DNA on geneetiline materjal, mis määratleb iga raku. Enne a kamber dubleerib ja jaguneb uuteks tütarrakud läbi kummagi mitoos või meioos, biomolekulid ja organellid tuleb lahtrite vahel jaotamiseks kopeerida. DNA, mis on leitud tuum, tuleb korrata, tagamaks, et iga uus lahter võtab vastu õige arvu kärjeid kromosoomid. DNA dubleerimise protsessi nimetatakse DNA replikatsioon. Replikatsioon järgib mitmeid samme, mis hõlmavad mitut valgud mida nimetatakse replikatsiooniensüümideks ja RNA. Eukarüootsetes rakkudes, näiteks loomarakud ja taimerakud, DNA replikatsioon toimub Interfaasi S-faas jooksul rakutsükkel. DNA replikatsiooniprotsess on organismide rakkude kasvu, paranemise ja paljunemise jaoks ülioluline.
DNA või desoksüribonukleiinhape on teatud tüüpi molekul, mida nimetatakse a nukleiinhape. See koosneb 5-süsinikust desoksüboosisuhkrust, fosfaadist ja lämmastikalusest. Kaheahelaline DNA koosneb kahest spiraalsest nukleiinhappe ahelast, mis on kokku keeratud a kaksikheeliks kuju. See keerdumine võimaldab DNA-l olla kompaktsem. Tuumasse mahutamiseks pakitakse DNA tihedalt mähitud struktuuridesse, mida nimetatakse
kromatiin. Kromatiin kondenseerub moodustamiseks kromosoomid rakkude jagunemise ajal. Enne DNA replikatsiooni lõdvestub kromatiin, andes raku replikatsioonimasinatele juurdepääsu DNA ahelatele.Enne DNA replikatsiooni peab kaheahelaline molekul olema lahti pakitud kaheks ahelaks. DNA-l on neli alust, mida nimetatakse adeniin (A), tümiin (T), tsütosiin (C) ja guaniin (G) mis moodustavad kahe ahela vahel paarid. Ainult adeniin paarub tümiiniga ja tsütosiin seostub ainult guaniiniga. DNA lahtiütlemiseks tuleb need aluspaaride vahelised interaktsioonid katkestada. Seda teostab ensüüm nimega DNA helikaas. DNA helikaas häirib vesinikside aluspaaride vahel, et eraldada ahelad Y-kujuliseks, mida nimetatakse replikatsioonikahvl. Sellest alast saab alguse replikatsiooni mall.
DNA on mõlemas ahelas suunatuled, mida tähistavad 5 'ja 3' otsad. See märge tähistab, milline külgrühm on seotud DNA selgroogiga. 5 'ots on seotud fosfaat (P) rühmaga, samas kui 3 'lõpp on seotud hüdroksüülrühmaga (OH). See suundumus on oluline replikatsiooni jaoks, kuna see edeneb ainult 5 'kuni 3' suunas. Kuid replikatsioonikahvl on kahesuunaline; üks ahel on suunatud 3 'kuni 5' suunas (juhtiv ahel) samal ajal kui teine on orienteeritud 5 'kuni 3' (mahajäänud tegevussuund). Seetõttu korratakse mõlemat poolt kahe erineva protsessiga, et kohandada suunaerinevust.
Esiosa on kõige lihtsam korrata. Kui DNA ahelad on eraldatud, moodustatakse lühike tükk RNA kutsus a praimer seostub ahela 3 'otsaga. Praimer seob replikatsiooni alguspunkti alati. Praimereid genereerib ensüüm DNA primaas.
Ensüümid, mida nimetatakse DNA polümeraasid vastutavad uue tegevussuuna loomise eest, mida nimetatakse pikendamiseks. Selles on viit erinevat tüüpi DNA polümeraase bakterid ja inimese rakud. Sellistes bakterites nagu E. coli, polümeraas III on peamine replikatsiooniensüüm, vigade kontrollimise ja parandamise eest vastutavad polümeraasid I, II, IV ja V. DNA polümeraas III seondub ahelaga praimeri kohas ja hakkab replikatsiooni ajal ahelale täiendavaid uusi aluspaare lisama. Eukarüootsetes rakkudes on DNA replikatsioonis esmased polümeraasid alfa, delta ja epsilon. Kuna replikatsioon toimub juhtival ahelal 5 'kuni 3' suunas, on vast moodustatud ahel pidev.
mahajäänud tegevussuund alustab replikatsiooni seondumisega mitme praimeriga. Iga praimer on ainult mitme aluse kaugusel. Seejärel lisab DNA polümeraas DNA tükke, mida nimetatakse Okazaki killud, praimerite vahelisele ahelale. See replikatsiooniprotsess on katkendlik, kuna vastloodud fragmendid on lahti ühendatud.
Kui on moodustatud nii pidevad kui ka katkendlikud ahelad, nimetatakse ensüümi eksonukleaas eemaldab kõik RNA praimerid algsest ahelast. Seejärel asendatakse need praimerid sobivate alustega. Veel üks eksonukleaas “korrigeerib” äsja moodustatud DNA-d, et kontrollida, eemaldada ja asendada vigu. Veel üks ensüüm nimega DNA ligaas liitub Okazaki fragmentidega, moodustades ühtse ühtse ahela. Lineaarse DNA otsad tekitavad probleeme, kuna DNA polümeraas võib lisada nukleotiide ainult 5 'kuni 3' suunas. Ema-ahelate otsad koosnevad korduvatest DNA järjestustest, mida nimetatakse telomeerideks. Telomeerid toimivad kaitsvate korkidena kromosoomide lõpus, et vältida läheduses asuvate kromosoomide sulandumist. Spetsiaalne tüüpi DNA polümeraasi ensüüm nimega telomeraas katalüüsib DNA otstes asuvate telomeerjärjestuste sünteesi. Pärast valmimist rullub lähteahel ja selle komplementaarsed DNA ahelad tuttavaks kaksikheeliks kuju. Lõpuks annab replikatsioon kaks DNA molekulid, mõlemal on üks lähtemolekulist koosnev ahel ja üks uus ahel.
DNA replikatsioon on identsete produktsioon DNA-heelikad ühest kaheahelalisest DNA molekulist. Iga molekul koosneb algsest molekulist koosnevast ahelast ja vast moodustatud ahelast. Enne replikatsiooni toimub DNA kerimine ja ahelad eralduvad. Moodustatakse replikatsioonikahvl, mis toimib replikatsiooni mallina. Praimerid seovad DNA-d ja DNA polümeraasid lisavad uusi nukleotiidijärjestusi suunas 5 'kuni 3'.
See lisamine on juhtivast ahelast pidev ja mahajäänud ahelas killustatud. Kui DNA ahelate pikendamine on lõpule jõudnud, kontrollitakse ahelate vigu, parandused tehakse ja DNA otstesse lisatakse telomeerijärjestusi.