Schauen wir uns nun den Mechanismus der DNA-Replikation an. Das DNA-Molekül besteht dabei aus zwei Einzelsträngen und diese beiden Einzelstränge sind gegeneinander verdrillt und bilden eine Doppelhelix. Jeder Strang besteht dabei aus einer Sequenz vier verschiedener Basen.
Adenin Zytosin, Guanin und Thymin. Durch komplementäre Basenpaarung wird an jedem Thymin ein Adenin gegenüberliegen und an jedem Zytosin Guanin entgegengesetzt sein. Jeder Strang hat ein 5-Strich-und ein 3-Strich-Ende.
Die einzelnen Stränge verlaufen dabei antiparallel. Dies spielt eine enorm wichtige Rolle beim Ablauf der Replikation. Im ersten Schritt der Replikation werden am Replikationsursprung die beiden Stränge durch das Enzym Helikase entwunden und getrennt.
Dies resultiert in der Entstehung einer Replikationsgabel. Die Spannung, die daraus entsteht, wird durch ein hier nicht sichtbares Enzym, die Topoisomerase, abgemildert. Zudem binden Einzelstrang Bindungsproteine, die die Replikationsgabel stabilisieren und die Stränge voneinander separieren. Der Prozess der DNA-Synthese beginnt mit dem Enzym Primase. Die Primase synthetisiert ein kurzes Stück RNA mit Hilfe von freien RNA-Basen.
bezeichnet auch als Primer. Das nun entstandene freie 3-Strich-OH-Ende wird nun von der DNA-Polymerase als Ansatz genutzt. Diese benötigt DNA-Basen und kann nun in 5-zu 3-Strich-Richtung synthetisieren. Der entstandene Leitstrang wird daher kontinuierlich synthetisiert. Der Folgestrang kann nicht so leicht synthetisiert werden, denn er läuft in die entgegengesetzte Richtung.
Die DNA-Polymerase kann den Folgestrang daher nur in kleinen Fragmenten synthetisieren, den sogenannten Okazaki-Fragmenten. Jedes Fragment benötigt einen neuen Primer, hergestellt durch die Primase. Die DNA-Polymerase kann nun wie gewohnt von 5'zu 3'Richtung synthetisieren, bis sie auf den nächsten Primer stößt.
Man spricht daher auch von der diskontinuierlichen Synthese des Folgestrangs. Im nächsten Schritt produziert die Primase den nächsten Primer und ein weiteres Okazaki-Fragment wird von der DNA-Polymerase synthetisiert. Zum Abschluss müssen die RNA-Primer entfernt werden durch die Exonuklease.
Die DNA-Polymerase füllt nun die Lücken mit DNA-Basen auf. Der letzte Schritt stellt das Schließen des Zuckerphosphatrückgrats der DNA durch die Verknüpfung der Okazaki-Fragmente mit dem Tochterstrang dar. Dies geschieht durch die DNA-Ligase.
Die DNA-Replikation wird als semi-konservativ beschrieben, weil jedes DNA-Molekül aus einem alten Elternstrang und einem neuen Tochterstrang besteht.