De genetische code van levende organismen zit in het DNA van de chromosomen. Het DNA-molecuul is een dubbele helix die bestaat uit paren van nucleotiden, elk bestaande uit een fosfaatgroep, een suikergroep en een stikstofbase. De structuur van de nucleotiden is asymmetrisch, wat betekent dat de twee strengen van het dubbele helix-DNA tegengestelde richtingen hebben.
Wanneer DNA-synthese plaatsvindt tijdens DNA-replicatie, worden de twee strengen van de dubbele helix gescheiden. Replicatie kan alleen plaatsvinden in de voorwaartse richting van elke streng. Als resultaat wordt de ene streng continu in voorwaartse richting gekopieerd, terwijl de andere discontinu wordt gekopieerd in segmenten die later worden samengevoegd.
Waarom de DNA-strengen een richting hebben?
De zijkanten van de dubbele helix DNA-moleculen zijn opgebouwd uit: fosfaat- en suikergroepen terwijl de sporten zijn gemaakt van stikstofbasen. Volgens afspraak worden de koolstofatomen in de koolstofketens of -ringen van organische moleculen op volgorde genummerd. De koolstofatomen in de stikstofbasen zijn genummerd 1, 2, 3, enz. Om de genummerde koolstofatomen van de suikergroepen te onderscheiden, worden deze koolstofatomen genummerd met een priemsymbool, d.w.z. 1', 2', 3', enz., of één priemgetal enz.
Er zijn vijf koolstofatomen in de suikergroepen, genummerd van 1' tot 5'. Het 5'-atoom heeft een fosfaatgroep eraan vastgemaakt, terwijl de 3'-koolstof is verbonden met een OH groep. Om de zijkanten van de helix te vormen, verbindt het 5'-fosfaat aan de ene kant van de suikergroep zich met de 3'-OH van het volgende nucleotide. De volgorde van deze streng is 5' naar 3'.
De sporten van het helixmolecuul zijn gevormd uit gekoppelde stikstofbasen. De vier basen in DNA-moleculen zijn adenine, guanine, cytosine en thymine, afgekort als A, G, C en T. De A- en T-bases kunnen een link vormen, en G en C kunnen linken.
Wanneer een nucleotide van de 5'- naar 3'-sequentieketen zich verbindt met een ander nucleotide om een sport te vormen, heeft het andere nucleotide de tegenovergestelde fosfaat/OH-sequentie. Dit betekent dat de ene kant van de helix in de richting van 5' naar 3' loopt, terwijl de andere kant in de richting loopt 3' naar 5' richting.
Discontinue DNA-replicatie versus continue replicatie
DNA-synthese kan alleen plaatsvinden als de twee strengen van de dubbele helix gescheiden zijn. Tijdens DNA-replicatie breekt een enzym de helix open en DNA-polymerase kopieert elke streng. De streng die in de richting van 5' naar 3' loopt, wordt de leidende streng genoemd, terwijl de andere streng, met een reeks van 3' naar 5', de achterblijvende streng is.
De polymerase kan alleen DNA kopiëren in de 5' naar 3' richting. Dit betekent dat het continu de leidende streng kan repliceren terwijl het zich vanaf het eerste scheidingspunt langs de streng verplaatst. Om de achterblijvende streng te kopiëren, moet de polymerase achteruit langs de streng repliceren naar het beginpunt van scheiding.
Replicatie stopt dan, gaat de streng omhoog en gaat weer achteruit naar het segment dat al is gekopieerd. Een reeks niet-verbonden DNA-segmentkopieën genaamd Okazaki-fragmenten worden geproduceerd uit de lagging strand.
DNA-ligase
Naarmate de DNA-replicatie vordert, DNA-ligase-enzym verbindt de Okazaki-fragmenten tot een continue streng. Deze combinatie van continue synthese van de leidende streng en stukgewijze of discontinue replicatie van de achterblijvende streng resulteert in twee nieuwe DNA-helixen zodra de segmenten van de achterblijvende streng zijn samengevoegd samen.
Elke nieuwe dubbele helix heeft een ouderstreng van het oorspronkelijke DNA-molecuul en een nieuw gerepliceerde streng, gesynthetiseerd door het DNA-polymerase. Wanneer de replicatie met succes is voltooid, is er geen verschil in de twee kopieën van het originele DNA molecuul, hoewel de ene is afgeleid door continue replicatie, terwijl de andere discontinu DNA had replicatie.