Replikacja jest to proces powielania DNA, w wyniku którego z jednej cząsteczki DNA powstają dwie identyczne kopie. W czasie replikacji dochodzi do rozplecenia podwójnej helisy i dobudowania do każdej starej nici (służącej jako matryca) nowej nici komplementarnej. Takisposób replikacji, w którym każde dwie nowo powstałe cząsteczki DNA składają się w połowie ze starej nici, a w połowie z nowej, nazywamy replikacją semikonserwatywną.
Replikacja jest procesem endoergicznym, czyli takim który wymaga dopływu energii niezbędnej do wytworzenia wiązania fosfodiestrowego pomiędzy resztą kwasu fosforowego, a grupą OH cukru deoksyrybozy. DNA zbudowane jest z nukleotydów zawierających monofosforany, jednak substratami do jego syntezy są trifosforany. Tak więc energia niezbędna do syntezy łańcucha polinukleotydowego pochodzi z hydrolizy, czyli rozerwania dwóch wiązań wysokoenergetycznych.
Etapy replikacji:
W procesie replikacji wyróżniamy trzy zasadnicze etapy: inicjację, elongację i terminację.
Inicjacja
Replikacja rozpoczyna się w ściśle określonych miejscach zwanych miejscami inicjacji replikacji (MIR) lub po angielsku origin. W miejscach tych enzym helikaza hydrolizuje wiązania wodorowe pomiędzy zasadami azotowymi, co skutkuje lokalnym rozpleceniem podwójnej nici DNA, która tworzy tzw. oczko replikacyjne. Powstałe widełki replikacyjne przesuwają się zazwyczaj w dwie strony (w kierunku końca 3’ i 5’).
 |
| Widełki replikacyjne/Madprime (01.07.2007)/ commons.wikimedia.org |
Enzym polimeraza, który jest odpowiedzialny za przyłączenie kolejnych nukleotydów nie potrafi wstawić pierwszego nukleotydu, a jedynie dobudować nukleotydy do już istniejących. Dlatego za rozpoczęcie syntezy nowej nici odpowiada enzym prymaza, która na obu rozplecionych niciach syntezuje tzw. startery (primer), czyli krótkie odcinki składające się z około 10 nukleotydów. To właśnie do nich polimeraza dołącza kolejne nukleotydy.
Elongacja polega na wydłużaniu się nowej nici poprzez dobudowywanie do starej nici komplementarnych nukleotydów przez polimerazę. Ponieważ enzym ten potrafi poruszać się po starej nici tylko w jedną stronę (z kierunku 5’ w kierunku 3’) synteza tylko jednej nici, zwanej nicią wiodącą, może przebiegać w sposób ciągły. Druga nić, zwana nicią opóźnioną jest syntezowana etapami, w postaci krótkich fragmentów zwanych fragmentami Okazaki.
Terminacja
W czasie ostatniego etapu replikacji helikaza usuwa startery, a polimeraza wstawia w ich miejsca brakujące sekwencje nukleotydów. Za połączenie tych dobudowywanych fragmentów odpowiada enzym ligaza.
Aby zapobiec utracie końcowych odcinków nici DNA, czyli tzw. telomerów są one wielokrotnie powielane przez polimerazę lub replikowane przez telomerazę.
Replikacja jest procesem bardzo wiernym, ponieważ polimeraza naprawia pojawiające się jej trakcie błędy. Enzym ten bowiem oprócz zdolności syntezy DNA potrafi rozpoznać i usunąć niepoprawnie wstawione nukleotydy.