ДНК е генетичният материал, който определя всяка клетка. Преди a клетка дублира и се разделя на нови дъщерни клетки чрез двете митоза или смекчен израз, биомолекули и органели трябва да се копира, за да бъде разпределен между клетките. ДНК, открита в ядро, трябва да се репликира, за да се гарантира, че всяка нова клетка получава правилния брой от хромозоми. Процесът на дублиране на ДНК се нарича ДНК репликация. Репликацията следва няколко стъпки, които включват множество протеини наречени репликационни ензими и РНК. В еукариотни клетки, като напр животински клетки и растителни клетки, Репликацията на ДНК се случва в S фаза на интерфаза по време на клетъчен цикъл. Процесът на репликация на ДНК е жизненоважен за растежа, възстановяването и размножаването на клетки в организмите.
ДНК или дезоксирибонуклеинова киселина е вид молекула, известна като a нуклеинова киселина. Състои се от 5-въглеродна дезоксирибоза захар, фосфат и азотна основа. Двуверижната ДНК се състои от две спираловидни вериги на нуклеинова киселина, които са усукани в a
двойна спирала оформят. Това усукване позволява ДНК да бъде по-компактна. За да се впише в ядрото, ДНК се пакетира в плътно навити структури, наречени хроматин. Хроматинът се кондензира до образуване хромозоми по време на клетъчното делене. Преди репликацията на ДНК хроматинът се разхлабва, като предоставя на клетъчната репликация достъп до нишките на ДНК.Преди ДНК да бъде възпроизведена, двойно верижната молекула трябва да бъде „неразгърната“ в две единични вериги. ДНК има четири бази, наречени аденин (A), тимин (T), цитозин (С) и гуанин (G) които образуват двойки между двете направления. Аденинът се свързва само с тимин, а цитозинът се свързва само с гуанина. За да се развие ДНК, тези взаимодействия между базовите двойки трябва да бъдат прекъснати. Това се извършва от ензим, известен като ДНК хелииказа. ДНК хеликаза нарушава водородна връзка между двойки основи за разделяне на нишките във форма Y, известна като вилица за репликация. Тази област ще бъде шаблона за започване на репликация.
ДНК е насочен и в двете направления, обозначен с 5 'и 3' край. Тази нотация означава към коя странична група е прикрепен ДНК-гръбнакът. Най- 5 'край има прикрепена фосфатна (Р) група, докато 3 'край има прикрепена хидроксилна (ОН) група. Тази насоченост е важна за репликацията, тъй като напредва само в посока 5 'до 3'. Вилицата за репликация обаче е двупосочна; едното направление е ориентирано в посока 3 'до 5' (водеща жилка) докато другият е ориентиран 5 'до 3' (изоставаща жилка). Следователно двете страни се репликират с два различни процеса, за да се съобрази с разликата в посоката.
Водещата нишка е най-простата за възпроизвеждане. След като се отделят нишките на ДНК, късо парче РНК наречен a грунд се връзва към 3 'края на кичура. Грундът винаги се свързва като начална точка за репликация. Праймерите се генерират от ензима ДНК примада.
Ензими, известни като ДНК полимерази отговарят за създаването на новото направление чрез процес, наречен удължаване. Има пет различни известни типа ДНК полимерази бактерии и човешки клетки. В бактерии като E. коли, полимераза III е основният ензим за репликация, докато полимеразата I, II, IV и V са отговорни за проверка и отстраняване на грешки. ДНК полимераза III се свързва към нишката на мястото на праймера и започва да добавя нови базови двойки, допълващи се към нишката по време на репликация. В еукариотните клетки полимеразите алфа, делта и епсилон са основните полимерази, участващи в репликацията на ДНК. Тъй като репликацията продължава в посока 5 'до 3' на водещата нишка, новообразуваната нишка е непрекъсната.
Най- изоставаща жилка започва репликация чрез свързване с множество праймери. Всеки грунд е само на няколко основи. ДНК полимераза след това добавя парчета ДНК, наречени Фрагменти от Оказаки, към нишката между грундове. Този процес на репликация е прекъснат, тъй като новосъздадените фрагменти са разединени.
След като се образуват както непрекъснатите, така и непрекъснатите нишки, се нарича ензим екзонуклеаза премахва всички РНК праймери от оригиналните нишки. След това тези грундове се заменят с подходящи основи. Друга екзонуклеаза „коригира“ новосформираната ДНК, за да провери, премахне и замени всички грешки. Друг ензим, наречен ДНК лигаза се присъединява към фрагменти от Okazaki заедно, образувайки едно единно направление. Краищата на линейната ДНК представляват проблем, тъй като ДНК полимеразата може да добави нуклеотиди само в посока 5 'до 3'. Краищата на родителските нишки се състоят от повторени ДНК последователности, наречени теломери. Теломерите действат като защитни капачки в края на хромозомите, за да предотвратят сливането на близките хромозоми. Специален вид ензим на ДНК полимераза, наречен теломераза катализира синтеза на теломерни последователности в краищата на ДНК. След като бъде завършен, родителската верига и нейната допълваща ДНК верига се навиват в познатото двойна спирала оформят. В крайна сметка репликацията произвежда две ДНК молекули, всеки с по една жилка от родителската молекула и една нова верига.
Репликацията на ДНК е производство на идентични ДНК спирали от една двойна верига ДНК молекула. Всяка молекула се състои от нишка от първоначалната молекула и новообразувана верига. Преди репликацията ДНК се разгръща и нишките се разделят. Формирана е вилица за репликация, която служи като шаблон за репликация. Праймерите се свързват с ДНК и ДНК полимеразите добавят нови нуклеотидни последователности в посока 5 'до 3'.
Това допълнение е непрекъснато във водещата нишка и фрагментирано в изоставащата нишка. След като удължението на ДНК веригите завърши, нишките се проверяват за грешки, правят се поправки и теломерни последователности се добавят към краищата на ДНК.