Replikering i biologi refererer til duplisering av genetisk informasjon som menneskekroppen lagrer i form av deoksyribonukleinsyre (DNA). Sikker enzymer kopiere gener, og bevare halvparten av den opprinnelige DNA-strengen. Biologi refererer derfor også til halvkonservativ replikasjon.
Hva er replikering?
Replikering er en biologisk prosess som multipliserer deoksyribonukleinsyre (DNA). DNA er en lang kjede som består av fire typer nukleosider. Et nukleosid er sammensatt av en sukker (deoksyribose) og en kjernefysisk syre. I kjernen er DNA til stede i form av kromosomer, som består av uviklet DNA og protein molekyler. For replikering, kromosomer uncoil og DNA-dobbeltstrengen glatter ut. Deretter skiller de to komplementære DNA-trådene seg fra hverandre, som tannrader i glidelås. Først da kan den faktiske replikeringen begynne. Alle levende organismer multipliserer sin genetiske informasjon halvkonservativt: den ene halvdelen av dobbeltstrengen gjenstår, mens den andre halvdelen er nylig dannet av enzymer. I den første dattergenerasjonen besitter derfor hver kopi halvparten av det opprinnelige DNA-et til morcellen; i andre dattergenerasjon utgjør det fortsatt en fjerdedel av genene. Allerede i 1958 klarte forskerne Meselson og Stahl å bevise semikonservativ replikering. For å gjøre det brukte de en biokjemisk markør som de merket DNA av bakterie. Analysene bekreftet det kvantitative forholdet mellom originalt og nytt DNA, slik forskerne hadde spådd for halvkonservativ replikering.
Funksjon og oppgave
De fleste forbinder genetikk med arv av trekk som foreldre viderefører til barna sine. Selv om dette er en veldig kjent funksjon, er det langt fra den eneste replikasjonsfunksjonen. DNA-duplisering finner sted i menneskekroppen, ikke bare for å danne seg egg og sperm. Hver celledeling krever en kopi av DNA. Ingen celler kan fungere uten genene i kjernen - fordi gener kontrollerer metabolske prosesser og gir tegningene for biomolekyler. Fire forskjellige nukleinsyrer forekommer i humant DNA: Adenin, guanin, cytosin og tymin. To av dem danner et såkalt basepar; de passer sammen som to brikker i et puslespill. Sekvensen av nukleosider representerer den genetiske koden som inneholder all arvelig informasjon om menneskekroppen. Kombinasjonen av de enkelte nukleosidene kan sammenlignes med bokstavkombinasjonen: selv om alfabetet bare inneholder et begrenset antall bokstaver, kan det dannes et nesten uendelig antall ord fra dem. Teoretisk trenger celler bare en enkelt DNA-streng for å lagre og videreformidle informasjon. Imidlertid har DNA to tråder som utfyller hverandre. Hver informasjon lagres altså to ganger. Forskere refererer også til den komplementære DNA-strengen som malen. De to kjedene snor seg rundt hverandre for å danne den karakteristiske doble spiralen. Høyt spesialisert enzymer kopier DNA i cellekjernen. Disse katalysatorene er kjent i biologien som DNA-polymeraser og er sammensatt av protein molekyler. Så langt har forskere vært i stand til å identifisere tre forskjellige DNA-polymeraser, som avviker litt i funksjonene de utfører. DNA-polymerasene legger seg til en DNA-streng på et veldig spesifikt sted, som er merket med en primer. En primer er et startmolekyl som polymerasene forbinder det første nukleosidet av den nye DNA-strengen med. Enzymer får energi til arbeidet sitt ved å dele opp to fosfat rester fra nukleosidene, som de bruker som byggesteiner. Fra primeren fungerer polymerasene fra 5'-enden til 3'-enden. Dette skjer på begge DNA-strengene av de opprinnelige genene samtidig. På en av strengene kan enzymene fortsette kontinuerlig og legge til den komplementære nukleins baser en etter en. Imidlertid, siden motsatt streng speiles og dermed fortsetter i "feil" rekkefølge, skjer replikering der som en diskontinuerlig syntese. Polymerasene kopierer også DNA ved malen med utgangspunkt i primeren; de kan imidlertid bare syntetisere fragmenter fordi de gjentatte ganger avbryter prosessen. Disse såkalte Okazaki-fragmentene blir senere sammenføyd av et annet enzym - også en DNA-polymerase. Denne DNA-polymerase fyller hullene mellom Okazaki-fragmentene ved også å legge til de komplementære nukleosidene til malstrengen. Deretter migrerer en DNA-ligase over den nye dobbeltstrengen og knytter de justerte nukleosidene inn i en solid kjede.
Sykdommer og lidelser
Feil i replikering kan føre til utviklingen av genetiske sykdommer uten at det er en spesifikk sykdom. Noen ganger inkorporerer DNA-polymerase feil nukleosid i den nye DNA-strengen. En slik feil kalles en punktmutasjon i biologien. I en annen type mutasjon, innsettingen, setter enzymene inn for mange nukleosider under replikasjon. Dette forskyver rutenettet som deler nukleosidene i grupper på tre. En gruppe på tre former a gen. Sletting forskyver også leserammen. I motsetning til innsetting hopper enzymene over et nukleosid under replikasjon: det ser ut til å være slettet i DNA-kopien. Denne feilen betyr at andre enzymer ikke kan lese DNA riktig; resultatet er feil produserte cellebyggesteiner eller messenger stoffer. Som et resultat kan metabolske forstyrrelser oppstå, noe som potensielt kan føre til en rekke fysiske sykdommer. Imidlertid trenger ikke mutasjoner alltid å føre til sykdommer. Spesielt utgjør punktmutasjoner mindre risiko hvis de forekommer innenfor DNA-segmenter som ikke har noen praktisk betydning for proteinsyntese. Replikasjonsfeil er spesielt kritiske hvis det defekte DNA havner i egg eller sperm celler. An embryo som utvikler seg fra dette DNA ikke har feilfritt DNA i tillegg til det muterte DNA: hver nye kopi av DNA inneholder da også mutasjonen.
