ماده ژنتیک

ماده ژنتیک

قبلاً با ساخت کروموزوم ها و DNA به طور مختصر آشنا شدید. امروزه می‌دانیم که نوکلئیک اسیدها ماده ژنتیک را تشکیل می‌دهند. زیست شناسان عاملی را که باعث انتقال خصوصیات و ویژگی های یک نوع جاندار از نسلی به نسلی دیگر می‌شود، ماده ژنتیک می نامند. در ماده‌ی ژنتیک اطلاعات و دستورالعمل‌هایی نهفته است که بسیاری از ویژگی های جاندارا به آنها بستگی دارد. در آغاز قرن بیستم تلاش های فراوانی برای یافتن ماده ژنتیک در سلول آغاز شد. در آن زمان زیست شناسان نمی‌دانستند که ماده ژنتیک کدام یک از ملکول های درون سلول است؛ اما می‌دانستند برای آنکه مولکولی بتواند نقش ماده ژنتیک را ایفا کند، آنها را از نسلی به نسل دیگر منتقل کند و در عین حال نسبتا پایدار باشد تا بتوانند سراسر زنگی فرد خود را حفظ کند.

در سال ۱۹۲۸ آزمایشی که ارتباط چندانی با ژنتیک نداشت، منجر به کشف بزرگی درباره  ماده ژنتیک شد. در این سال فردریک گریفیت که باکتری شناس بود، سعی می‌کرد تا واکسنی علیه باکتری مولد ذات الریه، که نام علمی آن استرپتوکوکوس نومونیا است، تهیه کند.

گریفیت روی دو نوع (سویه) از این باکتری ها کار می‌کرد. یکی از این سویه ها، کپسولی پلی‌ساکاریدی دارد که اطراف باکتری را احاطه می‌کند. این کپسول باکتری را در برابر دستگاه ایمنی بدن محافظت می‌کند و در نتیجه موجب بیماری زایی آن می‌شود. سویه دیگر این نوع باکتری، بدون کپسولی پلی ساکاریدی است به این علت موجب بیماری ذات‌الریه نمی شود.

گریفیت پی برده بود که تزریق باکتری کپسول‌دار به موش ها، موجب بیماری و مرگ آنها می‌شود در حالی که موش هایی که به باکتری بدون کپسول آلوده شده اند, سالم باقی می مانند.

گریفیت برای بررسی اینکه آیا کپسول عامل مرگ موش هاست یا خیر، تعدادی باکتری کپسول دار را با گرما کشت و سپس آنها را به سلول تزریق کرد. او مشاهده کرد که موش ها پس از آن بیمار نشدند و زنده ماندند. گریفیت دریافت که کپسول باکتری عامل مرگ موش ها نیست. او سپس باکتری های بدون کپسول زنده و باکتری های کپسول داری را که بر اثر گرما کشته بود، با یک دیگر مخلوط و مخلوط حاصل را به موش ها تزریق کرد. نتیجه این آزمایش غیر منتظره بود. او مشاهده کرد که همه ی موش ها در اثر ابتلا به بیماری ذات الریه مردند. گریفیت پس از برسی خون موش های مرده، با کمال تعجب مشاهده کرد که خون این موش ها، بعضی از باکتری های بدون کپسول، کپسول دار شدند. به عبارت دیگر باکتری های بدون کپسول تغییر شکل داده اند و به باکتری های کپسول دار تبدیل شداند.

آنچه گریفیت مشاهده کرده بود، امروزه ترانسفورماسیون نامیده می‌شود. در فرایند ترانسفورماسیون، باکتری با دریافت ماده ژنتیک از محیط خارج، در خصوصیات ظاهری خود تغییراتی پدید می آورد. با آزمایش هایی که گرافیت انجام داد، علت ترانسفورماسیون باکتری های بدون کپسول و تبدیل آنها به باکتری کپسول دار، مشخص نشد.

جستجو برای یافتن عامل ترانسفور ماسیون که پژوهشگران مطمئن شده بودند این عامل همان ماده ژنتیک است، تا سال ۱۹۴۴ ادامه یافت.

آزمایش ایوری

یکی از مهم‌ترین آزمایش ها در تاریخ زیست‌شناسی، آزمایش اسوالد ایوری است که به شناسایی عامل ترانسفورماسیون انجامید و ماهیت ماده ژنتیک را آشکار ساخت. ایوری و همکاران با انجام این آزمایش، به بحث ها و پژوهش های چندین ساله درباره ماهیت ماده ژنتیک خاتمه دادند و برگ زرینی به تاریخ زیست شناسی افزودند.

