DNA replication

Η αντιγραφή του DNA είναι η διαδικασία με την οποία το DNA του γονιδιώματος αντιγράφεται στα κύτταρα. Πριν διαιρεθεί ένα κύτταρο, πρέπει πρώτα να αντιγράψει (ή να αντιγράψει) ολόκληρο το γονιδίωμά του, έτσι ώστε κάθε θυγατρικό κύτταρο που προκύπτει να καταλήξει με το δικό του πλήρες γονιδίωμα. Κατά τη διάρκεια κάθε κυτταρικής διαίρεσης, ένα κύτταρο πρέπει να αντιγράψει το χρωμοσωμικό του DNA μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται αντιγραφή DNA. Το διπλό DNA στη συνέχεια διαχωρίζεται σε δύο «θυγατρικά» κύτταρα που κληρονομούν τις ίδιες γενετικές πληροφορίες. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται διαχωρισμός χρωμοσωμάτων.

Τα ένζυμα που εμπλέκονται στην αντιγραφή του DNA περιλαμβάνουν ελικάση DNA, πριμάση RNA, πολυμεράση DNA και λιγάση DNA. Η ελικάση DNA είναι το ένζυμο που ξετυλίγει το DNA έτσι ώστε να σχηματιστεί μια φυσαλίδα αντιγραφής. Η αντιγραφή του DNA λαμβάνει χώρα μέσα σε αυτές τις διάφορες φυσαλίδες αντιγραφής (replication bubble)  κατά μήκος ενός κλώνου DNA. Το κύριο ένζυμο που ξετυλίγει το DNA, είναι η ελικάση του DNA. Η ελικάση «ξεσυνδέει» το DNA προκειμένου να ξεκινήσει η αντιγραφή του DNA. Η δράση της ελικάσης απαιτεί ενέργεια με τη μορφή τριφωσφορικής αδενοσίνης (ATP).

Η αντιγραφή είναι όταν το DNA πολλαπλασιάζεται σε δύο αντίγραφα και στη συνέχεια διανέμεται στα θυγατρικά κύτταρα κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης. Ο αναδιπλασιασμός πραγματοποιείται από τρεις τύπους πολυμερασών, από τις οποίες μόνο η μία πολυμεράση πραγματοποιεί τον πολυμερισμό και οι άλλες δύο βοηθούν στην επιδιόρθωση των κλώνων που σχηματίζονται.

Ο αναδιπλασιασμός είναι μια ουσιαστική διαδικασία γιατί, κάθε φορά που ένα κύτταρο διαιρείται, τα δύο νέα θυγατρικά κύτταρα πρέπει να περιέχουν την ίδια γενετική πληροφορία ή DNA με το γονικό κύτταρο. Η διαδικασία αντιγραφής βασίζεται στο γεγονός ότι κάθε κλώνος DNA μπορεί να χρησιμεύσει ως πρότυπο για αντιγραφή.

Τα  υλικά που χρειάζονται για την αντιγραφή του DNA είναι  έναα πρότυπο (το DNA που περιέχει την αλληλουχία στόχο που αντιγράφεται), Εκκινητές (για την έναρξη της σύνθεσης των νέων κλώνων DNA). Θερμοσταθερή πολυμεράση DNA (για τη διεξαγωγή της σύνθεσης).dNTPs (νουκλεοτίδια DNA για τη δημιουργία νέων κλώνων DNA).

Πολυμεράση DNA: Βοηθά στην αντιγραφή του δίκλωνου DNA σε δύο πανομοιότυπα μόρια DNA. Ελικάση: Βοηθά στον διαχωρισμό του δίκλωνου DNA σε μονούς κλώνους επιτρέποντας την αντιγραφή κάθε κλώνου. Λιγάση: Λειτουργεί ως κόλλα ενώνοντας 2 θραύσματα DNA για να σχηματίσει μια νέα αλυσίδα DNA.

Η αντιγραφή του DNA πρέπει να συμβεί πριν συμβεί μίτωση. Η μίτωση είναι η διαδικασία της κυτταρικής διαίρεσης, η οποία δημιουργεί δύο πανομοιότυπα θυγατρικά κύτταρα από ένα γονικό κύτταρο.

Στα κυτταρικά συστήματα, το μαγνήσιο είναι το δεύτερο πιο άφθονο στοιχείο και εμπλέκεται βασικά σε όλες τις μεταβολικές οδούς. Σε φυσιολογικά σχετικές συγκεντρώσεις, το ίδιο το μαγνήσιο δεν είναι γονοτοξικό, αλλά απαιτείται ιδιαίτερα για τη διατήρηση της γονιδιωματικής σταθερότητας. Εκτός από τη σταθεροποιητική του επίδραση στο DNA και στη δομή της χρωματίνης, το μαγνήσιο είναι ένας ουσιαστικός συμπαράγοντας σε όλα σχεδόν τα ενζυματικά συστήματα που εμπλέκονται στην επεξεργασία του DNA. Πιο προφανές σε μελέτες για την αντιγραφή του DNA, η λειτουργία του δεν σχετίζεται μόνο με το φορτίο, αλλά είναι πολύ συγκεκριμένη όσον αφορά την υψηλή πιστότητα της σύνθεσης του DNA. Επιπλέον, ως βασικός συμπαράγοντας στην επιδιόρθωση της εκτομής νουκλεοτιδίων, το μαγνήσιο επιδιόρθωσης εκτομής βάσης και επιδιόρθωσης ασυμφωνίας απαιτείται για την απομάκρυνση της βλάβης του DNA που δημιουργείται από περιβαλλοντικά μεταλλαξιογόνα, ενδογενείς διεργασίες και αντιγραφή DNA.