نسخه برداری از DNA

قبل از این که نحوه نسخه برداری از مولکول DNA کشف شود، دو مدل برای آن پیشنهاد می‌شد: نسخه برداری پایستار و نسخه برداری نیمه پایستار. در مدل پایستار دو رشته مولکول DNA از هم باز نمی شوند و مولکول DNA قدیمی پس از نسخه برداری دست نخورده باقی می‌ماند. اما در مدل نیمه پایستار رشته های مارپیچ DNA از هم باز می‌شوند و هر کدام به عنوان پایه ای برای ساخت یک مولکول جدید DNA استفاده می‌شود. به این ترتیب هر یک از دو مارپیچ جدید، نیمی از DNA قدیمی را همراه خود خواهند داشت. تا اینکه در سال 1957، مسلسون (Meselson) و استال (Stahl) نشان دادند که رونویسی DNA از مدل نیمه پایستار پیروی می‌کند. برای اینکه رونویسی DNA با موفقی انجام شود، حضور تعداد زیادی آنزیم ضروری است. هر یک از این آنزیم‌ها وظیفه خاصی را بر عهده دارد. ابتدا تپوایزومراز رشته های بهم پیچیده DNA را از هم باز می‌کند. با قطع شدن یک رشته، کشش موجود در مارپیچ هم کم می‌شود. سپس آنزیم هلیکاز وارد عمل می‌شود. هلیکاز از بهم پیچیدن مجدد رشته‌ها جلوگیری می‌کند. سپس DNA پلیمر از III بر روی رشته DNA از اتم کربن پنج ( َ5 ، یا اتم کربن پنجم موجود در گروه فسفات) به سوی اتم کربن سه ( َ3 ، یا اتم کربن سوم گروه فسفات) حرکت می‌کند.

این آنزیم نوکلئوتید مکمل نوکلئوتیدهای رشته پایه را پیدا می‌کند و رو به روی آن قرار می‌دهد. مثلاً A را مقابل T ( و برعکس ) و C را روبه روی G می‌گذارد. اما DNA پلیمراز برای شروع کار خود به یک زنجیر اولیه نیاز دارد. برای حل این مشکل، آنزیمی به نام پریماز به کار گرفته می‌شود. پریماز یک مولکول کوچک RNA را همراه می‌آورد تا به عنوان زنجیر اولیه DNA پلیمراز استفاده شود. وقتی که مقداری از کار DNA پلیمراز گذشت، آنزیم H RNase ، زنجیر RNA را جدا می‌کند و DNA پلیمراز I جای آن را پر می‌کند. پس از آن لیگاز رشته‌ها را به نوکلئوتیدهای تازه متصل می‌کند و مارپیچ های جدید شکل می‌گیرند. در طول این فرآیند، پروتئینهای خاصی در کنار مولکول DNA قرار می‌گیرند تا مولکول DNA ثابت بماند و DNA پلیمراز بتواند کار خود را به خوبی انجام دهد. نکته مهم اینجاست که DNA پلیمراز فقط می‌تواند در جهت َ 5 به َ 3 کار کند؛ چون وقتی یک نوکلئوتید جدید در حال اتصال است، َ 3 پایدارتر از َ 5 است. اگر DNA پلیمراز در جهت عکس حرکت می‌کرد، این خطر وجود داشت که گروه فسفات از مولکول جدا شود. درست است که DNA پلیمراز هنگام کار فقط از َ 5 به َ 3 حرکت می‌کند، اما باید توجه کنید که دو رشته وجود دارد که یکی از آنها در این جهت است ولی دیگری در جهت َ 3 به َ 5 قرار گرفته است. پس یعنی وقتی DNA پلیمراز به طور پیوسته در جهت َ 5 به َ 3 کار می‌کند مجبور است در فواصل زمانی کوتاهی در جهت َ 3 به َ 5 هم کار کند. ما قطعات کوچکی را که در اثر این حرکت اجباری ایجاد می‌شوند، "قطعات اکازاکی Okazaki Fragment" می‌نامیم. رشته ای که در جهت  َ 5 به َ 3 پیش می‌رود، رشته پیشرو (Leading Strand) و رشته دیگر، رشته کند (Lagging Strand) نامیده می‌شود.