DNA replikasyonu veya DNA ikileşmesi, tüm organizmalarda meydana gelen ve DNA kopyalayarak kalıtımın temelini oluşturan biyolojik bir süreçtir. Süreç, bir adet çift iplikli DNA molekülüyle başlar ve iki özdeş DNA'nın oluşumuyla son bulur. Orijinal çift iplikli DNA'nın her ipliği, tamamlayıcı ipliğin üretiminde kalıp görevi görür. Hücresel proofreading ve hata kontrol mekanizmaları replikasyonun neredeyse hatasız gerçekleşmesini sağlar.
DNA onarımı, DNA moleküllerindeki hataları onarım mekanizmalarını tanımlamaktadır. İnsan hücrelerinde metabolik aktiviteler ve çevresel faktörler sonucu günde 1 milyon hücrenin zarar görmesi olasıdır. Bu etkenler, DNA'nın yapısını ve dahası diğer nesillere aktarılan genetik bilgiyi değiştirebilirler. Bu değişimler yararlı olabileceği gibi, ölümcül sonuçlara neden olabilecek kadar da zararlı olabilir. Bu yüzden, bütün canlı hücreleri, evrim süreçleri boyunca nesillere değişmeden aktarılması gereken DNA molekülünü koruma mekanizmaları geliştirmişlerdir.
DNA dizilemesi, bir DNA molekülündeki nükleotit bazlarının sırasının belirlenmesidir.
İkileşme çatalı ya da Replikasyon çatalı replikasyon bölgesinde bulunan "Y" şeklindeki kromozom bölgesidir.
Okazaki parçaları, DNA ikileşmesi sırasında nispeten kısa ve parçalar halinde bulunan zincirlere denir.
Kesintisiz zincir, öncü iplik ya da Leading strand DNA zincirinde ikileşme çatalı açıldıkça, kesintili zincirin karşısında yer alan zincirdir.
Prokaryotik hücrelerin DNA ikileşmesinde, ikili sarmal açılır ve sentezin başladığı yer olan ikileşme çatalı oluşur. Proteinler açılan sarmalı kararlı kılar ve ikileşme çatalının önünde oluşan sarılma gerilimini hafifletirler. Sentez, kalıp boyunca belirli bölgelerden RNA Primazın, DNA Polimeraz III'ün polimerizasyonu başlatabileceği serbest 3'-OH ucunu sağlayan kısa bir RNA parçasını sentezlemesiyle başlar. İkili sarmalın antiparalel yapısından dolayı polimeraz III, kesintili zincirde 5'-3' yönünde sürekli DNA sentezi yapar. Çatalın solunda DNA sentezi 5'-3' yönünde kesintisiz olarak devam eder. Kesintili zincir denen karşı zincirde kısa Okazaki parçaları sentezlenir ve bu parçalar daha sonra DNA ligaz ile birleştirilir. DNA Polimeraz I, RNA primerini uzaklaştırır ve yerine DNA sentezler, ortaya çıkan polinükleotidler DNA ligaz ile birleştirilir. Böylece sentezi tamamlanan iki yeni çift dallı DNA molekülü birbirinden ayrılr ve biri atasal hücrede kalırken diğeri oğul hücreye gider.
Ökaryotlarda DNA ikileşmesi, oldukça karmaşık bir işlem olup, DNA sentezindeki bazı faktörlerin nasıl işlediği hala tam olarak çözümlenememiştir.
İkileşme orijini ya da Replikasyon orijini, kromozom üzerinde ikileşmenin başladığı ilk bölgedir. DNA ikileşmesi bu noktadan itibaren ya tek olarak devam eder ya da ikiye ayrılarak ikileşme çatalını oluşturur.
Moleküler biyolojide DNA ligaz iki DNA molekülünü uç uca birleştiren özel bir ligaz tipidir. DNA ligaz DNA tamiri, DNA ikileşmesinde rol oynar. Ayrıca, ökaryotlarda mayoz bölünmedeki krosoverde ve memelilerde, bağışıklık sisteminin çeşitliliğini sağlayan rekombinasyon süreçlerinde rol oynarlar. DNA ligaz enzimi moleküler biyoloji laboratuvarlarında rekombinant DNA uygulamalarında kullanılır.
Moleküler biyolojide bir baz çifti, birbirine ters doğrultuda iki DNA veya RNA zinciri üzerinde bulunan, biribirine hidrojen bağları ile bağlanmış iki nükleobazdır. Standart Watson-Crick baz eşleşmesinde, adenin (A), timin (T) ile, guanin de sitozin ile bir baz çifti oluşturur. RNA içinde olan baz çiftlerinde timin'in yerini urasil (U) alır. Watson-Crick tipi olmayan ve alternatif hidrojen bağlarıyla meydana gelmiş baz çiftleri de oluşabilir, özellikle RNA'da; bunlara Hoogsteen baz çiftlerinde de rastlanır.
