Kada je kopija original...

Autoreplikacija DNK je osobina DNK da može proizvesti samu sebe. Šta to znači?

Ćelije u našem tijelu, bar dio njih, neprestano se dijele. Nove ćelije  zamjenjuju stare ili se povećava broj ćelija, pa organizam raste. Da bi ćelije mogle živjeti, moraju imati DNK i to istu DNK kao ćelija od koje su nastale. Također, svaka ćelija mora imati istu količinu DNK.

Da bi to sve bilo moguće, hromosomi se u toku S faze interfaze - perioda kada se ćelija ne dijeli -  moraju udvostručiti. Tako jedan hromosom dobija dvije hromatide i poprima oblik slova X. Hromatide takvog hromosoma sadrže istu DNK. Da bi se to dogodilo, i DNK u hromosomu se mora duplicirati – mora od jedne dvostruke spirale proizvesti dvije dvostruke spirale.

Da bi se to dogodilo, DNK se mora rastaviti, tako da se dobiju dva polulanca. Međutim, problem je to što je DNK višestruko uvijena molekula i što postoje slabe vodikove veze između azotnih baza koje čine „prečke“ DNK – između adenina i timina te gvanina i citozina.

DNK pomalo izgleda kao patent zatvarač – i to ima dvije strane koje idu suprotnim smjerovima. Kao neka vrsta dvosmjerne ulice. Na jednom se kraju DNK rastavi i formira nešto što liči na neku vrstu viljuške sa dva zuba. Tu formaciju zovemo replikacijska viljuška. Da bi se DNK odmotala i rastvorila, potrebno je da na nju djeluju neki enzimi – tvari koje ubrzavaju hemijske reakcije, a koje proizvodi sam organizam.

Tako enzim zvani DNK helikaza „odvrće“, ispravlja spiralu DNK. Nazvan je tako jer heliks na grčkom znači „spirala“. Slabe vodikove veze između azotnih baza pucaju i baze se rastavljaju jedna od druge. Ne brinite – uskoro će baze na oba polulanca DNK dobiti nove partnere.

Zatim na scenu stupa enzim koji se zove DNK polimeraza. Polimeri su dugačke molekule koje su zapravo sastavljene iz niza jedinica. Kod DNK te jedinice su nukleotidi, pa je DNK zapravo jedan polinukleotid. DNK polimeraza „hoda“ duž rastavljenih polulanaca DNK i dodaje na svaki nukleotid odgovarajući komplementarni nukleotid.

Pitate se otkud ovi nukleotidi ovdje? Kako ih DNK polimeraza pronalazi?

To su slobodni nukleotidi – nalaze se slobodno u citoplazmi, baš kao što se u citoplazmi nalaze slobodne i mnoge druge molekule. Jednostavno, DNK koja se replicira uronjena je u rastvor u kojem se nalaze razne molekule. Spajaju se azotne baze adenin i timin te guanin i citozin.

Međutim, sintetiziranje dva lanca DNK od početnog ne ide na oba polulanca na isti način: na jednom lancu se dešava kontinuirano, dok se da drugom dešava fragmentirano - drugi lanac dobija komplementarni dio nizanjem fragmentata koji se zovu Okazaki fragmenti. To je zbog toga što polulanci u molekuli DNK, kao što već rekoh, nisu istog smjera, pa kažemo da su polulanci DNK antiparalelni. Na jednoj strani, polulanac ima smjer 5'-3', a na drugoj strani ima smjer 3'-5'. Kontinuirana autoreplikacije se dešava samo u 5'-3' smjeru jer replikacija može teći samo u tom smjeru, dok se za  drugi lanac moraju prvo sintetizirati Okazaki fragmenti. Međutim, šta stvarno znači to 5'-3' i 3'-5'?

Molekula dezoksiriboze ima 5 atoma karbona, povezanih u prsten, preko kisika. Atom karbona koji nosi hidroksilnu (-OH) skupinu je, brojeći od prvog atoma karbona do kisika treći poredu (3'), a atom karbona na koji se veže fosfatna skupina idućeg nukleotida je peti pore redu (5'). "Čitanje" koda ide u pravcu 3'-5', ali sinteza može ići samo u pravcu 5'-3' jer se samo na taj C-atom mogu vezivati novi nukleotidi i to je ono što radi DNK polimeraza - kači novi nukleotid preko fosfatne skupine na 3' atom riboze prethodnog nukleotida. 

Na kraju, jedna DNK molekula proizvede dvije, identične molekule. Pošto svaka od tih molekula sadrži po jedan polulanac matične DNK i jedan polulanac koji je nanovo sintetiziran, ovu replikaciju nazivamo „semi-konzervativna replikacija“ jer semi- znači pola, a konzervacija očuvanje.

Jedino molekula DNK može da se ovako replicira.