ایوری و همکارانش می‌دانستند که در سلول چهار گروه اصلی از مواد آلی وجود دارد.

این مواد عبارتند از: کربوهیدرات ها، لیپیدها، پروتئین ها، و نوکلئیک اسیدها. بنابراین عامل ترانسفورماسیون هر چه باشد، یکی از این چهار گروه است. گروه ایوری، در آن زمان آنزیم‌های تخریب‌کننده این چهار گروه ماده شیمیایی را دراختیار داشتند. آنها ابتدا عصاره سلولی باکتری های کپسول دار کشته را استخراج کردند. عصاره سلولی، همه ی مواد شیمیایی را در بر دارند. آنها عصاره سلولی را به چند قسمت تقسیم و به هر قسمت آنزیم های تخریب کننده آن ماده آلی را اضافه کردند و کوشیدند، با هر قسمت به طور جداگانه، باکتری بدون کپسول زنده را وادار به ترانسفورماسیون کنند. ایوری و همکارانش مشاهده کردند که ترانسفورماسیون فقط زمانی رخ می‌دهد که DNA تخریب نشده باشد و به این ترتیب دریافتند که ماده ترانسفور ماسیون، همان DNA موجود در باکتری‌های کپسول‌دار است

تا بیش از ایوری زیست‌شناسان اطلاعات زیادی درباره DNA در اختیار نداشتند؛ اما می‌دانستند که پروتئین ها بسیار متنوع اند و کارهای مختلفی در سلول انجام می‌دهند. به همین علت تصور عمومی بر این بود که عامل ترانسفورماسیون نیز نوعی پروتئین است. ایوری دریافت که اگر پروتئین ها را با آنزیم های تخریب کننده پروتئین از بین ببریم، ترانسفورماسیون همچنان رخ می‌دهد و بنابراین عامل ترانسفورماسیون نمی تواند و چنان که دیدیم که آنها به این نتیجه رسیدند که عامل ترانسفورماسیون DNA است.

ایوری برای تحکیم ادعای خود DNA باکتری های کپسول دار را به طور خالص تهیه کرد. وی دریافت که اگر به باکتری های بدون کپسول DNA خالص مربوط به باکتری های کپسول دار اضافه کنیم، باکتری های بدون کپسول به باکتری های کپسول دار تبدیل می‌شود. به این ترتیب دیگر تردیدی باقی نماند که عمل ترانسفورماسیون DNA است. در واقع DNA اطلاعات و دستور العمل های لازم برای ساختن کپسول را به باکتری های بدون کپسول منتقل می کند و باکتری های بدون کپسول بر اساس این اطلاعات و دستورالعمل‌ها، کپسول می‌سازند ایوری بعد از ۱۶ سال آزمایش در سال ۱۹۴۴ گزارش نتیجه پژوهش های خود را منتشر کرد. با انتشار گزارش ایوری، توجه سایر دانشمندان نیز به DNA جلب شد و آنان با انجام ازمایش‌های دیگر اهمیت نقش DNA را به عنوان عامل ترانسفورماسیون به عبارت دیگر ماده ژنتیک بیش از پیش استوار کردند.

بیشتر بدانید

استرپتوکوکوس نومونیا در کجا زندگی می‌کنند؟

استرپتوکوکوس نومونیا ممکن است در گلوی افراد سالم نیز زندگی کنند. اگر دستگاه ایمنی بدن در اثر بیماری، مانند آنفلوآنزا یا سوء تغذیه تضعیف می‌شود، آنگاه این باکتری به شش‌ها حمله می‌کند و موجب بیماری ذات الریه، یعنی التهاب شش ها می‌شود.

خود آزمایی

۱- آزمایش های گریفیت را بطور خلاصه بیان کنید.

۲- ترانسفور ماسیون چیست؟

۳- چگونه ازمایش ایوری نشان داد که DNA ماده ژنتیکی است؟ توضیح دهید.

