciągły, ponieważ nowo utworzone fragmenty są rozłączone.
Po utworzeniu zarówno ciągłych, jak i nieciągłych nici, enzym nazywa się egzonukleaza usuwa wszystkie startery RNA z oryginalnych nici. Te startery są następnie zastępowane odpowiednimi zasadami. Kolejna egzonukleaza „koryguje” nowo utworzone DNA w celu sprawdzenia, usunięcia i zastąpienia wszelkich błędów. Inny enzym o nazwie Ligaza DNA łączy fragmenty Okazaki razem tworząc jedną zunifikowaną nić. Końce liniowego DNA stanowią problem, ponieważ polimeraza DNA może dodawać nukleotydy tylko w kierunku od 5 'do 3'. Końce nici rodzicielskich składają się z powtarzających się sekwencji DNA zwanych telomerami. Telomery działają jako ochronne nasadki na końcu chromosomów, aby zapobiec łączeniu się pobliskich chromosomów. Specjalny rodzaj enzymu polimerazy DNA o nazwie telomeraza katalizuje syntezę sekwencji telomerowych na końcach DNA. Po zakończeniu nić macierzysta i jej komplementarna nić DNA zostają zwinięte w znane podwójna helisa kształt. Ostatecznie replikacja daje dwa Cząsteczki DNA, każda z jedną nicią z cząsteczki rodzicielskiej i jedną nową nicią.
Replikacja DNA to produkcja identyczna Helisy DNA z pojedynczej dwuniciowej cząsteczki DNA. Każda cząsteczka składa się z nici z oryginalnej cząsteczki i nowo utworzonej nici. Przed replikacją DNA rozwija się i nici oddzielają się. Powstaje rozwidlenie replikacji, które służy jako szablon do replikacji. Startery wiążą się z DNA, a polimerazy DNA dodają nowe sekwencje nukleotydowe w kierunku od 5 'do 3'.
To dodawanie jest ciągłe w nici wiodącej i rozdrobnione w nici opóźnionej. Po zakończeniu wydłużania nici DNA, nici są sprawdzane pod kątem błędów, wykonywane są naprawy, a sekwencje telomerowe są dodawane na końcach DNA.