DNA replication การจำลองแบบดีเอ็นเอ

การเพิ่มจำนวนโมเลกุลดีเอ็นเรียกว่า DNA replication (replication แปลว่าการทำซ้ำ การคัดลอก ทำสำเนา) กระบวนการนี้เริ่มขึ้นที่จุดเฉพาะที่เรียกว่า origin of replication ที่บริเวณนี้สายดีเอ็นเอทั้งสองสายที่ยึดกันอยู่ด้วยพันธะไฮโดรเจนระหว่างคู่เบสจะถูกทำลายทำให้สายดีเอ็นเอสองสายแยกออกจากกันทำให้เกิดลักษณะโป่งพองขึ้นเรียกว่า “bubble” (โครโมโซมของโปรคาริโอตมีโครงสร้างเป็นวง ส่วนโครโมโซมของยูคาริโอตเป็นแท่ง บริเวณ origin of replication ในโครโมโซมแต่ละแท่งของพวกยูคาริโอตอาจมีจำนวนหลายร้อยหรือหลายพันบริเวณ) การสร้างดีเอ็นเอสายใหม่นี้เกิดขึ้นในทั้งสองทิศทางจากแต่ละ origin of replication จนกว่าจะคัดลอกโมเลกุลทั้งหมดเสร็จสิ้น

รูปที่ 7 การเพิ่มจำนวนดีเอ็นเอใน prokaryotes และ eukaryotes

ส่วนขอบของแต่ละ replication bubble จะเรียกว่า replication fork มีลักษณะคล้ายรูปตัววาย เอนไซม์ helicase มีหน้าที่คลายเกลียวดีเอ็นเอที่บริเวณ replication fork นี้ โปรตีน Single strand binding proteins จะเข้ามาจับและช่วยรักษาให้สายดีเอ็นเอที่ถูกคลายออกคงตัวอยู่ได้ เอนไซม์ Topoisomerase คลายเกลียวบริเวณที่เป็นเกลียวซ้อนเกลียวของดีเอ็นเอ

รูปที่ 8 บริเวณ replication fork

เอนไซม์ DNA polymerases จำเป็นต้องใช้ primer เพื่อจะได้เติมเบสให้กับดีเอ็นเอสายใหม่ primers นี้ถูกสร้างด้วยเอนไซม์ primase เอนไซม์นี้จะสร้าง RNA primers ประมาณ 5-10 เบสก่อน ที่ปลายด้าน 3’ ของสายดีเอ็นเอสายต้นแบบและจะเป็นบริเวณที่ให้เริ่มต้นการสร้างสายใหม่ เอนไซม์ DNA polymerase นี้มีหน้าที่สังเคราะห์ดีเอ็นเอสายใหม่ที่เริ่มบริเวณreplication fork เอนไซม์นี้ส่วนใหญ่จำเป็นต้องใช้ primer และสายดีเอ็นเอที่เป็น template การสังเคราะห์ดีเอ็นเอสายใหม่มีอัตราโดยประมาณที่ 500 นิวคลีโอไทด์ต่อวินาทีในแบคทีเรียและ 50 นิวคลีโอไทด์ต่อวินาทีในคน นิวคลีโอไทด์แต่ละโมเลกุลที่จะถูกต่อเข้าไปในสายดีเอ็นเอสายใหม่นี้คือ nucleoside triphosphate เมื่อ nucleoside triphosphate มาต่อกันจะเสียหมู่ฟอสเฟตออกไปสองหมู่

รูปที่ 9 Dephosphorylation

DNA polymerase จะต่อนิวคลีโอไทด์ที่ปลาย 3' เท่านั้น นั่นคือสายดีเอ็นเอสายใหม่จะถูกสร้างจากปลาย 5' ไป 3'

รูปที่ 10 DNA replication ของ leading strand

ลักษณะที่เป็น antiparallel ของดีเอ็นเอนี้ทำให้การสังเคราะห์ดีเอ็นเอสายใหม่ทั้งสองสายมีกระบวนการต่างกันเล็กน้อย โดยสายดีเอ็นเอที่สร้างใหม่สายหนึ่งจะถูกสร้างได้ต่อเนื่องจาก 5' ไป 3' ซึ่งเรียกว่า leading strand แต่อีกสายจะถูกสร้างทีละน้อยจากปลาย 5' ไป 3' เช่นกัน เรียกว่า lagging strand ดีเอ็นเอสายใหม่ที่ถูกสร้างบนสาย lagging strand นี้จะถูกสร้างเป็นช่วงสั้น ๆ ที่เรียกว่า Okazaki fragments ซึ่งจะถูกเชื่อมเข้าด้วยในภายหลังด้วยเอนไซม์ DNA ligase

รูปที่ 11 การสร้างดีเอ็นเอสายใหม่บน lagging strand

เราพบดีเอ็นเอ

ใน cytoplasm ของสิ่งมีชีวิตพวก prokaryotes

ใน nucleus ของ eukaryotes

ใน mitochondrion

ใน chloroplast

DNA ที่พบในนิวเคลียส เรียกว่า nuclear DNA

DNA ที่พบในไมโทคอนเดรีย เรียกว่า mitochondrial DNA (mtDNA)

DNA ที่พบในคลอโรพลาสต์ เรียกว่า chloroplast DNA (cpDNA)