ساختار شمیایی نوکلئیک اسیدها

اگر چه قبل از ایوری، دانشمندان با ساختار شمیایی نوکلئیک اسیدها آشنا بودند، اما از کار این مولکول‌ها اطلاعات نداشتند. در سال ۱۸۷۰ فردریک میشر از هسته سلول ماده ای انتشار کرد که خاصیت اسیدی داشت و بر همین اساس، آن را نوکلئیک اسید به معنی اسیدهسته ای نامگذاری کرد. بعد از مدتی معلوم شد که نوکلئیک اسیدهای موجود در سلول بر دو نوع هستند: یکی ریبونوکلئیک اسید یا به اختصار RNA که در ساختار آن قند ریبوز به کار رفته است و دیگری دئوکسی ریبوزنوکلئیک اسید که در ساختار آن قند دئوکسی ریبوز به کار رفته است.

نوکلئیک اسیدها پلی‌مرند. واحدهای مونومری نوکلئیک اسیدها، نوکلئوتید نام دارد. هر نوکلئوتید از سه بخش تشکیل شده است: یک قند پنج کربنی ریبوز (در RNA) یا دئوکسی ریبوز (در DNA) است، یک تا سه گروه فسفات، یک باز آلی نیتروژن دار که یا پورینی یا پیریمیدینی است (ساختار بازهای پورینی دو حقه اما ساختار بازهای پیریمیدینی یک حلقه است).

بازهایی که در ساختار  DNA شرکت می‌کنند عبارتند از آدنین (A) تیمین (T) سیتوزین (C) و گوانین (G). در RNA به جای باز (T) باز یوراسیل (U) وجود دارد آدنین و گوانین باز پورینی و سه باز دیگر پیریمیدینی اند.

از اتصال نوکلئوتیدها با یکدیگر، پلی مری خطی به وجود می‌آورد. اتصال نوکلئوتیدها به یکدیگر از برقراری پیوند کوولان بین گروه قند یک نوع نوکلئوتید با گروه فسفات نوکلئوتید دیگر صورت می گیرد. نوکلئوتیدها در ابتدا به صورت آزاد، سه گروه فسفات دارند؛ اما هنگام برقراری پیوند با یکدیگر، دو گروه از فسفات خود را از دست می‌دهد و فقط یک گروه فسفات خود در رشته پلی‌نوکلئوتیدی جای می‌گیرند. پیوند بین دو نوکلئو تید را پیوند فسفودی استر می نامند.

اگر به انتهای رشته های پلی نوکلئوتیدی شکل نگاه کنید، خواهید دید که انتهای این رشته، مثل هم نیستند. در یک انتها، گروه فسفات وجود دارد، حال آنکه در انتهای دیگر، گروه فسفات یافت نمی‌شود. از آنجا که دو انتها رشته مثل هم نیست، می‌گویند رشته های پلی نوکلئوتیدی دارای قطبیت است.

خودآزمایی

۱- با رسم شکل ساختار عمومی یک نوکلئوتید را مشخص کنید و انواع نوکلئوتیدهای انها را نام ببرید؟

۲- چه تفاوتی بین DNA و RNA از نظر نوع قند و باز به کار رفته در ساختار آنها وجود دارد؟

۳- پیوند بین دو نوکئوتید را چه می‌نامند؟

۴- منظور از اینکه گفته می‌شود رشته های پلی نوکلئوتیدی دارای قطبیت است چیست؟

کشف ساختار DNA

تا دهه ۱۹۵۰ اطلاعاتی که درباره نوکلئیک اسیدها در دست بود، عمدتا به اجزای تشکیل دهنده آن محدود می‌شد و دوباره به ساختار سه بعدی این مولکول اطلاعات چندانی در دست نبود.

آزمایش‌های بعدی توانست ساختار سه بعدی DNA را مشخص کند. مشاهدات چار گف یکی از این موارد بود.

مشاهدات چار گف

در آغاز دهه ۱۹۵۰، اروین چارگف، مقدار بازهای C, T, A و G را در DNA جانداران مختلف اندازه گرفت. او مشاهده کرد که بین بازهای DNA رابطه جانبی برقرار است: در  همه DNAهای که او بررسی کرده بود، نسبت A به T و C به G تقریبا برابر ۱ بود.

این آزمایش نشان داد که در ملکول DNA مقدار A با مقدار T و نیز مقدار C با مقدار G برابر است. به راستی این مشاهده چارگف، چه مفهومی می‌تواند داشته باشد؟

داده های حاصل از پراش پرتو X

زمانی که دانشمندان شروع به بررسی ساختار مولکول ها با کمک پراش پرتو ایکس کردند، اهمیت گفته های چارگف روشن تر شد. در این روش، پرتوهای X مستقیما به بلور جسمی که می‌خواهند به ساختار آن پی ببرند، تابانده می‌شوند. پرتوهای X پس از  برخورد به جسم پراکنده می‌شوند و پرتوهای پراکنده شده روی صفحه حساس فیلم که در پشت بلور قرار دارد، ثبت می‌شوند‌. پژوهشگران با تجزیه و تحلیل الگوهای پیچیده که روی فیلم ثبت می‌شود، می‌توانند ساختار ملکول را مشخص کنند. این کار مثل آن است که بخواهیم با تجزیه و تحلیل سایه یک جسم به شکل و ساختار آن پی ببریم.

