Replicatie (DNA): verschil tussen versies

[[ImageBestand:DNA replication split.svg|thumb|200px|DNA-replicatie: De [[dubbele helix]] wordt afgewikkeld, elke aparte streng (turquoise) fungeert als een template voor het repliceren van een nieuwe streng (groen). [[Nucleotide]]n worden ingebouwd op basis van de nucleotiden die er tegenover liggen.]]

'''Replicatie''' is het proces waarin [[Desoxyribonucleïnezuur|DNA]] verdubbeld wordt. Het vindt plaats in alle levensvormen en is de basis voor de instandhouding van het [[erfelijk materiaal]]. Het DNA repliceert zich in de S-fase van de [[celcyclus]]. Pas wanneer een cel al zijn genetische informatie heeft gekopieerd kunnen bij de [[mitose|celdeling]] twee dochtercellen ontstaan, die dan beiden beschikken over een identiek [[genoom]].

DNA replicatie is een complex proces waarbij veel verschillende [[proteïne|eiwitten]] zijn betrokken.<ref>{{citeerCiteer journal | taal=en|auteur = Falaschi A, Kornberg A | title = Biochemical studies of bacterial sporulation. II. Deoxy- ribonucleic acid polymerase in spores of Bacillus subtilis | journal = The Journal of Biological Chemistry | volume = 241 | issue = 7 | pages = 1478–82 | date = 1966 | pmid = 4957767 }}</ref><ref>{{citeCiteer journal | vauthors = Schachman HK, Adler J, Radding CM, Lehman IR, Kornberg A | title = Enzymatic synthesis of deoxyribonucleic acid. VII. Synthesis of a polymer of deoxyadenylate and deoxythymidylate | journal = The Journal of Biological Chemistry | volume = 235 | pages = 3242–9 | date = 1960 | pmid = 13747134|taal=en }}</ref> Een hoofdrol speelt [[DNA-polymerase]], die voor de [[polymerisatie]] van [[desoxyribonucleotide|nucleotide]]n zorgt, zodat een nieuwe DNA-streng wordt gevormd.<ref>{{citeerCiteer journal | auteur = Bollum FJ | title = Calf thymus polymerase | journal = The Journal of Biological Chemistry | volume = 235 | pages = 2399–403 | date = 1960 | pmid = 13802334 }}</ref> De nucleotiden van de nieuwe streng worden verbonden met zogenaamde [[fosfodiësterbinding]]en (covalente bindingen tussen de [[OH-groep]] en de [[fosfaatgroep]] van de nucleotiden). In prokaryoten zijn drie DNA-polymerasen aangetoond: polymerase I, II en III. De replicatie van prokaryotisch DNA is goed onderzocht en voor een groot deel opgehelderd. Het kopiëren van DNA gebeurt met een precisie die aan het wonderbaarlijke grenst: DNA-polymerase heeft een intrinsieke foutmarge van minder dan één fout per tien miljoen toegevoegde nucleotiden.<ref>{{nl}}{{citeerCiteer boek | auteur= Prinsen J, van der Leij F| titel=De bouwstenen van het leven ||url=https://books.google.nl/books/about/De_Bouwstenen_Van_Het_Leven.html?id=O_4mswEACAAJ&source=kp_book_description&redir_esc=y| uitgever=Wageningen Academic Publishers | datum=2015 |isbn=978-90-8686-270-2 }}</ref>

In het [[kernplasma]] bevinden zich onder andere de vrije nucleotiden dATP, dTTP, dGTP en dCTP. Dit zijn de bouwstenen die gebruikt worden bij DNA-synthese. Ze bestaan ieder uit [[desoxyribose]] (d), een [[nucleobase|base]] (A, T, G of C) en drie [[fosfaatgroep]]en (TP). Door twee fosfaatgroepen af te splitsen, komt chemische energie vrij. DNA-polymerase kan alleen aanhaken op een hydroxylgroep aan een 3’-eind. Om replicatie te beginnen, wordt een kort RNA-fragment, een zogenaamde [[primer (genetica)|primer]], gekoppeld aan de template DNA-streng. Deze primer wordt gevormd door het enzym [[DNA-primase]].

