FacebookTwitterEmailPrint
Mitä on DNA:n replikaatio?
DNA:n replikaatio on prosessi, jossa solut luovat tarkkoja kopioita geneettisestä koodistaan. Tätä varten solusi tukeutuvat DNA:n muodostaviin nukleotideihin. Nukleotidit koostuvat fosfaattiryhmästä, viiden hiilen sokerista ja yhdestä neljästä typpiperäisestä emäksestä: adeniinista, tymiinistä, sytosiinista ja guaniinista – usein lyhennettynä A, T, C ja G. Näillä emäksillä on erityinen sitoutumismalli, jossa A sitoutuu T:hen ja C G:hen muodostaen nukleotidipareja. Sitoutuneet nukleotidiparit muodostavat kierrettyjen tikapuiden kaltaisen rakenteen, jota kutsutaan kaksoiskierteeksi, jossa jokainen tikapuiden porras on sidoksissa oleva nukleotidipari.
DNA:n monistamiseksi nukleotidiemästen väliset sidokset katkaistaan, jolloin kaksoiskierre halkeaa kahtia. DNA-polymeraasiksi kutsutun entsyymin avulla kukin emäs liitetään sitten uuteen kumppaniin – kuten aiemmin A T:n ja C G:n kanssa – ja muodostetaan uusi DNA-juoste. Tämä erityinen sidosmalli johtaa siihen, että DNA-molekyylistä syntyy kaksi kopiota alkuperäisestä versiosta.
Joskus DNA-polymeraasi yhdistää vahingossa vääriä emäksiä toisiinsa, esimerkiksi liittämällä A:n C:hen T:n sijasta A:n ja C:n. Tämä on ongelma, sillä tällaiset virheet voivat johtaa mutaatioon, periytyvään muutokseen DNA:ssa. Tämän välttämiseksi DNA-polymeraasi ”oikolukee” ja pysäyttää replikaation, jos se havaitsee virheen. Kun muut entsyymit korjaavat virheen, DNA-polymeraasi voi jatkaa, kunnes DNA:n replikaatioprosessi on valmis. Tämä oikolukutoiminta on niin tehokasta, että keskimäärin vain yksi mutaatio tapahtuu jokaista 100 miljoonaa emästä kohden.
Miksi DNA monistuu?
DNA:n monistumisella on tärkeä rooli solujen kasvussa ja uusiutumisessa. Kasvavat organismit luovat jatkuvasti uusia soluja kehittyessään suuremmaksi kehoksi. Ja ajan mittaan jotkut solut voivat vaurioitua, vanheta tai kuolla. Jotta kehosi toimisi kunnolla, on tärkeää, että nämä solut korvataan nopeasti uusilla. Solut uudistuvat ja kasvavat solunjakautumisprosessin avulla, jossa yksi solu jakautuu kahtia muodostaen kaksi uutta solua. Jotta solu voi jakautua, sen on ensin valmistettava kopio omasta DNA:sta eli geneettisestä koodista, jota solu tarvitsee toimiakseen oikein. On erittäin tärkeää, että DNA monistuu tarkasti, jolloin uudet solut saavat tarkan kopion geneettisestä sekvenssistäsi.
Miten DNA:n monistumisprosessi löydettiin?
Tutkijat eivät olleet monta vuotta varmoja siitä, miten solu monistaa DNA:nsa. Kolme kilpailevaa teoriaa ehdotettiin. Ensimmäinen teoria, joka tunnetaan konservatiivisena mallina, esitti, että alkuperäinen DNA:n kaksoiskierre pysyi täysin ehjänä, eikä uusi kopio lainannut yhtään molekyyliä alkuperäisestä. Puolikonservatiivisen mallin mukaan DNA purkautui replikaation aikana, ja jokainen säie toimi mallina uudelle synteesille. Dispersiivisen mallin mukaan alkuperäisen kaksoiskierteen uskottiin hajoavan moniin pieniin palasiin, joista osa päätyi jokaisen uuden säikeen sisään.
Keskustelun ratkaisi lopulta vuonna 1958 kaksi tutkijaa nimeltä Matthew ja Franklin Stahl. Nyt kuuluisaksi tulleessa biologiakokeessa he kasvattivat bakteereja erityisessä liuoksessa, jossa kaikki solujen DNA merkittiin merkkiaineella. Sitten he käyttivät erilaista merkkiainetta merkitäkseen vain juuri syntetisoidun DNA:n. He havaitsivat, että replikoitunut DNA sisälsi aina yhden säikeen alkuperäisestä DNA-molekyylistä ja yhden äskettäin muodostetun säikeen. Tämä osoitti, että DNA:n replikaation semikonservatiivinen malli oli oikea.