DNA הוא החומר הגנטי המגדיר כל תא. לפני תא משוכפל ומחולק לחדש תאי בת דרך כל אחד מהם מיטוזה או מיוזה, ביומולקולות ו אברונים יש להעתיק כדי להפיץ בין התאים. DNA שנמצא בתוך גרעין, יש לשכפל כדי להבטיח שכל תא חדש יקבל את המספר הנכון של כרומוזומים. תהליך שכפול ה- DNA נקרא שכפול הדנ"א. שכפול משתתף במספר צעדים הכרוכים בכפולות חלבונים נקראים אנזימי שכפול ו RNA. בתאים אוקריוטיים, כגון תאי בעלי חיים ו תאי צמחשכפול DNA מתרחש ב- שלב S שלב במהלך מחזור תאים. תהליך שכפול ה- DNA חיוני לצמיחת תאים, לתיקון ולהתרבות באורגניזמים.
DNA או חומצה deoxyribonucleic הוא סוג של מולקולה המכונה א חומצות גרעין. זה מורכב מסוכר deoxyribose 5 פחמן, פוספט ובסיס חנקני. DNA עם גדיל כפול מורכב משתי שרשראות חומצות גרעין ספירליות המעוותות ל הליקס כפול צורה. פיתול זה מאפשר ל- DNA להיות קומפקטי יותר. על מנת להשתלב בגרעין, DNA ארוז למבנים מפותלים היטב הנקראים כרומטין. הכרומטין מתעצב ליצירה כרומוזומים במהלך חלוקת תאים. לפני שכפול ה- DNA, הכרומטין משתחרר ונותן למכונות לשכפול תאים גישה לחוטי DNA.
לפני שניתן יהיה לשכפל את ה- DNA, יש "לפרוס את המולקולה הכפולה" לשני גדילים יחידים. ל- DNA ארבעה בסיסים הנקראים
אדנין (א), תימין (T), ציטוזין (C) ו גואנין (G) היוצרים זוגות בין שני הגדילים. אדנין זוגות בלבד עם תימין וציטוזין נקשר רק לגואנין. כדי להרפות את ה- DNA, יש לפרק אינטראקציות אלה בין זוגות בסיס. זה מבוצע על ידי אנזים המכונה DNA מסוק. מסוק ה- DNA משבש את קשירת מימן בין זוגות בסיס להפרדת הגדילים לצורת Y המכונה מזלג שכפול. אזור זה יהיה התבנית שתתחיל לבצע שכפול.DNA הוא כיוון בשני הגדילים, שמסומן בסוף 5 'ו -3'. סימון זה מסמן לאיזו קבוצת צד מחוברת עמוד השדרה של ה- DNA. ה סוף 5 ' מחוברת קבוצת פוספטים (P) ואילו הקבוצה סוף 3 ' מחוברת קבוצת הידרוקסיל (OH). כיוון זה חשוב לשכפול שכן הוא מתקדם רק בכיוון 5 'עד 3'. עם זאת, מזלג השכפול הוא דו כיווני; גדיל אחד מכוון בכיוון 3 'עד 5' (גדיל מוביל) ואילו השני מכוון 5 'עד 3' (גדיל מפגר). לפיכך משוכפלים שני הצדדים בשני תהליכים שונים כדי להתאים את ההבדל הכיווני.
הגדיל המוביל הוא הפשוט ביותר לשכפול. לאחר הפרדת גדילי ה- DNA, חתיכה קצרה של RNA קרא א פריימר נקשר לקצה ה -3 'של הגדיל. פריימר תמיד נקשר כנקודת המוצא לשכפול. פריימרים נוצרים על ידי האנזים DNA פרייז.
אנזימים הידועים בשם DNA פולימראזות אחראים ליצירת הגדיל החדש בתהליך שנקרא התארכות. ישנם חמישה סוגים ידועים שונים של פולימראזות DNA חיידקים ו תאים אנושיים. בחיידקים כמו E. coli, פולימראז III הוא האנזים המשוכפל העיקרי ואילו פולימראז I, II, IV ו- V אחראים לבדיקת שגיאות ותיקון. DNA פולימראז III נקשר לחוט באתר הפריימר ומתחיל להוסיף זוגות בסיס חדשים המשלימים לחוט במהלך שכפול. בתאים אוקריוטיים, הפולימראזות אלפא, דלתא ואפסילון הם הפולימראזות העיקריות המעורבות בשכפול ה- DNA. מכיוון שהשכפול מתקדם בכיוון 5 'עד 3' בגדיל המוביל, הגדיל שזה עתה נוצר הוא רציף.
ה גדיל מפגר מתחיל שכפול על ידי כריכה עם מספר פריימרים. כל פריימר הוא רק כמה בסיסים זה מזה. לאחר מכן מוסיף DNA פולימראז חתיכות DNA הנקראות שברי אוקזאקי, לחוט בין פריימרים. תהליך שכפול זה אינו רצוף מכיוון שהשברים החדשים שנוצרו אינם מפרקים.
ברגע שנוצרים גם הגדילים הרצופים והרצופים, נקרא אנזים exonuclease מסיר את כל פריימרים RNA מהגדילים המקוריים. לאחר מכן מוחלפים פריימרים אלה בבסיסים מתאימים. Exonuclease אחר "מגיה" את ה- DNA שהוקם לאחרונה כדי לבדוק, להסיר ולהחליף כל שגיאה. אנזים אחר שנקרא DNA ligase מצטרף לשברים של אוקזאקי ויוצרים גדיל אחיד אחד. הקצוות של ה- DNA הליניארי מציגים בעיה שכן פולימראז ה- DNA יכול להוסיף רק נוקלאוטידים בכיוון 5 ′ עד 3 ′. קצות גדילי ההורים מורכבים מרצפי DNA חוזרים ונשנים הנקראים טלומרים. הטלומרים פועלים ככובעי הגנה בסוף הכרומוזומים כדי למנוע את הכרומוזומים הסמוכים להתמזג. סוג מיוחד של אנזים DNA פולימראז הנקרא טלומרז מזרז את הסינתזה של רצפי הטלומר בקצות ה- DNA. לאחר השלמתו, גדיל ההורים וחוט ה- DNA המשלים שלו מסתלסל למוכר הליקס כפול צורה. בסופו של דבר, שכפול מייצר שניים מולקולות DNA, לכל אחד גדיל אחד ממולקולת האבית וזרק חדש אחד.
שכפול DNA הוא ייצור זהה מסוקי DNA ממולקולת DNA יחידה עם כפול גדילים. כל מולקולה מורכבת מגדיל מהמולקולה המקורית וחוט חדש שנוצר. לפני שכפול, ה- DNA מתפתל וגדילים נפרדים. נוצר מזלג שכפול המשמש כתבנית לשכפול. פריימרים נקשרים ל- DNA וה- Polymerases DNA מוסיפים רצפי נוקלאוטידים חדשים בכיוון 5 ′ עד 3 ′.
תוספת זו היא רציפה בגדול המוביל ומקוטע בגדול הפיגור. לאחר השלמת התארכות של גדילי ה- DNA, בודקים את הגדילים שגיאות, מתבצעים תיקונים, ומתווספים רצפי טלומרים לקצות ה- DNA.