Hoe werkt DNA-replicatie?

DNA-replicatie is het proces waarbij een cel een exacte kopie van zijn DNA maakt voordat de cel zich deelt. Dit gebeurt in de S-fase van de celcyclus.

Hieronder wordt het proces stap voor stap uitgelegd:

1. Start van de replicatie: Het dubbelstrengs DNA 'ritst' open, waarbij de waterstofbruggen tussen de basenparen (adenine met thymine, en cytosine met guanine) worden verbroken. Dit creëert twee losse strengen die elk als mal (matrijs) dienen voor een nieuwe streng.
2. DNA-polymerase en de bouwrichting: Het enzym DNA-polymerase is de hoofdrolspeler. Het kan alleen nieuwe nucleotiden aanbouwen aan een bestaande streng en doet dit altijd in de richting van 5' naar 3'. Het leest de matrijsstreng af van 3' naar 5'.
3. dNTP's: Bouwstenen en energiebron: De bouwstenen voor de nieuwe DNA-strengen zijn de dNTP's (deoxyribonucleosidetrifosfaten). Dit zijn nucleotiden die elk bestaan uit een desoxyribose-suiker, een stikstofbase (A, T, C of G) en drie fosfaatgroepen. Wanneer deze dNTP's worden ingebouwd in de nieuwe DNA-streng, worden twee van de fosfaatgroepen afgesplitst. De energie die hierbij vrijkomt, wordt direct gebruikt om de binding tussen de nieuwe nucleotide en de groeiende streng te vormen. Dit zijn dus de dATP, dTTP, dCTP en dGTP.
4. Primers en primase: Omdat DNA-polymerase niet zomaar uit het niets kan beginnen met bouwen, is er een 'startpunt' nodig. Dit startpunt is een korte RNA-sequentie, een primer, die wordt gemaakt door het enzym primase.
5. De leidende streng (leading strand): Eén van de twee matrijsstrengen kan continu worden afgelezen in de 3' naar 5' richting, waardoor DNA-polymerase de nieuwe streng continu kan synthetiseren in de 5' naar 3' richting. Dit noemen we de leidende streng.
6. De volgende streng (lagging strand) en Okazaki-fragmenten: De andere matrijsstreng loopt in de 'verkeerde' richting (5' naar 3' vanuit het replicatievork). Hierdoor kan DNA-polymerase niet continu bouwen. In plaats daarvan bouwt het in korte stukjes, steeds weer beginnend met een nieuwe primer. Deze korte stukjes nieuw gesynthetiseerd DNA worden Okazaki-fragmenten genoemd.
7. Afwerking: Nadat de Okazaki-fragmenten zijn gevormd, worden de RNA-primers verwijderd en vervangen door DNA-nucleotiden door een ander DNA-polymerase. Vervolgens verbindt het enzym DNA-ligase de Okazaki-fragmenten met elkaar, waardoor een complete, ononderbroken streng ontstaat.
8. Resultaat: Uiteindelijk ontstaan er twee identieke DNA-moleculen. Elk nieuw DNA-molecuul bestaat uit één 'oude' (matrijs) streng en één 'nieuwe' streng. Dit wordt semi-conservatieve replicatie genoemd.