Fotodisc/Digital Vision/Getty Images

De genetische informatie die alle levende organismen bestuurt, bevindt zich in de DNA-strengen van hun chromosomen. Een DNA-molecuul is een dubbele helix die is samengesteld uit nucleotiden:elk nucleotide bestaat uit een fosfaatgroep, een deoxyribosesuiker en een stikstofbase. Omdat de suiker-fosfaat-ruggengraat asymmetrisch is, lopen de twee strengen in tegengestelde richtingen.

Waarom DNA-strengen een richting hebben

De suiker-fosfaat-skelet is opgebouwd uit een deoxyribose met vijf koolstofatomen (C1′-C5′). De 5'-koolstof hecht zich aan een fosfaatgroep, terwijl de 3'-koolstof een hydroxylgroep draagt. Wanneer nucleotiden zich verbinden, bindt het 5'-fosfaat van de ene suiker covalent aan de 3'-hydroxyl van de volgende, waardoor een continue 5' → 3'-streng ontstaat. De complementaire streng loopt 3′ → 5′.

De baseparing volgt strikte regels:adenineparen met thymine (A‑T) en cytosineparen met guanine (C‑G). Deze paren vormen de sporten van de helix.

Continue versus discontinue replicatie

Tijdens de S-fase windt helicase de dubbele helix af en begint DNA-polymerase III (in prokaryoten) of DNA-polymerase δ/ε (in eukaryoten) met de synthese. Polymerasen kunnen alleen nucleotiden toevoegen in de 5′ → 3′-richting, dus de 5′ → 3′-georiënteerde streng – de leidende streng – kan continu worden gekopieerd naarmate de replicatievork vordert. De tegenovergestelde streng, georiënteerd 3′ → 5′, is de achterblijvende streng en moet worden gesynthetiseerd in korte segmenten in omgekeerde richting, de zogenaamde Okazaki-fragmenten.

Elk fragment wordt geïnitieerd door een primer die is afgezet door primase en vervolgens wordt verlengd door polymerase. Wanneer de replicatievork verder gaat, wordt het volgende fragment geproduceerd, en deze cyclus herhaalt zich totdat de hele achterblijvende streng is voltooid.

DNA-ligase dicht de gaten

Zodra alle Okazaki-fragmenten zijn gevormd, katalyseert DNA-ligase de vorming van fosfodiesterbindingen tussen aangrenzende 3′-OH- en 5′-fosfaattermini, waardoor een continue streng ontstaat. Het resultaat zijn twee identieke dubbele helices, elk samengesteld uit één ouderstreng en één nieuw gesynthetiseerde streng.