DNA replication

DNA replication is the transfer of information fromDNA to DNA. It is therefore a heritable ability.

General characteristics
During replication, two identical daughter DNA molecules are formed from one parent DNA molecule - each with one strand from the original DNA, so this is a semi-conservative process, where the newly created double helix always has one original strand and the other newly synthesized strand. It is used during reproduction, when it ensures the identity of the genetic information of both daughter cells (for reproduction, it is necessary for the offspring to receive full genetic information). The rate of replication in animal cells is estimated to be 0.5-0.15 μm/min, it is a really slow process, therefore it takes place in many places at the same time.

The process of replication
The sites where replication occurs are called replicons. The number of replicons in a cell is not constant, there are more in rapidly multiplying cells than in slowly multiplying cells. Replication does not occur on all replicons at the same time, generally it starts later in replicons located in heterochromatin. Enzymes called DNA polymerases play a key role in DNA replication. There are 5 types of enzymes known as DNA-dependent DNA polymerases in humans (in animal cells there are five types).

The following applies to all types of DNA polymerases:


 * They need a matrix = a strand to which they make a complement according to the base complementation rules;
 * during the process they always proceed from the 5' end to the 3' end;
 * the free end of the 3' nucleotide needs to be available, so the phosphodiester bond can attach to the 5' place of the newly inserted nucleotide. The newly added nucleotides are used in the form of nucleotide triphosphates, by splitting two macroergic bonds. This way the necessary energy is obtained to make the bond;
 * DNA polymerase cannot initiate synthesis de novo, however can only add new nucleotides at the 3' end position of the previous nucleotide;
 * in order for DNA polymerase to begin adding nucleotides to the new DNA strand, the hydrogen bonds (i.e., the low-energy bonds between the two strands) must first be broken by the helicase enzyme.

Místa, která po narušení helikázou vzniknou, jsou označovány jako replikační počátky. Replikační počátky jsou tvořeny specifickými sekvencemi nukleotidů, které jsou rozpoznávány iniciačními proteiny(iniciační faktory). Pro snadné oddělování řetězců obsahují tyto sekvence vysoký podíl adeninu a thyminu. U bakterií bychom takovýto počátek našli pouze jeden.

Lidská DNA vytváří replikačních počátků okolo 10 000, to jí také umožňuje zreplikovat se v poměrně krátké době. Primáza (DNA-dependentní RNA-polymeráza) vytváří na začátku replikovaného úseku nového vlákna DNA krátký RNA primer („očko“) – na jeho 3' konec může DNA polymeráza připojit první nukleotid nového vlákna DNA. Vzhledem k tomu, že jsou obě vlákna DNA antiparalelní (konci 5' jednoho vlákna odpovídá konec 3' vlákna druhého) a vzhledem k tomu, že DNA polymeráza syntetizuje „jednosměrně“ (od 5' k 3'), může souvisle probíhat replikace pouze na jednom vlákně.Na tomto vlákně tedy replikace (kterou provádí δ-polymeráza) probíhá rychleji a vlákno se označuje jako vlákno vedoucí.Na druhém (opožděném) vlákně probíhá replikace po částech – tzv. Okazakiho fragmentech ← replikace je zde pomalejší, je prováděna α-polymerázou, která má primázovou aktivitu.

Na procesu replikace se kromě uvedených DNA polymeráz podílí řada enzymů, jejichž úlohou je:
 * rozvinout suprahelikální strukturu – gyráza;
 * rozvinout Watson-Crickovu dvoušroubovici – helikázy.

Poté, co jsou k předlohovým (templátovým) vláknům dosyntetizována vlákna nová, je replikace DNA dokončena.

DNA polymeráza udělá 1 chybu asi na 107 zreplikovaných bází (teoreticky mohou vznikat i dvojice G – T a A – C, jsou ovšem mnohem méně stabilní). Navíc má DNA polymeráza sama korekční funkci (v případě chyby provádí i opravu, spočívající ve vystřižení a zařazení správné báze), touto metodou jsou pravděpodobně odstraněna i očka RNA a pak enzym ligáza spojí jednotlivé fragmenty do souvislého řetězce.

Související články

 * DNA
 * Struktura DNA
 * Transkripce
 * Posttranskripční úpravy
 * Transkripční faktory
 * Translace
 * Posttranslační úpravy
 * Fáze buněčného cyklu

Externí odkazy

 * Replikace DNA (česká wikipedie)
 * DNA replication (anglická wikipedie)