DNA-replicatie begint bij een replicatiestartpunt of ''origin of replication''. Deze startpunten zijn AT-rijke sequenties<ref group="kleine-letter"> Stuk DNA met relatief veel [[adenine]] en [[thymine]].</ref> van ongeveer 250 basenparen lang. [[Adenine]] en [[thymine]] zijn verbonden met slechts twee [[waterstofbrug]]gen. Meerdere van dit soort basenkoppelingen naast elkaar kunnen de dubbele streng lokaal verzwakken, waardoor het DNA hier gemakkelijker uit elkaar gaat. Bij eukaryoten bevat een DNA-molecuul veel replicatiestartpunten. Een DNA-molecuul van een prokaryoot heeft er maar één. Zodra het startpunt is gevonden door specifieke initiator-eiwitten, wordt een pre-replicatiecomplex gevormd, dat het dubbelstrengs DNA uit elkaar haalt. Vanuit de origin of replication verloopt replicatie in twee richtingen. Hierdoor ontstaat een ''replicatiebel'' die in breedte groeit. De replicatiebel kan gezien worden als een combinatie van twee ''replicatievorken''.

In twee richtingen worden de waterstofbruggen tussen de basenparen verbroken door het [[enzym]] [[helicase]]. De [[dubbele helix|helixstructuur]] verdwijnt en de twee strengen gaan uit elkaar. Het maakt daarbij gebruik van de hydrolyse van ATP voor de benodigde energie. Het enzym [[topoïsomerase]] begeleidt het uit elkaar gaan van de ketens. Alle veranderingen van structuur leiden tot spanningsveranderingen en rotatiekrachten in de keten. Het topoïsomerase voorkomt dat dergelijke spanningen de keten beschadigen door de fosfodiësterbindingen voortdurend te verbreken en te vernieuwen.

Op de plaats waar basenparing is verbroken, binden speciale eiwitten ''(single-strand binding proteins'') aan de strengen. Deze eiwitten voorkomen dat de vrijgekomen basen opnieuw waterstofbruggen gaan vormen met de oude streng.

Het enzym DNA-polymerase III schuift vervolgens langs de enkelvoudige ketens en bindt dATP, dTTP, dGTP en dCTP uit het kernplasma aan de vrijgekomen stikstofbasen, beginnende bij het 3’-eind van de primer. Hiervoor wordt energie gebruikt die vrijkomt door het afpitsen van twee fosfaatgroepen. Er ontstaan twee dubbelstrengs DNA-moleculen die ieder uit een oude en een nieuwe keten bestaan. Het DNA-polymerase leest de oorspronkelijke DNA-streng af van het 3’-eind naar het 5’-eind, waardoor de nieuwe DNA-streng wordt gesynthetiseerd van het 5’-eind naar het 3’-eind. Een volgende nucleotide kan alleen binden aan het 3’-eind van een nucleotide dat al is ingebouwd. Langs beide nucleotideketens bewegen de DNA-polymerase-enzymen zich in tegengestelde richting om een nieuwe keten te synthetiseren.

In de ene richting kan DNA-polymerase vanaf het replicatiestartpunt het uit elkaar gaan van de ketens volgen om de ''leading strand'' te vormen. In de andere richting kan DNA-polymerase steeds maar kleine stukjes synthetiseren, doordat dit achterwaarts moet gebeuren: nucleotiden koppelen alleen aan het 3’-eind van de RNA-primer. Primase zet om zoveel basen een primer af, waartussen nucleotiden worden ingebouwd. Deze stukjes zijn ongeveer 100 tot 200 nucleotiden lang en worden [[Okazaki-fragment]]en genoemd. Het enzym [[DNA-ligase]] koppelt de ze aan elkaar waardoor de ''lagging strand'' wordt gevormd.

DNA-polymerase I vervangt uiteindelijk de primer door DNA. De ribonucleotiden van de primer worden daarbij verwisseld voor desoxyribonucleotiden. Het nieuw gevormde nucleïnezuur wordt geïnspecteerd door een aantal controle-eiwitten die alle lassen in de gevormde keten nog eens nalopen op kwaliteit. Zij voeren eventuele correcties uit.

{{Appendix|1=Noten|2=

;'''Referenties'''