Kwas dezoksyrybonukleinowy lub DNA zawiera informację genetyczną przekazywaną z pokolenia na pokolenie. W twoim ciele każda komórka zawiera co najmniej jeden zestaw całego dopełniacza genetycznego, mieszczący się w 23 różnych chromosomach. W rzeczywistości większość twoich komórek ma dwa zestawy, po jednym od każdego rodzica. Zanim komórka będzie mogła się podzielić, musi dokładnie replikować swoje DNA, aby każda komórka potomna otrzymała kompletną i prawidłową informację genetyczną. Replikacja DNA obejmuje proces sprawdzania, który pomaga zapewnić dokładność.
Struktura DNA
DNA to długa cząsteczka, której szkielet składa się z naprzemiennych grup cukrowych i fosforanowych. Jedna z czterech zasad nukleotydowych – adenina (A), guanina (G), cytozyna (C) i tymina (T) – zwisa z każdej jednostki cukru. Sekwencja czterech zasad tworzy kod genetyczny do produkcji białek. Nukleotydy dwóch nici DNA łączą się ze sobą, tworząc znajomą strukturę podwójnej helisy. Podstawowe zasady parowania wymagają, aby A wiązał się tylko z T, a C tylko z G. Komórka musi przestrzegać tych zasad parowania podczas replikacji, aby zachować dokładność i uniknąć mutacji.
Replikacja
Replikacja jest semikonserwatywna: nowo zreplikowane helisy zawierają oryginalną nić i nowo zsyntetyzowaną. Oryginalna nić służy jako szablon do tworzenia nowej nitki. Enzymy helikazy rozpinają strukturę podwójnej helisy, aby odsłonić dwie nici matrycy. Enzym polimeraza DNA jest odpowiedzialna za odczytywanie każdego nukleotydu na nici matrycowej i dodawanie komplementarnej zasady do wydłużającej się nowej nici. Na przykład, gdy polimeraza napotyka zasadę G na nici matrycy, dodaje do nowej nici jednostkę cukrowo-fosforanową zawierającą zasadę C.
Korekta
Polimeraza DNA to niezwykły enzym. Nie tylko montuje nowe nici DNA, jedna zasada na raz, ale także dokonuje korekty nowej nici w miarę postępu procesu. Enzym może wykryć nieprawidłową zasadę w nowej nici, wykonać kopię zapasową jednej jednostki cukru, wyciąć złą zasadę, zastąpić ją prawidłową zasadą i wznowić replikację nici matrycy. Zdolność do wycinania nieprawidłowej zasady, zwanej aktywnością egzonukleazy, jest wbudowana w kompleksy polimerazy DNA. Korekta daje wskaźnik dokładności około 99 procent.
Naprawa niezgodności
Dokładna replikacja jest na tyle ważna, że komórki wyewoluowały wtórny mechanizm korekcji błędów zwany naprawą niezgodności DNA, aby naprawić błędy, które pomija polimeraza DNA. Mechanizm naprawczy wykrywa niezgodności, sprawdzając strukturę helisy DNA pod kątem deformacji. Rodzina enzymów Mut wykrywa niezgodność, identyfikuje nowo skopiowaną nić, znajduje odpowiednie miejsce do rozszczepienia nici i usuwa część zawierającą niezgodność. Polimeraza DNA następnie ponownie syntetyzuje usuniętą część. W przeciwieństwie do naprawy pojedynczej zasady, którą wykonuje polimeraza DNA podczas korekty, mechanizm naprawy niedopasowania może zastąpić tysiące zasad, aby wykonać jedną naprawę.