موریس ویلکینز و روزالین فرانکلین، تصاویری از بلورهای مولکول DNA با روش پراش پروتو ایکس تهیه کردند. بر اساس این تصاویر معلوم شد که مولکول DNA به صورت مولکولی مارپیچی است که از دو یا سه زنجیره تشکیل شده است.

مدل واستون و کریک: واتسون و کریک سرانجام در سال ۱۹۵۳ با کمک یافته های چارگف و داده های حاصل از روش پراش پرتو ایکس که حاصل کارهای علمی فرانکلین و ویلکینز بود و نیز با شناختی که خود از پیوندهای شیمیایی داشتند، مدلی برای DNA پیشنهاد کردند.

مدلی که امروزه از DNA ارائه می‌شود، همان مدل واتسون و کریک است.

واتسون و کریک را در کنار مدل گوی و میله‌‌ای خود از ملکول DNA نشان می‌دهد. در سال ۱۹۶۲ واتسون و کریک به خاطر این کشف خود، موفق به دریافت جایزه نوبل شدند.

طبق مدل پیشنهادی واتسون و کریک، DNA از دو رشته پلی‌نوکلئوتیدی تشکیل شده است که حول یک محور فرضی، به دور یکدیگر پیچیده اند. این مدل، به مدل مارپیچ دو رشته ای (یا مارپیچ دوگانه) معروف شده است. مارپیچ دو رشته ای در واقع شبیه به نردبانی است که حول محور طولی خود پیچ خورده است. نرده های این نردبان را گروه قند-فسفات تشکیل می‌دهند. بازهای یک رشته در مقابل رشته های دیگر قرار دارند و پله های این نردبان را می‌سازند. بین بازهایی که مقابل هم هستند، پیوند هیدروژنی وجود دارد.

پیوند هیدروژنی بین بازها، دو رشته را در کنار یکدیگر نگه می‌دارد. دو بازی را که با یکدیگر پیوند هیدروژنی دارند، جفت باز می‌نامند. جفت شدن باز ها از قوانین خاصی پیروی می کند.

فعالیت

چگونه می توان DNA را از سلول‌های پیاز استخراج کرد؟

شما می‌توانید به کمک اتانول (الکل اتیلیک) و یک میله همزن، DNA  را از سلول های پیاز استخراج کنید.

وسایل و مواد لازم: عینک ایمنی، دستکش پلاستیکی، ۵ میلی لیتر عصار پیاز، لوله آزمایش، ۵ میلی لیتر اتانول سرد، پیپت پلاستیکی، میله همزن شیشه ای و جا لوله ای.

روش کار

۱_ ۵ میلی لیتر عصاره پیاز را در یک لوله آزمایش بریزید.

توجه: اتانول ماده ای است که قابلیت اشتعال دارد و نباید در مجاورت شعله از آن استفاده کنید.

۲_ لوله آزمایش را طوری در دست بگیرید که خط زاویه افق زاویه ۴۵ درجه بسازد. با کمک پیپت، اتانول سرد را قطره قطره به آن بیفزایید. دقت کنید که اتانول را به آرامی از کناره های لوله با عصاره پیاز اضافه کنید تا الکل به صورت یک لایه مجزا روی عصاره تشکیل شود.

۳_ به مدت ۲_۳ دقیقه لوله آزمایش را به صورت قائم نگه دارید.

۴_ یک همزن شیشه ای را در مرز بین عصاره پیاز و اتانول وارد کنید و آن را به آرامی حول مهور آن بچرخانید.

۵_ میله همزن را از مایع خارج کنید و به بررسی موادی که به آن چسبیده اند بپردازید. با لبه لوله آزمایش این مواد را از همزن خارج کنید و به بررسی موادی که به آن چسبیده اند بپردازید. با لبه لوله ازمایش این مواد را از همزن جدا کنید. به خواص فیزیکی این مواد دقت کنید.

