Deoxyribonucleïnezuur (DNA) is het zeer stabiele molecuul met dubbele helix dat het genetische materiaal van het leven vormt. De reden dat DNA zo stabiel is, is dat het is gemaakt van twee complementaire strengen en de basen die ze verbinden. De verwrongen structuur van DNA komt voort uit suikerfosfaatgroepen die zijn verbonden door sterke covalente bindingen en duizenden thousands zwakkere waterstofbruggen die de nucleotide basenparen van adenine en thymine, en cytosine en guanine verbinden, respectievelijk.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Het enzym helicase kan het strak gebonden dubbele DNA-helixmolecuul scheiden, waardoor DNA-replicatie mogelijk is.
De noodzaak om DNA-strengen te scheiden
Deze strak gebonden strengen kunnen fysiek uit elkaar worden getrokken, maar vanwege hun bindingen zouden ze weer samenkomen in een dubbele helix. Evenzo kan warmte ervoor zorgen dat de twee strengen scheiden of "smelten". Maar om cellen te laten delen, moet DNA worden gerepliceerd. Dit betekent dat er een manier moet zijn om DNA te scheiden om de genetische code te onthullen en om nieuwe kopieën te maken. Dit wordt replicatie genoemd.
De taak van DNA-helicase
Voorafgaand aan de celdeling begint de DNA-replicatie. Initiator-eiwitten beginnen een deel van de dubbele helix te ontvouwen, bijna als een rits die wordt opengeritst. Het enzym dat deze taak kan uitvoeren, wordt een DNA-helicase genoemd. Deze DNA-helicases ritsen het DNA open waar het moet worden gesynthetiseerd. De helicases doen dit door de waterstofbruggen van het nucleotide-basenpaar te verbreken die de twee DNA-strengen bij elkaar houden. Het is een proces dat de energie van adenosinetrifosfaat (ATP)-moleculen gebruikt, die alle cellen van energie voorzien. De enkele strengen mogen niet terugkeren naar een supercoiled toestand. In feite grijpt het enzym gyrase in en ontspant de helix.
DNA-replicatie
Zodra de basenparen worden onthuld door de DNA-helicase, kunnen ze zich alleen binden met hun complementaire basen. Daarom verschaft elke polynucleotidestreng een matrijs voor een nieuwe, complementaire zijde. Op dit punt start het enzym dat bekend staat als primase de replicatie op een kort segment of primer.
Bij het primersegment polymeraset het enzym DNA-polymerase de oorspronkelijke DNA-streng. Het werkt op het gebied waar het DNA zich afwikkelt, de replicatievork genoemd. De nucleotiden worden gepolymeriseerd vanaf het ene uiteinde van de nucleotideketen en de synthese verloopt in slechts één richting van de streng (de "leidende" streng). Nieuwe nucleotiden voegen zich bij de onthulde basen. Adenine (A) verbindt zich met thymine (T) en cytosine (C) verbindt zich met guanine (G). Voor de andere streng kunnen alleen korte stukjes worden gesynthetiseerd, en dit worden Okazaki-fragmenten genoemd. Het enzym DNA-ligase komt binnen en voltooit de "achterblijvende" streng. Enzymen "lezen" het gerepliceerde DNA en verwijderen 99 procent van alle gevonden fouten. De nieuwe strengen DNA bevatten dezelfde informatie als de ouderstreng. Dit is een opmerkelijk proces dat zich voortdurend in vele miljoenen cellen voordoet.
Vanwege de sterke binding en stabiliteit kan DNA niet zomaar uit elkaar vallen, maar behoudt het eerder genetische informatie om door te geven aan nieuwe cellen en nakomelingen. Het zeer efficiënte enzym helicase maakt het mogelijk om het enorm opgerolde DNA-molecuul uit elkaar te halen, zodat het leven kan doorgaan.