Canlının bütün kalıtsal özellikleri DNA’ sında bulunur. Hücre bölünmesi öncesinde DNA kendini eşleyerek kopyasını oluşturur. Böylece bölünme sonrası oluşan hücrelere kalıtım materyali eşit olarak aktarılır. DNA’nın kendini eşleyerek kopyasını oluşturmasına replikasyon denir.
DNA molekülü kendini yarı korunumlu olarak eşler. Yarı korunumlu eşlemede DNA’nın iki zincirli sarmalı açılarak her bir zincir kalıp görevi görür. Kalıp olarak kullanılan DNA zincirleri kendilerine yeni bir DNA ipliği oluşturur. Yarı korunumlu eşleme tamamlandığında oluşan DNA moleküllerindeki ipliklerden biri eski, diğeri yeni zincirdir.
1958 yılında Matthew Meselson (Methiv Meselsın) ve Franklin Stahl (Franklin Sıtal) yaptıkları deneyler sonucunda DNA’ nın kendini yarı korunumlu eşlediğini ispat ettiler. Bu deneylerde E.coli bakterilerini ağır azot (15N) atomu içeren bir besin ortamında çoğaltarak E. coli kültürünü hazırladılar. Böylece kültürdeki tüm bakterilerin DNA’ larının ağır azot içermesini sağladılar. Bakterileri santrifüj ettiklerinde bantlaşmanın tüpün altında oluştuğunu gözlemlediler. Daha sonra bu bakterileri normal azot (14N) içeren ortama koyarak 20 dk. beklediler. Böylece burada bir nesil çoğalmalarını sağladılar.
Bakterileri santrifüj ettiklerinde bantlaşmanın tüpün ortasında oluştuğunu gözlemlediler çünkü bakteri DNA’ larının bir ipliği ağır azot (15N), diğer ipliği normal azot (14N) içermekteydi yani tüpteki DNA moleküllerinin tamamı melezdi. Daha sonra bu bakterileri aynı ortamda 20 dk. daha bekleterek iki nesil çoğalmalarını sağladılar. Bakterileri santrifüj ettiklerinde hem ortada hem üstte bantlaşma oluştuğunu gözlemlediler. Bunun nedeni ise oluşan bakteri DNA’ larının % 50’sinin normal azot (14N14N) içermesi, % 50’sinin melez (14N15N) olmasıydı. Matthew Meselson ve Franklin Stahl bu sonuçlardan yola çıkarak, DNA’ nın kendini eşlerken ipliklerinden birini koruduğunu, korunan ipliğin karşısına ortamdaki maddeleri kullanarak yeni iplik oluşturduğu çıkarımına vardılar.
DNA’ nın yarı korunumlu olarak kendini eşlemesinde helikaz, DNA polimeraz ve DNA ligaz adı verilen üç enzim görev alır:
Helikaz enzimi: DNA’nın kendini eşlemesi için çift sarmal zincirlerin açılması gerekir. Helikaz enzimi, replikasyon başlamadan önce DNA sarmalındaki azotlu organik bazlar arasındaki zayıf hidrojen bağlarını kopararak sarmal zincirleri birbirinden ayırır. DNA sarmalını oluşturan zincirlerin birbirinden ayrılmış bu hâline replikasyon çatalı denir. Ayrılan zincirler replikasyon sırasında kalıp zincir görevi görür.
DNA polimeraz enzimi: Replikasyon sırasında açılan DNA ipliklerinin karşısına uygun nükleotitleri (adeninin karşısına timin, guaninin karşısına sitozin) getirerek yeni ipliklerin sentezlenmesini sağlar. Böylece iki tane çift zincirli DNA molekülü sentezlenmiş olur. DNA polimeraz enzimi, replikasyon dışında DNA ipliğinde meydana gelen hataların onarılmasını da sağlar.
DNA ligaz enzimi: Replikasyon sırasında oluşturulan DNA parçacıklarını fosfodiester bağıyla birleştirerek tam bir zincir oluşumasını sağlar.
DNA’nın replikasyonu genel olarak ökaryot ve prokaryot hücrelerde benzer şekilde gerçekleşir. Prokaryotların DNA’sı halkasal olduğu için replikasyon, replikasyon orijini adı verilen özel bölgeden başlar, iki yönde devam ederek tek noktada sonlanır. Sonuçta birbirinin aynısı olan iki halkasal DNA elde edilir.
Ökaryot hücrelerde DNA doğrusaldır ve fazla sayıda replikasyon orijini bulundurur. Ökaryotlarda replikasyon orijinine helikaz enzimi bağlanarak DNA’nın sarmal (helix) yapısı açılır. Daha sonra açılan DNA iplikleri kalıp olarak kullanılarak karşılarına DNA polimeraz enzimi ile yeni iplikler sentezlenir.
