Ας φέρουμε στο νου μας έναν οποιονδήποτε πολυκύτταρο οργανισμό. Δεν έχει σημασία αν σκεφτόμαστε άνθρωπο, αράχνη, βάτραχο, καρχαρία ή χελιδόνι. Τα κύτταρα που απαρτίζουν τον οργανισμό αυτό αναπαράγονται με διχοτόμηση. Αναπαράγονται, όχι μόνο κατά την πορεία ανάπτυξης (δηλαδή «μεγαλώματος») του οργανισμού, αλλά καθόλη τη διάρκεια της ζωής του. Κατά την πορεία ανάπτυξης, η αναπαραγωγή των κυττάρων στοχεύει κυρίως στην αύξηση του αριθμού τους, προκειμένου ο οργανισμός να μεγαλώσει. Ύστερα, όταν η ανάπτυξη ολοκληρωθεί, η αναπαραγωγή εξυπηρετεί την αναπλήρωση νεκρών κυττάρων.
Κατά τη διχοτόμηση, που αποτελεί την τελευταία πράξη ενός κυττάρου, το κύτταρο χωρίζεται στα δύο. Έτσι, δημιουργούνται δύο νέα κύτταρα. Θα μπορούσε κανείς να ισχυριστεί ότι φτάνοντας ένα κύτταρο στο τέλος της ζωής του, μετατρέπεται σε δύο καινούρια. Άρα, το τέλος της ζωής του ενός είναι η αρχή της ζωής δύο άλλων. Η διχοτόμηση αναφέρεται πολύ συχνά και ως κυτταρική διαίρεση.
Υπάρχουν κύτταρα που σκοπεύουν να διχοτομηθούν στο τέλος της ζωής τους και κύτταρα που δεν έχουν αυτό το σκοπό. Τα πρώτα έχουν πιο πολύπλοκη ζωή από τα δεύτερα. Είναι και τα πιο ενδιαφέροντα, γιατί αυτά μόνο πραγματοποιούν τη διαδικασία που ονομάζεται αντιγραφή του DNA, δηλαδή αντιγραφή του γενετικού υλικού. Η αντιγραφή αποσκοπεί στη διατήρηση και μεταβίβαση του DNA στην επόμενη κυτταρική γενιά, δηλαδή στα δύο νέα κύτταρα. Συνήθως, το κύτταρο που διχοτομείται αποκαλείται μητρικό και τα δύο νέα που προκύπτουν αποκαλούνται θυγατρικά. Το μητρικό κύτταρο έχει ένα συγκεκριμένο ποσό DNA, που είναι χαρακτηριστικό σε κάθε είδος οργανισμού. Πριν διχοτομηθεί, αντιγράφει το DNA αυτό, δηλαδή κατασκευάζει «άλλο τόσο». Ο πρόσκαιρος διπλασιασμός του DNA συμβαίνει για να λάβουν τα δύο νέα κύτταρα ίδιο ποσό γενετικού υλικού με αυτό που κατείχε το μητρικό κύτταρο. Είναι προφανές πως αν δε συνέβαινε η αντιγραφή, τα δύο νέα κύτταρα θα κληρονομούσαν λιγότερο DNA, συγκριτικά με αυτό που διαθέτει το μητρικό. Με τη σειρά τους, θα κληροδοτούσαν ακόμα λιγότερο DNA στους δικούς τους κυτταρικούς απογόνους, όταν θα διχοτομούνταν κι αυτά. Αυτό, όμως, είναι ασύμβατο με τη ζωή. Κάθε κύτταρο οφείλει να έχει το συγκεκριμένο ποσό γενετικού υλικού που χαρακτηρίζει το είδος του. Φυσικά, τα κύτταρα εκείνα που δε σκοπεύουν να διχοτομηθούν, δεν έχουν και λόγο να αντιγράψουν το DNA τους. Εμείς θα ασχοληθούμε με τα άλλα.
Η ζωή του διαιρούμενου κυττάρου χωρίζεται σε δύο φάσεις. Η πρώτη φάση ονομάζεται μεσόφαση και καταλαμβάνει, κατά κανόνα, το μεγαλύτερο μέρος της ζωής του. Η δεύτερη φάση ονομάζεται μίτωση (Μ) και περιλαμβάνει συγκεκριμένα γεγονότα, που οδηγούν το κύτταρο σε μια επιτυχή διχοτόμηση. Η μεσόφαση χωρίζεται σε τρία στάδια (G1, S, G2), τα οποία επίσης δεν έχουν ίση διάρκεια. Όλα αυτά φαίνονται και στο παρακάτω σχήμα.
Όπως υποννοεί το βέλος στην εσωτερική περιφέρεια του σχήματος, η ζωή του κυττάρου ξεκινάει με το στάδιο G1. Δεν υπάρχει λόγος να ασχοληθούμε με το τι ακριβώς συμβαίνει σε κάθε στάδιο της μεσόφασης. Η αντιγραφή, ωστόσο, συμβαίνει στο στάδιο S της μεσόφασης. Το στάδιο αυτό δανείζεται το αρχικό γράμμα της λέξης «synthesis», που υποδηλώνει τη σύνθεση των νέων μορίων DNA. Όλα, ανεξαιρέτως, τα υπάρχοντα μόρια DNA αντιγράφονται στο στάδιο αυτό. Σε κάθε μόριο, καθένας από τους δύο κλώνους χρησιμεύει ως καλούπι για τη σύνθεση νέου, συμπληρωματικού κλώνου. Η διαδικασία είναι αρκετά πολύπλοκη και περιγράφεται στο ακόλουθο video.
Στην αρχή του video (0:00 – 0:25), παρουσιάζεται μια θηλιά αντιγραφής. Παρά τα όσα φαίνονται στο video, σε κάθε θηλιά αντιγραφής λειτουργούν δύο ελικάσες, οι οποίες «ανοίγουν» το μόριο του DNA προς αντίθετες κατευθύνσεις. Έτσι, δημιουργούνται δύο διχάλες αντιγραφής, οι οποίες απομακρύνονται. Στη συνέχεια του video (0:26 – 0:43) παρουσιάζεται η συμπληρωματικότητα των αζωτούχων βάσεων, ως απόρροια δράσης της πολυμεράσης και ύστερα (0:44 – 2:27), παρουσιάζονται τα γεγονότα που συμβαίνουν σε μία από τις δύο διχάλες αντιγραφής.
Διευκρινίσεις:
Origin of replication site: θέση έναρξης αντιγραφής
Helicase: DNA ελικάση
Primase: πριμόσωμα
RNA primer: πρωταρχικό τμήμα RNA
DNA polymerase: DNA πολυμεράση
DNA ligase: DNA δεσμάση
Single-strand binding protein: πρωτεΐνη που διατηρεί το DNA τοπικά μονόκλωνο, προκειμένου να μην «ξαναζευγαρώσουν» οι αζωτούχες βάσεις των αρχικών κλώνων
Okazaki fragment: τμήμα ασυνεχούς σύνθεσης
Nucleotide replacement enzyme: ένζυμα (πολυμεράσες) που αντικαθιστούν τα πρωταρχικά τμήματα με τμήματα DNA