Replicatie (DNA)

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Replicatie. 1=oude DNA streng; 2=replicate plaatsen; 3=DNA-polymerase; 4=DNA-ligase; 5=Okazakifragmenten; 6=volgend streng (lagging strand); 7=leidende streng
Schematische weergave van de DNA replicatie.

Replicatie is het proces waarin DNA verdubbeld wordt. DNA-replicatie is nodig voor de celdeling (mitose). De replicatie begint op vaste plaatsen op het DNA, de zogenaamde 'origin of replication'. Deze plaats is een AT-rijke sequentie (veel adenine en thymine) van ongeveer 250 basenparen lang. Het wordt ook wel de ARS-sequentie genoemd.

Direct betrokken bij dit proces is het DNA-polymerase. De benodigde energie wordt verkregen door hydrolyse van GTP (guanosinetrifosfaat).

Het enzym DNA-polymerase kan echter het eind van het chromosoom niet repliceren, omdat het voortijdig van het DNA afvalt. Aan het eind van een chromosoom zit een telomeer dat uit enkelstrengs DNA bestaat en bij elke celdeling korter wordt. Het bestaat uit repeterende stukjes DNA dat de belangrijke genen beschermt tegen het korter worden van de chromosomen.

Het enzym helicase ontwindt de dubbele DNA-spiraal en laat door het verbreken van de waterstofbruggen de twee strengen een stukje uit elkaar gaan, waardoor andere enzymen zoals DNA polymerase een stukje van de enkelvoudige streng kunnen aflezen (transcriptie). Helicase zorgt er dus voor dat het dubbelstrengs DNA uit elkaar 'ritst'.

Op de plaats waar de twee strengen een stukje uit elkaar zijn, hecht zich op de zogenaamde 'origin of replication' (ORI) een door het enzym primase gemaakte RNA-primer. Dit is het beginpunt van de DNA-synthese. Aan het RNA-molecuul hecht het DNA-polymerase een aan de oude DNA-streng complementair nucleotide. Er wordt verder bij elke stap een volgende nucleotide hieraan vastgemaakt tot de hele streng is afgelezen. Dit gebeurt bij beide strengen, maar op verschillende wijzen. DNA polymerase kan de streng alleen aflezen in de richting van '3 → '5 . Om vervolgens een streng te maken die van 5' → 3' loopt. De beide DNA-strengen hebben echter een tegenovergestelde richting.

De streng in 5' → 3' richting wordt daarom in kleine stukjes ook in de 3' → 5' richting afgelezen, omdat maar een klein stuk van de dubbele DNA-streng is opengeritst. De stukjes zijn ongeveer 100 tot 200 nucleotiden lang, omdat DNA-polymerase er niet meer aan elkaar kan knopen. Na ongeveer 100 a 200 nucleotiden hecht zich opnieuw een RNA-primer aan de oude DNA-streng en wordt een nieuw stukje gemaakt enz. De stukjes worden vervolgens aan elkaar geplakt. De primer en het daarbij behorende stukje DNA wordt een Okazaki-fragment genoemd. De benodigde RNA-primers worden enzymatisch aangemaakt, waardoor er openingen in de nieuwe DNA-streng ontstaan. Deze openingen worden door speciale DNA-polymerasen met DNA-nucleotiden opgevuld. Tenslotte bindt het enzym DNA-ligase de oude en nieuwe streng aan elkaar.

Belangrijk zijn ook eiwitten die voorkomen dat de DNA-streng breekt. Door het uitwinden van de DNA-helix op de plek van replicatie, ontstaat er een rotatiekracht op de strengen. Deze wordt opgeheven door eiwitten die verderop het DNA knippen, de strengen om elkaar laten draaien, en de strengen op dezelfde manier weer vastmaken.

Voordat een DNA-streng gerepliceerd kan worden moet het eerst in een niet-gecondenseerde staat bevinden. DNA kan namelijk zeer opgevouwen zijn in histonen. Terwijl het DNA opgevouwen net te zien is onder de lichtmicroscoop, heeft het menselijke DNA, uit een cel, geheel ontvouwen een totale lengte van zo'n 2 meter!