DNA ikileşmesi

DNA ikileşmesi (veya DNA replikasyonu) tüm organizmalarda meydana gelen ve DNA kopyalayarak kalıtımın temelini oluşturan biyolojik bir süreçtir. Süreç, bir adet çift iplikli DNA molekülüyle başlar ve iki özdeş DNA'nın oluşumuyla son bulur. Orijinal çift iplikli DNA'nın her ipliği, tamamlayıcı ipliğin üretiminde (yarı korunumlu replikasyon olarak adlandırılan bir süreç) kalıp görevi görür. Hücresel proofreading ve hata kontrol mekanizmaları replikasyonun neredeyse hatasız gerçekleşmesini sağlar.
Günümüzde yapılan araştırmalar sonucu, aynı tip hücrelerde DNA'nın kimyasal özelliğinin ve toplam miktarının nesilden nesile değişmeden aktarıldığı bilinmektedir. Buna göre DNA'nın tüm özellikleri aynı ata hücreden gelen benzer hücrelerde aynı kalmak zorundadır. Bu yüzden ister prokaryotik ister ökaryotik olsun her bir hücre mitoz bölünmeye hazırlanırken, DNA'lar kural olarak tüm uzunlukları boyunca bir ucundan diğer ucuna doğru kendilerini ikiler.
James Watson ve Francis Crick'in 1953'te yayımladıkları makaleleri, ikili sarmalın nasıl kendini eşleyeceği konusunda fikir vermektedir. "Yarı-saklı (semikonservatif) çoğaltma" olarak bilinen bu modelin geçerliliği o zamandan bu yana değişmemiştir. 
Çoğalmanın genel tarzı açıklık kazandıktan sonra araştırmalar, DNA sentezinin tüm ayrıntıları üzerine yoğunluk kazanmıştır. Günümüzde bilinen, DNA'nın kendini eşlemesi için sayısız enzim ve birçok proteine gerek duyduğudur. Sentez sırasındaki olayların karmaşıklığı bu araştırma alanının son derece aktif kalmasını sağlamıştır.

Tarihte

1958'de Meselson ve Stahl E.Coli 'de yeni sentezlenen bir DNA'nın bir yeni bir de eski zincir içerdiğini göstererek yarı-saklı çoğalma konusundaki sorunu çözmüşlerdir. Taylor, Woods ve Hughes, baklanın kök uçlarıyla yaptıkları deneyde ökaryotlarda da yarı-saklı çoğalma olduğunu göstermişlerdir. Aynı dönemde Kornberg, E.Coli 'den DNA Polimeraz I'i saflaştırmıştır. Kalıp ve öncü nükleozit trifosfatların bulunduğu ortamda, bu enzimin in vitro DNA sentezi yapabileceğini göstermiştir. Daha sonra DNA Polimeraz II ve III izole edilmiş ve polimeraz III, in vivo DNA kopyalanmasından sorumlu enzim olarak tanınmıştır.

DNA replikasyonu

DNA molekülünün ikileşmesinde, sarmalın kollarnı birbirine bağlayan zayıf hidrojen bağları fermuar gibi açılır; her iki kolda, eşlerinden ayrılan pürin ve pirimidin uçlarını açıkta bırakır. Hücrenin sitoplazmasında bulunan çeşitli nükleotitlerin iki kol açıldıkça, kollarda bulunan uygun bazların karşılarına gelmeleriyle kendini eşleme başlamış olur. DNA'nın ikili sarmalı birbirinden ayrıldığı zaman, kural olarak Adenin grubu Timin grubuyla, Guanin grubuysa Sitozin grubuyla birleşerek yerlerini alırlar. Diğerleri uymadıkları için geri çevrilirler. Yine aynı şekilde, eski zincirdeki Adeninler Timinlerle, Sitozinler Guanin gruplarıyla ikili sırayı tamamlamak için birleşirler. Bütün nükleotitler eşlendiğinde ise, yeni zincir oluşturulmuş, DNA kendini eşlemiştir. Kopyalanan yeni DNA iplikleri tamamen aynıdır, ancak nadiren çoğalmadaki hatalar nedeniyle kopyalama mükemmel olmaz (bkz. mutasyon).

Replikon, oriC ve ter

Cairns, izotoplar kullanarak, otoradyografi yöntemiyle replikasyonu izlemiş ve E. coli'de replikasyonun tek bir noktadan (orijinden) başladığını göstermiştir. Bu özgül bölgeye oriC denilmiştir. Bu bölgenin konumu E. coli üzerinde haritalanmış ve 245 baz içerdiği saptanmştır. Bu konuda yapılan başka araştırmalarda da, replikasyonun iki yönlü olduğu ve oriC'nin  her iki yönünde hareket ettiği gösterilmiştir. Bu durumda replikasyon ilerledikçe ayrı yönlere doğru birbirinden uzaklaşan iki replikasyon çatalı oluşturur. Bu çatallar tüm kromozom yarı-saklı eşleştikten sonra, "ter" olarak adlandırılan sonlanma bölgesinde birbiriyle birleşir. Bir orijinden replikasyon başladıktan sonra eşleşen DNA'nın uzunluğunun bir birim olduğunu belirten terim "replikon"dur. Buna göre, bakteriyofaj ve bakterilerde DNA sentezi bir noktadan (oriC), başlayıp bir noktada (ter) biter. Bakteriler, tek ve büyük bir kromozoma sahip oldukları için, kromozomun tümü bir "replikon"dur.

DNA polimeraz I, II ve III

Replikasyonun yarı-saklı ve iki yönlü olduğu anlaşıldıktan sonra, birçok moleküler çalışma DNA kalıbı üzerinden tamamlayıcı uzun polinükleotit zincirlerinin gerçek sentezinin nasıl olduğunu anlamaya yönelmiştir. Bu çalışmalarda kullanılan mikroorganizmalarda, sentezde gerekli olan, DNA Polimeraz I, II ve III olarak bilinen enzimlerin varlığı görülmüştür. (bkz. DNA Polimeraz)