Denne måneden tenkte vi å presentere et gen som er med på et av de mest fundamentale prosessene i kroppen, nemlig å lage nytt DNA. Det skjer hver dag, hvert sekund i hver eneste celle, i hver eneste cellekjerne, i kroppen. Det skjer hos oss mennesker, hos dyr, hos planter, hos bakterier og amøber. Prosessen er lik i alle tilfeller, og et protein kodet fra genet «DNA polymerase» er nøkkelen til å få til denne byggingen. Selvsagt er andre proteiner også med i DNA-bygging (kallet DNA replikasjon), men DNA polymerase trumfer alt. Fra «store norske leksikon» leser vi følgende definisjon av DNA-polymerase: «DNA-polymerase, enzym som katalyserer syntesen av en ny DNA-tråd fra deoksyribonukleosidtrifosfater, idet den komplementære DNA-tråden tjener som templat (mønster)». For å kopiere et helt humant genom (alt genmaterialet) kreves ca. 2.91 milliarder nukleotider (byggesteiner); for å kopiere en bakterie kreves ca 4-5 millioner nukleotider. Farten til DNA polymerase er også veldig rask: Den kan sette på ca. 50 nukleotider per sekund.
DNA-replikasjon
Figuren nedenfor (Fig. 1) viser et kromosom øverst til venstre. All DNA er pakket i kromosom (se vår tekst om hva et gen er). Celler må dele seg kontrollert for at organismen skal vokse/utvikle seg/overleve. Ved celledeling må cellen først syte for at DNA-tråden på en måte løyser seg opp. Det kan sammenlignes med et hoppetau som har krøllet seg sammen. Når det er krøllet kan man ikke gjøre noe med det, heller ikke hoppe. Når man så drar det ut så er hele tråden tilgjengelig. I cellekjernen skjer dette ved spesielle signal og ved hjelp av spesielle proteiner. Når DNA-tråden ligg der åpen og klar til «kopiering» vil enzymet DNA polymerase feste seg rundt hver streng og bygge nye DNA-kjeder med frie nukleotider som har på seg hver sin base: Enten A, T, C eller G. Det er bare disse basene som er aktuelle i relasjon til DNA-bygging. Reglene i cellen sier at C alltid må binde G, og at A alltid må binde T.
DNA-bygging krever stor nøyaktighet og for at organismen og DNA-polymerasen skal vite hva den skal bygge så kreves det detaljerte tegninger: Den eksisterende tråden blir malen for bygging av ny tråd. Når en C blir lest, bygger DNA-polymerase en komplementær G i den andre tråden. Når en T blir lest, bygges en A. Den nye tråden blir således et slags speilbilde av den opprinnelige tråden.
DNA-tråden kan alltid bare legge til nukleotider på den ene siden fordi den trenger en OH-binding; det vil si at DNA-replikasjon alltid blir laget en vei (Fig. 2), men må leses den andre veien. Vi kaller den nye DNA-tråden omvend og komplimentær; omvend fordi tråden går «feil» og når den skal leses må den leses fra den andre siden og komplementær fordi den har «de motsatte/komplementære» nukleotidene i forhold til den opprinnelige tråden.
DNA reparering
DNA polymerase kan ikke bare bygge nye DNA tråder; de kan også virke som «kontrollører» og detektere skade, fjerne en feil byggestein og bygge på igjen den rette byggesteinen. Skader og feil skjer hele tiden helt naturlig i alle levende vesener på grunn av tilstedeværelse av veldig reaktive forbindelser som har kommet til cellen ved metabolske prosessar eller at de har kommet fra prosesser utenfra (for eksempel strålning). Dersom denne reperasjonsmekanismen feiler, så kan det bli laget permanente genfeil (mutasjoner), som så blir ført videre til neste generasjon med celler. Slike mutasjoner kan potensielt sett være farlige; det er spørst hvilke gener de sitter i.
DNA polymerase i genteknologiske teknikker
Når forskerne skal jobbe med DNA på laboratoriet må de bruke eksisterende og naturlige forbindelser for å manipulere gener og DNA slik de vil. DNA polymerase blir brukt hver gang man skal få en DNA-bit til å «vokse» eller bli kopiert. I mange tilfeller må man bruke spesielle DNA polymeraser, for eksempel varmestabile DNA polymeraser fra organismer som lever i varme områder. DNA polymerase er dermed en essensiell komponent for genteknologiske prosedyrer, og er viktig i fremstilling av mange ulike medikamenter og nye forskningsfunn.