Replicatie van DNA, het proces waarbij genetisch materiaal wordt gekopieerd naar twee identieke dochtermoleculen, begint op specifieke locaties in het genoom die de oorsprong van replicatie worden genoemd. Deze oorsprong dient als startpunt voor de replicatiemachinerie, die bestaat uit eiwitten en enzymen die samenwerken om de dubbele DNA-helix af te wikkelen, nieuwe strengen te synthetiseren die complementair zijn aan de bestaande strengen, en het nieuw gesynthetiseerde DNA te proeflezen om de nauwkeurigheid te garanderen. Hier is een algemeen overzicht van hoe replicatie begint bij de oorsprong van replicatie:

1. Afwikkelen van de dubbele DNA-helix: Replicatie begint met het afwikkelen van de dubbele DNA-helix, die strak opgerold is om in de cel te passen. Door dit afwikkelen ontstaan ​​twee ‘replicatiebubbels’, waarbij het afgewikkelde DNA de replicatievorken in het midden vormt.

2. Binding van het helicase-enzym: Het afwikkelproces wordt vergemakkelijkt door een enzym genaamd helicase. Helicase bindt zich aan het DNA aan de oorsprong van de replicatie en scheidt de twee strengen van de dubbele helix, waardoor de waterstofbruggen tussen complementaire nucleotiden worden verbroken.

3. Stabilisatie van het afgewikkelde DNA: Terwijl de dubbele DNA-helix zich afwikkelt, binden eiwitten die enkelstrengige DNA-bindende eiwitten (SSB's) worden genoemd, zich aan de gescheiden strengen om te voorkomen dat ze opnieuw versmelten. Deze SSB's stabiliseren het afgewikkelde DNA en helpen de replicatievork in stand te houden.

4. Vorming van het replicatiecomplex: Bij elke replicatievork vormt zich een replicatiecomplex. Dit complex omvat meerdere eiwitten en enzymen, waaronder DNA-polymerase (het enzym dat nieuwe DNA-strengen synthetiseert), primase (een enzym dat korte RNA-primers synthetiseert) en hulpfactoren die betrokken zijn bij het proeflezen en onderhouden van de replicatievorkstructuur.

5. Synthese van RNA-primers: DNA-polymerase, dat alleen bestaande DNA-strengen kan verlengen, vereist een startpunt voor DNA-synthese. Primase synthetiseert korte RNA-primers die complementair zijn aan de template-DNA-strengen. Deze primers verschaffen een vrij 3'-uiteinde waar DNA-polymerase zich aan kan hechten en de DNA-synthese kan starten.

6. DNA-synthese door DNA-polymerase: DNA-polymerase bindt zich aan de RNA-primers en begint nieuwe DNA-strengen te synthetiseren door nucleotiden toe te voegen die complementair zijn aan de matrijsstreng. De nucleotiden zijn met elkaar verbonden door fosfodiësterbindingen, waardoor de groeiende DNA-strengen in de 5'- naar 3'-richting worden verlengd.

7. Proeflezen en correctie: Terwijl DNA-polymerase nieuwe DNA-strengen synthetiseert, worden ook de nieuw toegevoegde nucleotiden proefgelezen om de nauwkeurigheid te garanderen. Als een nucleotide wordt ingebouwd, kan het DNA-polymerase dit verwijderen en vervangen door het juiste nucleotide. Dit proefleesmechanisme helpt de betrouwbaarheid van DNA-replicatie te behouden.

Het replicatieproces gaat bidirectioneel verder vanaf elke replicatieoorsprong, waarbij de twee replicatievorken in tegengestelde richtingen bewegen totdat het hele genoom is gerepliceerd. Zodra de replicatie voltooid is, worden de RNA-primers verwijderd en worden de gaten die ze achterlaten opgevuld door DNA-polymerase. De uiteinden van de nieuw gesynthetiseerde DNA-strengen worden vervolgens afgesloten door een enzym genaamd DNA-ligase, waarmee het DNA-replicatieproces wordt voltooid.