۶_ قبل از ترک آزمایشگاه، ظروف و وسایل را تمیز بشویید و در محل خود قرار دهید.

تجزیه و تحلیل

ماده ای که به هم‌زن می‌چسبد، DNA است. خواص فیزیکی آن را شرح می‌دهد.

جفت شدن بازها: در ملکول DNA آدنین یک زنجیره با تیمین زنجیره مقابل و سیتوزین آن با گوانین زنجیره مقابل جفت می‌شود. علت این نحوه جفت شدن را باید در ساختار بازها جستجو کرد. بازهای A و T از نظر ساختار سه بعدی مکمل یکدیگرند. بازهای C و G نیز همین‌طورند. همچنین پایدارترین حالت در اتصال با C و G در ملکول DNA زمانی است که سه پوند هیدروژنی بین آنها تشکیل شود. این حالت در بازهای A و T با دو پیوند هیدروژنی ایجاد می شود. برای آن‌که مفهوم ساختار مکمل را در مورد این بازهای آلی در یابید.

جفت شدن بازهای مکمل اصل چارگف را توجیه می کند. بر اساس نحوه جفت شدن این بازها، می توان گفت که هر رشته مکمل رشته مقابل است. به عبارت دیگر بازهای یک رشته ترتیب بازهای رشته دیگر را تایین می‌کند. مثلا اگر ترتیب بازهای یک رشته DNA  به صورت TCGAACT باشد ترتیب بازهای رشته دیگر AGCTTGA است.

تحقیقات نشان داده است که اطلاعات وراثتی را ترتیب و تعداد بازها، تشکیل می‌دهند. هیچ محدودیتی برای تعداد و ترتیب بازها در یک رشته وجود ندارد؛ اما به محض آنکه توالی بازها در یک رشته تعیین شد، توالی بازها در رشته مکمل آن نیز بر اساس رابطه مکملی تعیین می‌شود.

خود آزمایی

۱- گریفیت و ایوری در آزمایش‌های خود به چه نتایجی دست یافتند؟

۲- جدول زیر درصد بازهای نیتروژنی را در DNA انسان، گندم و باکتری اشریشیاکلی نشان می دهد؟

                      C          G           T          A

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

انسان          ۹/۱۹     ۶/۱۹      ۱ /۳۰      ۴/۳۰

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

گندم          ۸/۲۲      ۷/۲۲       ۱/۲۷      ۳/۲۷

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

اشریشیاکلی     ۷/۲۵      ۰/۲۶      ۶/۲۳      ۷/۲۴

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

الف) در هر یک از این جانداران نسبت پورین‌ها به پیریمیدین‌ها چقدر است؟

ب) در هر یک از این جانداران درصد چه بازهایی به یکدیگر نزدیک است؟

ج) آیا نسبت پرسش الف و ب از اصول چارگف تبعیت می‌کنند؟

۳- چه ارتباطی بین جفت شدن بازها و ساختار DNA وجود دارد؟

۴- دانستن چه اطلاعاتی در کشف ساختمان مارپیچ مضاعف DNA به واستون و کریک کمک کرد؟

۵- نسبت بازهای DNA گونه های مختلف جانداران چه تفاوت و تشابهی با یکدیگر دارند؟

۶- چرا می‌گوییم دو رشته مارپیچ مضاعف، مکمل یکدیگرند؟

۷- فرض کنید ردیف نوکلئوتیدی یک رشته DNA به صورت CCAGTTG است، ردیف نوکلئوتیدی رشته مکمل آن چیست؟

۸- روزالین فرانکلین در سن ۳۷ سالگی بر اثر سرطان در گذشت. آیا ممکن است کار با روش تفرقه اشعه X در مرگ وی دخالت داشته باشد؟ بحث کنید.

همانندسازی DNA

واستون و کریک همزمان با پیشنهاد مدل خود برای DNA  چنین بیان داشتند که وجود رابطه مکملی بین بازها می‌تواند در فرایند همانندسازی DNA نقش اساسی داشته باشند. تحقیقات بعدی نشان داد که در همانندسازی DNA، دو رشته به کمک آنزیم هلیکاز مانند زیپ از یکدیگر جدا می‌شوند و سپس از روی هر رشته، رشته جدیدی ساخته می‌شود. همانندسازی DNA به کمک آنزیم DNA پلی‌مراز صورت می‌گیرد. این آنزیم در طول DNA حرکت می‌کند و نوکلئوتیدها را در مقابل نوکلئوتیدهای مکمل خود قرار می‌دهد. به این ترتیب که از نوکلئوتید های آزاد که در سیتو پلاسم وجود دارند،در مقایل A،باز T و در مقابل Cباز G قرار میگیرد .چون هر DNA دختر یک رشته جدید و یک رشته قدیمی دارد ،میگویند همانند سازی DNA به طریق نیمه حفظ شده است .

