Aby organizmus z jedinej bunky - oplodneného vajíčka - rástol a vyvíjal sa, musí prebiehať bunkové delenie. jedno konkrétne delenie trvá niekoľko hodín, počas ktorých sa uskutoční hlavne zreplikovanie celej DNA. U človeka to znamená skopírovať 6 miliárd jednotlivých báz rozdelených do 46 chromozómov.
Na dosiahnutie výslednej podoby organizmu a pri neustálej obmene tkanív teda prebehnú desiatky biliónov delení telesných (tzv. somatických) buniek. Už skoro v embryonálnom štádiu sa vyčlení skupina buniek, ktoré nebudú tvoriť telesné tkanivá, ale stanú sa bunkami pohlavnými(pozri pozn. 1) Kým ale vajíčko dozreje, musí prejsť asi 30 deleniami. U spermií je to ešte náročnejšie, lebo ich „výroba“ obnáša až 100 bunkových delení. Je zrejmé, že čím viac delení prebehne, tým dôležitejšia je kvalita kopírovania, keďže úmerne narastá pravdepodobnosť chyby – bodovej mutácie, teda zámeny písmena DNA. Keď sa bodová mutácia vyskytne na veľmi háklivom mieste DNA (čo je našťastie veľmi nepravdepodobne), môže spôsobiť vážne problémy - napr. vyvolať nádorové bujnenie telesných buniek pochádzajúcich z tej zmutovanej. Keď sa vyskytne v pohlavnej bunke, je to ešte horšie, ovplyvňuje totiž všetky bunky budúceho dieťatka.
Keby ste čelili nutnosti rýchlo a presne prepísať životne dôležitú zmluvu, asi by ste si najali toho najspoľahlivejšieho, najpresnejšieho a najrýchlejšieho právnika v Galaxii. Preto neprekvapí, že aj naše bunky (vrátane buniek právnikov) disponujú neuveriteľne precíznym kopírovacím mechanizmom. A navyše – pracuje skromne a celkom zadarmo. Volá sa DNA polymeráza.
DNA je dlhá dvojitá reťaz báz (sú len 4: C,G,A,T), pričom T na jednom reťazci sa vždy viaže s A na tom druhom. Obdobne písmeno C sa viaže s G. Vďaka tejto komplementarite je možné podľa jedného reťazca presne zostaviť ten druhý.
Originálnu DNA ale treba najprv narovnať, lebo je extrémne postáčaná a „spakovaná“. To majú na starosti enzýmy topoizomerázy. Následne sa DNA musí rozpliesť, resp. rozzipsovať na dva oddelené reťazce. Na to slúži bielkovina Helikáza.
Za ňou nastupuje samotná DNA polymeráza, čo je bielkovina-enzým, ktorý je schopný podľa jedného reťazca DNA vytvoriť jeho zrkadlový obraz a vytvoriť tak presnú kópiu pôvodnej DNA. Z okolia doslova odchytáva jednotlivé bázy a zaraďuje ich za sebou v správnom poradí danom vzorovým reťazcom pôvodnej DNA.
Replikácie neprebieha len z jednej strany celého chromozómu na druhú, ale štartuje na špeciálnych miestach (angl. origins of DNA replication).
DNA polymerázy pracujúce na reťazci DNA sú závratne presné. Urobia v priemere iba jedinú chybu pri prepise 100 miliónov báz. Vzhľadom na obrovský počet písmen to ale aj tak znamená 60-120 bodových mutácií pri každej celkovej replikácii DNA. V drvivej väčšine prípadov však tieto mutácie nemajú žiaden vplyv na zdravie bunky či organizmu, lebo nezasiahnu kódujúce, či regulačné oblasti génov a štatisticky menia iba jedinú aminokyselinu niektorej z desiatok tisíc druhov výsledných bielkovín.
Keďže je replikácia DNA pre bunku natoľko delikátna vec, používa aj niekoľko opravných mechanizmov. Tak v prvom rade je DNA polymeráza najčastejšie sama identifikuje svoju chybu. Zastaví svoju horúčkovitú činnosť, vadné písmeno vysekne a nahradí ho správnym. Aj tak sa ale niekedy chybe nevyhne.
Potom nastupuje iný enzým (Mismatch repair nuclease), ktorý zachytí že DNA helix má deformovaný tvar kvôli nesprávnym bázam (napr. T-T) a vysekne časť báz vrátane chybného páru. Existuje však ešte niekoľko doplnkových opravných nástrojov. Napriek tomu sa chyby stávajú. Niekedy je vynechané jedno či viac písmen, niekedy sú naopak nejaké doplnené navyše. Niekedy sa termálnym pohybom polymeráza z DNA odpojí a pripojí sa inde, ako pôvodne skončila (takto často vznikajú tzv. repeats). Spôsobov vzniku mutácií je však ďaleko viac a pracovitá DNA polymeráza zodpovedá len za zlomok z nich.
Kopírovanie DNA je však z pohľadu opravy chýb oveľa dômyselnejšie, ako podobne zásadný proces DNA transkripcie a translácie, o ktorých sme už písali a ktorý takýto prepracovaný mechanizmus opravy chýb (angl. proofreading) nemajú. Tam všade môžu vznikať mutácie a tie môžu viesť s väčšou či menšou pravdepodobnosťou k následkom na zdravie alebo život.
Aby sme ale nekončili tak pesimisticky, treba povedať, že aj tieto bodové mutácie sú k čomusi dobré. Dokážeme pomocou nich čítať DNA ako kroniku života a pomerne presne vypočítať (s matematikou základnej školy), aký čas uplynul, odkedy sme s rôznymi inými organizmami zdieľali spoločného predka. Tak sme sa dozvedeli, že so šimpanzmi, s ktorými zdieľame 95-98% písmen DNA, sme mali spoločného predka asi pred 6 miliónmi rokov. S krabom, marhuľou, alebo baktériou na ovládači od televízora to bolo ešte oveľa oveľa skôr.
Ďalšie zaujímavé detaily o DNA replikácii nájdete v tomto videu:
Pozn.1. - Vyčlenenie budúcich pohlavných buniek v embryu vedie k zaujímavej situácii, kedy budúca mamička pod srdcom nosí svoju dcérku, ktorej sa v tele už po pár týždňoch jej života rodia bunky z ktorých raz budú mamine vnúčence.Späť do článku...
Pozn. 2. - tento článok bol inšpirovaný knihou Nick Lane: Vývoj života.