DNA polimeraz, DNA replikasyonunu sağlayan bir enzimdir. Bu enzimler bir DNA ipliğini kalıp olarak kullanır, onu okuyup, onun boyunca deoksiribonükleotitlerin polimerizasyonunu katalizler. Yeni polimerleşmiş molekül kalıp ipliği tamamlayıcıdır ve kalıp ipliğin eski eşi ile aynı yapıya sahiptir.
Genetikte tavlama, yüksek sıcaklıkta bulunan bir nükleik asit çözeltisinin sıcaklığını yavaşça soğutulması sonucu, birbirini tamamlayıcı iplikler arasında baz çifti oluşması sürecidir. Bu terim genelde polimeraz zincir reaksiyonu sırasında bir primerin bir DNA zincirine bağlanması için kullanılır. Sıcaklığın yavaşça düşürülmesi, primerin hatalı DNA dizileri ile hibritleşmemesini sağlar. Terim ayrıca tamamlayıcı ipliklerin ısıyla ayrıştıktan sonra, soğurken tekrar birleşmesi için kullanılır.
Bağlama veya ligasyon, rekombinant DNA teknolojisinde klonlanacak geni taşıyan DNA parçaları ile vektörün bir enzim aracığılıyla birbirlerine bağlanması işlemine denir. Bu işlem için ligaz cinsi enzimler görev yapar. Örneğin, DNA Ligaz enzimi 1970'li yıllarda I. Robert Lehman ve ekibi tarafından saflaştırılmış ve karakterize edilmiştir.
Rekombinant seçimi, rekombinant DNA teknolojisinde meydana getirilen rekombinant denilen yeni gen yapılarını taşıyan klonlardan istenilen özellikleri taşıyanları diğerlerinden ayıklama işlemine denir.
Nükleaz, nükleik asitleri kısmen veya tamamen parçalayan bir enzim tipidir. Bu enzimler gerek sindirim sisteminde, gerek de hücre içinde, örneğin hata tamiri, gen regülasyonu, viral savunma gibi önemli işlevlerin gerçekleşmesinde rol oynarlar. Nükleazlar, tiplerine bağlı olarak, DNA ve RNA zincirlerini çeşitli biçimlerde kesebilirler. Gen mühendisliğinde farklı nükleazlar DNA moleküllerinin arzu edilen biçime sokulmasında, ayrıca DNA ve RNA moleküllerinin yapılarının anlaşılmasında birer araç olarak kullanılır.
Biyokimyada bir ters transkriptaz veya RNA'ya bağımlı DNA polimeraz, tek iplikli bir RNA molekülü okuyup tek iplikli DNA üreten bir DNA polimeraz enzimidir. Bu enzim, ayrıca, RNA tek iplikli cDNA şeklinde okunduktan sonra çift iplikli DNA oluşmasında da görev alır. Normal transkripsiyon DNA'dan RNA sentezidir; dolayısıyla ters transkripsiyon bu sürecin tersidir.
DNA kıskacı, kayar kıskaç olarak da bilinir, DNA ikileşmesinde ilerleyicilik-sağlayıcı bir faktör olarak görev yapan bir protein, ayrıca bu proteinde bulunan bir katlanma yapısıdır. DNA polimeraz III holoenziminin önemli bir parçası olarak, kıskaç protein DNA polimeraza bağlanır ve enzimin DNA'nın kalıp ipliğinden ayrışmasını engeller. DNA sentez reaksiyonunun hız sınırlayıcı adımı polimerazın DNA kalıbına bağlanması olduğu için, kayar kıskacın var olması, her birleşme olayı için polimerazın uzayan ipliğe eklediği nükleotit sayısını dramatik olarak artırır. Bunun nedeni, kıskaçla polimeraz arasındaki protein-protein etkileşimlerinin daha kuvetli ve daha spesifik olmasıdır, polimeraz-DNA iplik etkileşimine kıyasla. DNA kıskacının varlığı DNA sentez hızını 1000 katı hızlandırır, süreçlenmesiz polimeraza kıyasla.
Eksonükleaz bir nükleik asit zincirinin ucundan nükleotitleri teker teker kesen enzimdir. Bu zincirlerin 3' veya 5' uçlarındaki fosfodiester bağlarını kıran bir hidroliz tepkimesi olur, bu yüzden bu enzimler fosfoesteraz olarak tanımlanabilirler. Buna karşın, bir diğer fosfoesteraz tipi olan endonükleazlar bir polinükleotit zincirlerinin ortasındaki fosfodiester bağlarını keser.
Deaminasyon bir molekülden bir amino grubunun çıkarılması. Bu reaksiyonu katalizleyen enzimler deaminaz olarak adlandırılır.
