В процессе деления клетки каждая вновь образованная дочерняя клетка получает от родительской клетки одну копию ДНК, которая обсолютно идентична ДНК родителской клетки, что является гарантией точной передачи генетической информации последующему поколению клеток.
Процесс биосинтеза дочерней молекулы ДНК, являющегося точной копией родительской ДНК называется репликацией ДНК (от лат. replicato — возобновление).
Репликация ДНК — это важнейшее событие в процессе передачи наследственной информации от поколения к поколению. Репликационный процесс начинается с расплетения двойной спирали ДНК в так называемых сайтах (участках) инициации репликации. Расплетение двойной спирали представляет из себя сложный ферментативный процесс в котором, основные роли принадлежат топоизомеразе и хеликазе (топоизомераза релаксирует сверхспирализованную ДНК хромосомы путем разрыва цепей с последующим их восстановлением после раскрутки сверхспирализованной структуры ДНК; хеликаза разрывает водородные связи между комплементарными основаниями двуцепочечной ДНК, открывая доступ ферментам участвующим в копировании расплетенных цепей ДНК).
Расплетенная двойная спираль образует так называемую репликативную вилку которая перемещается вдоль молекулы ДНК. Скорость перемещения репликативной вилки у эукариот составляет около 5000 пар оснований в минуту. Вслед за перемещением репликативной вилки перемещается комплекс ферментов, копирующих с матрицы комплементарную полинуклеотидную цепь ДНК. В этом процессе основная роль принадлежит ДНК-полимеразе.
Как известно, две цепи молекулы ДНК антипараллельны. Разные концы одной цепи называются 3’-конец и 5’-конец. Репликация происходит путем последовательного включения нуклеотида за нуклеотидом в обоих новых цепях одновременно. Матрица считывается ДНК-полимеразой только в направлении 3’-5’, добавляя свободные нуклеотиды к 3’-концу собираемой цепочки. Поэтому синтез ДНК происходит непрерывно только на одной из матричных цепей, называемой «лидирующей». Во второй цепи (запаздывающей) синтез ДНК происходит короткими фрагментами только после синтеза соответствующего праймера, под действием специфической РНК-полимеразы (праймазы), который синтезирует короткий фрагмент РНК, комплементарный одноцепочечной матрице ДНК.
ДНК-полимераза не в состоянии синтезировать дезоксиполинуклеотидную цепь с 3′-конца матрицы (т.е. с нуля). Она в состоянии лишь достраивать цепочку ДНК добавляя нуклеотиды к уже существующей
3’-гидроксильной группе копии. По этой причине для осуществления своей функции ДНК-полимераза нуждается в праймере, с 3′-конца которого она могла бы достраивать дезоксиполинуклеотидную цепь комплементарную матрице. Эти, необходимые для функционирования ДНК-полимеразы, праймеры могут представлят собой олигонуклеотиды, состоящие как из нескольких рибонуклеотидных остатков (РНК-праймеры), так и нескольких дезоксирибонуклеотидных остатков (ДНК-праймеры). Первые синтезируются с помощью праймазы — специфической РНК-полимеразы, вторые — с помощью специальной ДНК-полимеразы альфа — фермента синтезирующего олигонуклеотидную цепь, состоящую примерно из 20 дезоксинуклеотидных остатков. Однако, даже в этом случае первые 2-3 нуклеотидных остатков этого праймера синтезируется РНК-праймазой и представляют собой рибонуклеотидные остатки.
