การจำลอง DNA (DNA Replication)
จากโครงสร้างของ DNA ที่เสนอโดย Watson และ Crick แสดงให้เห็นว่า DNA เก็บข้อมูลทางพันธุกรรมในรูปของลำดับเบส คุณสมบัติอีกประการหนึ่งของ DNA คือ ความสามารถในการจำลองตัวเอง เรียกว่า DNA Replication โดย DNA แต่ละโมเลกุลจะเป็นแม่แบบสำหรับการสังเคราะห์ DNA อีกโมเลกุลหนึ่ง
กระบวนการจำลอง DNA เริ่มต้นด้วยการที่ DNA 2 สายแยกออกจากกันตรงพันธะไฮโดรเจนของคู่เบส แต่ละสายจะเป็นแม่พิมพ์ให้นิวคลีโอไทด์ที่สามารถเข้าคู่กันได้มาเข้าคู่ตลอดสาย ผลสุดท้ายจะเกิด DNA 2 โมเลกุลเป็นเกลียวคู่ โดยที่แต่ละโมเลกุลประกอบด้วยสาย DNA สายเก่า 1 สาย และสายใหม่ที่สร้างขึ้น 1 สาย กลไกการจำลองของ DNA แบบนี้เป็นการจำลองแบบกึ่งอนุรักษ์ เรียกว่า semiconservative mechanism
ในสิ่งมีชีวิตยูคาริโอต ขณะที่เกิดการจำลองของ DNA จะมีเอ็นไซม์ DNA helicase กระตุ้นให้สาย DNA คลายเกลียวออก เมื่อสายพอลีนิวคลีโอไทด์สายหนึ่งแยกออก helix destabilizing protein จะเข้าไปรวมกับสายพอลีนิวคลีโอไทด์ที่แยกออกจากกันนี้เพื่อช่วยป้องกันไม่ให้มีการรวมตัวกันใหม่ของสายพอลีนิวคลีโอไทด์ และมีเอ็นไซม์ topoisomerase ช่วยป้องกันไม่ให้สาย DNA ผูกกันเป็นปมขณะที่เกิดการจำลอง
เอ็นไซม์ที่มีความสำคัญอย่างยิ่งในการจำลอง DNA คือ เอ็นไซม์ DNA polymerase มีหน้าที่นำเอานิวคลีโอไทด์เข้ามาบริเวณปลาย 3’ ของสายพอลีนิวคลีโอไทด์เดิม จนได้เป็นสายยาวด้วยกระบวนการที่เรียกว่า polymerization
ตำแหน่งเริ่มต้นการจำลอง DNA เรียกว่า origin of replication การจำลองจะเกิดขึ้นพร้อมกันทั้ง 2 สายของพอลีนิวคลีโอไทด์ และจะเห็นเป็นรูปคล้ายตัว Y เรียกว่า replication fork
เอ็นไซม์ DNA polymerase มีคุณสมบัติในการสร้างสายพอลีนิวคลีโอไทด์ใหม่จากทิศ 5’ ไปยัง 3’ เสมอ จึงทำให้สายพอลีนิวคลีโอไทด์สายใหม่ทั้ง 2 สายมีวิธีการสร้างที่แตกต่างกัน โดย DNA สายหนึ่งจะเกิดการสร้างสาย DNA สั้นๆ เป็นระยะๆ เรียก DNA ท่อนสั้นๆ ที่ได้จากการจำลองนี้ว่า Okazaki fragment ซึ่งจะถูกเชื่อมติดกันเป็น DNA สายยาวโดยเอ็นไซม์ ligase เรียก DNA สายที่มีกระบวนการสร้างไม่ต่อเนื่องนี้ว่า lagging strand
ส่วน DNA อีกสายหนึ่งจะสามารถสร้าง DNA จากทิศ 5’ ไป 3’ ได้อย่างต่อเนื่อง เรียกสาย DNA นี้ว่า leading strand