در فرایند همانند سازیDNA ،دو مولکول DNA  تولید میشود و هر یک ،دارای یک رشته DNA جدید و یکه رشته  DNA قدیمی هستند.ترتیب و تعداد نوکلئوتید ها در مولکول های DNA حاصل (دختری)،همانند مولکول DNA مادری است.

آنزیم‌های DNA پلی‌مراز توانایی دیگری نیز دارد و آن ویرایش است: در صورتی که نوکلئوتید اشتباهی به DNAهای دختر اضافه شود، یعنی مکمل نباشد، آنزیم DNA پلی‌مراز برمی گردد و نوکلئوتید اشتباه را جدا و آن را با نوکلئوتید درست تعویض می‌کند. با این حال به ندرت ممکن است نوکلئوتیدهای اشتباه در DNAهای دختر باقی بماند و به نسل بعد سلول منتقل شود. این اشتباه‌های تصحیح نشده جهش نام دارد.

چگونه دانشمندان پی بردند که همانندسازی DNA  به روش نیمه حفظ شده انجام می‌شود

در سال ۱۹۵۸، مزلسون و استال، آزمایش هایی را برای بررسی چگونگی همانندسازی DNA طراحی و اجرا کردند. آنان سلول های نوعی باکتری را در محیط دارای نیتروژن رادیو اکتیو کشت دادند. در این محیط باکتری ها رشد کردند و تقسیم سلولی انجام دادند و پس از چند نسل باکتری هایی بدست آمد که DNA آنها به جای نیتروژن معمولی، نیتروژن رادیو اکتیو داشتند. چگالی این مولکول از مولکول‌های DNA دارای نیتروژن معمولی بیشتر است.

در مرحله بعدی دانشمندان باکتری‌ها را در محیط دارای N14 کشت دادند و تعدادی از سلول های دختر را پس از یک دور همانندسازی به عنوان سلول های دختر نسل اول و تعداد دیگری پس از دو دور همانندسازی به عنوان سلول های دختر نسل دوم در نظر گرفتند و DNA این سلول ها را خالص سازی و چگالی آنها را تعیین کردند. این دو دانشمند فرض کردند که اگر همانندسازی DNA نیمه حفظ شده باشد، چگالی مولکول های DNA سلول های دختر این باکتری ها باید مقدار متوسط چگالی مولکول DNA دارای N14 ،N15 باشد. بررسی چگالی مولکول های DNA  دختر نسل اول و دوم نشان داد که چگالی ملکول های DNA آنها مقدار متوسط مولکول های DNA دارای N14 ،N15 است.

انجام آزمایش های دیگر بر روی سلول های مختلف، نشان داد که همانندسازی DNA به روش نیمه حفظ انجام می‌شود.

دو راهی همانندسازی

همانندسازی از یک انتهای DNA شروع نمی‌شود تا در انتهای دیگر خاتمه یابد. باکتری ها که دارای DNAهای حلقوی هستند، معمولا دو دوراهی همانندسازی ایجاد می‌کنند. مولکول بسته یا حلقوی، مولکولی است که انتهای آن باز نیست و اگر تا شدگی های آن باز شود، حلقوی شکل می‌شود، دو راهی‌های همانندسازی در جایی خاص به نام جایگاه آغاز همانندسازی به وجود می آیند. دو راهی های همانندسازی به تدریج از همدیگر دور می‌شوند، تا اینکه در نقطه مقابل جایگاه همانندسازی به هم می‌رسند.

در سلول یوکاریوتی، هر کروموزوم از یک مولکول DNA  طویل شده است. اما DNA آن این قدر طویل است که اگر قرار بود یک کروموزوم انسان، مانند باکتری همانندسازی را از یک نقطه آغاز کند، همانندسازی هر کروموزوم روزها طول می‌کشد! از این رو همانندسازی در سلول های انسانی و سایر سلول‌های یوکاریوتی در نقاط مختلف انجام می‌شود. دو راهی‌های همانندسازی مختلف، سبب می‌شود تا یک کروموزوم انسانی فقط در چند ساعت به طور کامل همانندسازی کند.