אחד התהליכים החשובים בזמן חלוקת התא הוא שכפול החומר התורשתי – הדנ"א. התהליך הזה חייב להתבצע בדיוק רב על מנת שלא יפלו בו טעויות. מעורבים בו אנזימים רבים, שפותחים את הדנ"א, מסנתזים את הגדיל המקביל בו וכמובן עושים בקרת איכות כדי למנוע שגיאות בשכפול.
שכפול דנ"א|Science Photo Library
לפני שתא מתחלק עליו להכפיל את החומר התורשתי שלו. התהליך הזה מורכב משני חלקים עיקריים: פתיחת הדנ"א וסינתזה שלו.
בשלב הראשון האנזים הליקאז מגיע ופותח אזורים בדנ"א כדי לפצל אותו לשני הגדילים, שכל אחד מהם ישוכפל בנפרד. חלבונים מיוחדים, שמסומנים בסרטון בכדורים צהובים, מונעים מהדנ"א להתאחות מחדש.
גדיל הדנ"א הראשון הוא הגדיל המוביל, שהדנ"א מסונתז עליו מקצה 5 לקצה 3 (כיוון שמוכתב על ידי מבנה חומצות הגרעין) באמצעות האנזים דנ"א פולימראז. בגדיל השני יש בעיה: הדנ"א פולימראז יודע לסנתז דנ"א רק בכיוון אחד, כך שבגדיל המשלים הוא אינו יכול לסנתז ברצף ולכן חייב לסנתז בקטעים קטנים שנקראים קטעי אוקוזקי.
אחת המגבלות של הדנ"א פולימראז היא שהוא צריך מקטע דנ"א-RNA משלים "להתיישב עליו", ורק ממנו הוא יכול להתחיל לסנתז. לשם כך קיים האנזים RNA פרימאז, שיוצר קטעים משלימים קטנים של RNA על הגדיל המשלים (פריימרים), והדנ"א פולימראז "מתיישב" עליהם ומסנתז את הדנ"א. אנזים נוסף מחליף את מקטע ה-RNA בדנ"א, ולבסוף האנזים ליגאז מחבר את הקטעים השונים וסוגר את הדנ"א החדש: גדיל ישן עם הגדיל המשלים שלו שהורכב עכשיו.
סינתזת הדנ"א|Sciene Photo Library
הדנ"א פולימראז הוא אנזים המפתח בתהליך זה. יש כמה סוגים שלו שכל אחד מהם יש תפקיד אחר ומאפיינים שונים. יש כאלה שעושים בקרת איכות לדנ"א ומתקנים טעויות שנעשו בסינתזה ואחרים מחליפים RNA בדנ"א בקטעי אוקוזקי. בתעשייה המיקרוביולוגית עושים שימוש נרחב בדנ"א פולימראז, בעיקר בשיטת ה-PCR שכרוכה בשכפול של קטעי דנ"א. כדי לאפשר שם את השכפול, במקום להשתמש בפרימאז עושים שימוש בקטעי דנ"א קטנים שמתאימים לקצות הדנ"א המשוכפל – פריימרים (תחלים).
שכפול הדנ"א הוא למעשה התהליך שמגדיר את החיים. לפי תיאוריות מסוימות החיים החלו במולקולה דמוית דנ"א או RNA שידעה לשכפל את עצמה.
