Deoxyribonucleïnezuur, of DNA, is het molecuul van de natuur voor het doorgeven van genetische informatie tussen generaties. Bijna elke cel in je lichaam bevat 46 chromosomen - een set van 23 van elke ouder - die de cel moet repliceren voordat hij zich kan delen.
Lees meer over de structuur, functie en het belang van DNA.
Aan de andere kant heeft een bacterie (en andere prokaryoten) meestal een enkel chromosoom. Verrassend genoeg duurt het ongeveer even lang, ongeveer een uur of minder, voor jou en een bacterie om DNA te repliceren via dezelfde DNA-replicatiestappen.
DNA-basis: structuur
De timing van replicatie hangt af van de snelheid van DNA-replicatie, de hoeveelheid DNA in de cel en het aantal replicatieoorsprongen op elk DNA-molecuul. DNA is een lang polymeer met een ruggengraat van afwisselende suiker- en fosfaatgroepen. Een van de vier stikstofhoudende nucleotidebasen hangt aan elke suikergroep. De volgorde van de basen is een vierletterig alfabet dat de volgorde van aminozuren in eiwitten beschrijft, de moleculen die verantwoordelijk zijn voor je fysieke eigenschappen en biochemie.
DNA-basis: replicatie
Chromosomen zijn compacte pakketjes van DNA en eiwitten. Twee strengen DNA vormen een dubbele helix in het hart van elk chromosoom.
Lees meer over wat een chromosoom is.
Om de replicatie door te laten gaan, moet de machinerie van de cel de dubbele helix uitpakken en elke blootliggende streng gebruiken als een sjabloon voor het bouwen van een nieuwe partnerstreng. Dit is semiconservatieve replicatie, waarbij het eindproduct twee helices is, elk met een originele streng en een nieuwe. De basenparen in de matrijsstreng bepalen die in de nieuwe streng via een proces van complementaire paring - elk type nucleotidebase kan alleen met een specifieke partner paren.
Algemene stappen van DNA-replicatie
Dit zijn de DNA-basisprincipes van DNA-replicatie.
Stap 1: Replicatievorkformulieren. Een enzym genaamd DNA-helicase "ritst" de dubbele helix uit tot een Y-gevorkte formatie.
Stap 2: Primers binden. DNA-primers binden aan de gebieden waar het replicatie-enzym, DNA-polymerase, begint te repliceren. De primers fungeren als een signaal voor het enzym en laten het weten waar het moet beginnen en in welke richting het moet gaan.
Stap 3: Verlenging. Dit is de fase waarin het DNA daadwerkelijk wordt gerepliceerd. Het DNA-polymerase "verlengt" de nieuwe streng, wat betekent dat het de nieuwe streng begint te maken op basis van elke sjabloonstreng.
Stap 4: Beëindiging. Zodra de replicatie is voltooid, gebeuren er een aantal dingen. Ten eerste haalt een enzym genaamd "exonuclease" de primers van het DNA en die plekken worden opgevuld met de juiste DNA-sequentie.
Vervolgens heeft één streng (de "achterblijvende" streng genoemd) DNA-ligase nodig om de DNA-fragmenten te verbinden die zojuist zijn gerepliceerd. Er komt nog een enzym langs om eventuele fouten tijdens de replicatie te controleren en op te lossen. De laatste van de DNA-replicatiestappen is wanneer telomerase speciale sequenties, "telomeren" genaamd, aan het einde van de strengen toevoegt.
Bacteriële replicatie
Het enkele chromosoom van een bacterie is een lus van dubbelstrengs DNA. Het aantal basen kan van soort tot soort verschillen. De bekende bacterie E. coli heeft 4,7 miljoen basenparen die ongeveer 40 minuten nodig hebben om te repliceren, wat een snelheid van meer dan 1.000 basen per seconde impliceert.
Replicatie begint op een enkele vaste locatie en verloopt op elke streng in tegengestelde richtingen. Het replicatieproces omvat een proefleesstap die zorgt voor een foutenpercentage van niet meer dan één op één miljard.
Eukaryote replicatie
De cellen van mensen en andere eukaryoten hebben georganiseerde kernen die een set chromosomen omsluiten. Het typische menselijke chromosoom heeft ongeveer 150 miljoen basenparen die de cel repliceert met een snelheid van 50 paren per seconde. Met die snelheid van DNA-replicatie zou de cel meer dan een maand nodig hebben om een chromosoom te kopiëren.
Het feit dat het slechts een uur duurt, is vanwege meerdere replicatieoorsprongen. Replicatie vindt tegelijkertijd plaats vanaf veel verschillende punten op het chromosoom, en enzymen voegen de secties samen om de uiteindelijke intacte kopie te vormen. Alle 46 menselijke chromosomen repliceren tegelijkertijd, tijdens de S-fase van de celcyclus.