Organizmy rosną i rozmnażają się dzięki zdolności komórek do podziałów. Przed każdym podziałem na terenie jądra komórkowego dochodzi do powielenia informacji genetycznej komórki macierzystej, w wyniku czego ilość DNADNADNA ulega podwojeniu. Precyzyjne przeprowadzenie tego procesu zapewnia komórkom potomnym możliwość otrzymania kompletnej informacji genetycznej. Proces powielania (kopiowania) materiału genetycznego nazwa się replikacją DNA.

Replikacjareplikacja DNAReplikacja DNA to proces jego powielania, w wyniku którego z jednej macierzystej  cząsteczki DNA powstają dwie cząsteczki potomne, identyczne pod względem sekwencji nukleotydównukleotydynukleotydów. Istnieją trzy teoretyczne modele tego procesu.

W 1958 r. w Stanach Zjednoczonych naukowcy - Matthew Meselson i Franklin Stahl przeprowadzili badania mające na celu poznanie mechanizmu replikacji DNA. Brano pod uwagę trzy możliwe modele replikacji: konserwatywny, semikonserwatywny i dyspersyjny. Podczas prowadzonych badań obserwowano sposób, w jaki powstają nowe nici DNA w czasie podziału komórek bakterii. Uzyskane wyniki pozwoliły ostatecznie rozstrzygnąć, który mechanizm powielania DNA występuje u żywych organizmów – jest to model semikonserwatywny.

Replikacja DNA jest procesem prowadzonym przez kompleks białek enzymatycznych.  Początkowo dochodzi do zrywania wiązań wodorowych łączących nukleotydy obu nici macierzystej cząsteczki DNA. Skutkiem tego jest miejscowe rozplecenie podwójnej helisy. Każda z nici macierzystych stanowi matrycę do syntezy nowych nici. Proces ten przeprowadza enzym – polimeraza DNApolimeraza DNApolimeraza DNA, która przyłącza wolne nukleotydy do nici matrycowej zgodnie z zasadą komplementarności. Następnie nowo przyłączone nukleotydy są łączone między sobą za pomocą wiązań fosfodiestrowych. Wydłużanie nowych nici trwa do momentu skopiowania całej cząsteczki DNA. Po procesie replikacji cząsteczki potomne mają identyczną sekwencję nukleotydów w porównaniu do cząsteczki macierzystej.

Proces replikacji DNA jest bardzo precyzyjny. Polimeraza DNA dołącza wolne nukleotydy do nowej nici DNA zgodnie z zasadą komplementarności. Zapewnia to wysoką poprawność parowania nukleotydów. Pomimo tego, podczas replikacji może dojść do błędu, co przejawia się wstawieniem niewłaściwego nukleotydu. Takie mutacje, nazywane substytucjami, zdarzają się z częstotliwością jednego błędnie wstawionego nukleotydu na 100 tys. nukleotydów wstawionych poprawnie. Polimeraza DNA ma zdolność do sprawdzania poprawności parowania nukleotydów i usuwania nukleotydów nieprawidłowo wstawionych. Dzięki możliwości naprawy, błędy replikacji pojawiają się z częstotliwością jednego nieprawidłowo wstawionego nukleotydu na 100 mln prawidłowo przyłączonych.

Słownik