DNA複製は、半保存的複製としても知られ、DNAが本質的に2倍になる過程である。 この記事では、DNAの構造、DNAの複製に関わる正確な手順（開始、伸長、終了）、そしてこれがうまくいかないときに起こりうる臨床的影響について簡単に見ていきます。 これらは、デオキシリボース糖にリン酸塩と塩基（または核酸塩基）が結合した分子である。 これらのヌクレオチドは、ホスホジエステル結合を介して鎖状に互いに結合し、「糖-リン酸骨格」を形成している。
N.B.: 3’は「スリープライム」、5’は「ファイブプライム」と発音します。
互いに反対方向または反平行に走る2本のストランドがあります。 これらの鎖は、それぞれのヌクレオチド上の塩基を通して、鎖の長さ全体にわたって互いに結合しています。 DNAには、シトシン、グアニン、アデニン、チミンの4種類の塩基が存在します。 通常のDNA鎖では、シトシンはグアニンと、アデニンはチミンと結合している。 図 1.0 – RNA と DNA の構造
DNA 複製の段階
DNA 複製は、開始、伸長、終結という 3 段階で考えることができます。 これらのオリジンはイニシエータータンパク質によって標的にされ、さらにそのイニシエータータンパク質は複製プロセスを助けるために、DNA オリジンの周囲に複製複合体を形成して、さらに多くのタンパク質を勧誘する。
複製複合体の中にはDNAヘリカーゼという酵素があり、二重らせんをほどき、2本の鎖をそれぞれ露出させて、複製の鋳型として使用できるようにする。 これは、核酸塩基間の結合を形成するために使われたATPを加水分解することにより、2本の鎖をつなぎ合わせている結合を切断することで行われる。
DNA PrimaseもDNA複製に重要な酵素の1つである。 この酵素は小さなRNAプライマーを合成し、DNAポリメラーゼの「キックスターター」として機能する。
伸長
一旦、DNA ポリメラーゼが、元の、ジッパーを外した 2 本の DNA 鎖（すなわち、鋳型鎖）に付着すると、鋳型に一致する新しい DNA を合成し始めることができます。 このとき、DNAポリメラーゼは3’末端にヌクレオチドを付加することによってのみ、プライマーを延長することができることに注意する必要があります。
片方のテンプレートは、3’から5’の方向へ読まれるので、新しい鎖は、5’から3’の方向へ作られることを意味します。 この新しく形成される鎖をLeading Strandと呼ぶ。 この鎖に沿って、DNAプライマーゼがRNAプライマーを合成するのは、最初1回だけで、DNAポリメラーゼを開始させることができる。 これは、DNAポリメラーゼが、鋳型を3’から5’に読むことによって新しいDNA鎖を伸ばすことができ、前述のように5’から3’の方向に合成するからである。
しかしながら、もう一方の鋳型鎖（遅れ鎖）は反平行であり、したがって5’から3’に読むことになる。 先行鎖のように連続的にDNA合成を行うには、3’から5’方向でなければならないが、5’末端に塩基を付加することができないので不可能である。 その代わり、らせんが巻き戻ると、遅行鎖の新しく露出した塩基にRNAプライマーが付加され、DNA合成が断片的に行われるが、それでも以前と同じように5’から3’の方向で行われる。
終結
新しいDNA鎖の伸長は、複製するDNAがなくなるか（染色体の末端）、2つの複製分枝が出会い、その後終結するまで続けられる。
一旦DNA合成が終わると、新しく合成された鎖は結合して安定化されることが重要です。 RNAase Hは岡崎フラグメントの先頭にあるRNAプライマーを除去し、DNAリガーゼはフラグメントを結合して1本の完全なストランドを作るのである。0 – DNA複製の図解
臨床との関連 – 鎌状赤血球症
鎌状赤血球症は、1つの塩基だけが別のものに変わるという、塩基置換によって起こる常染色体劣性の疾患である。
この場合、ヘモグロビンをコードする遺伝子の1つで、アデニン塩基がチミン塩基と入れ替わり、その結果、グルタミン酸がバリンに置き換わっているのです。 これがポリペプチド鎖に転写されると、グルタミン酸が親水性であるのに対し、バリンは疎水性であるため、その性質が根本的に変わってしまう。 この疎水性領域により、ヘモグロビンは異常な構造となり、毛細血管の閉塞を引き起こし、組織や臓器の虚血や壊死につながる可能性があり、これは血管閉塞性危機として知られています
これらの危機は、通常、重症度に応じて、オピオイドやNSAIDなど様々な鎮痛剤で対処します。 また、肺の閉塞など緊急の場合には、赤血球輸血が必要になることもあります。