Το πλεονέκτημα της δημιουργίας πολλών αντιγράφων σε ένα ευκαρυωτικό χρωμόσωμα

Ένα γενικό χαρακτηριστικό των ζωντανών κυττάρων είναι ότι διαιρούνται. Προτού ένα κύτταρο μπορεί να μετατραπεί σε δύο, το κύτταρο πρέπει να δημιουργήσει ένα αντίγραφο του DNA του ή του δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος, το οποίο περιέχει τις γενετικές του πληροφορίες. Τα ευκαρυωτικά κύτταρα αποθηκεύουν DNA σε χρωμοσώματα εγκλεισμένα εντός των μεμβρανών ενός κυτταρικού πυρήνα. Χωρίς πολλαπλές προελεύσεις αναπαραγωγής, η αναπαραγωγή θα διαρκέσει πολύ περισσότερο και θα επιβραδύνει την ανάπτυξη των κυττάρων.

Το DNA είναι ένα μόριο μακράς αλυσίδας με ραχοκοκαλιά εναλλασσόμενων ομάδων σακχάρου και φωσφορικών. Μία από τις τέσσερις νουκλεοτιδικές βάσεις - μόρια σε σχήμα δακτυλίου που περιέχουν άζωτο - κρέμεται από κάθε ομάδα σακχάρου. Δύο κλώνοι του DNA σχηματίζουν μια δομή διπλής έλικας στην οποία η βάση σε κάθε θέση σακχάρου συνδέεται με τη συμπληρωματική βάση της στον αδελφό κλώνο. Επιτρέπονται μόνο συγκεκριμένα ζευγάρια, οπότε αν προσδιορίσετε μια βάση σε ένα σκέλος, γνωρίζετε τη βάση στην ίδια θέση με την άλλη πτυχή.

Στα ευκαρυωτικά, τα χρωμοσώματα είναι κυλινδρικές δομές χρωματίνης, που είναι ένα μείγμα πρωτεϊνών DNA και ιστόνης. Τα ανθρώπινα κύτταρα έχουν 23 ζεύγη χρωμοσωμάτων, ένα ζεύγος μέλος από κάθε γονέα. Ένα ανθρώπινο χρωμόσωμα περιέχει περίπου 150 εκατομμύρια ζεύγη βάσεων. Η χρωματίνη διπλώνεται σφιχτά για να συμπιέσει το DNA έτσι ώστε να χωράει σε ένα κελί. Εάν σχεδιάζατε το άκρο για να τερματίσετε όλο το DNA σε ένα ανθρώπινο κύτταρο, θα είχε μέγεθος περίπου 6 πόδια. Για να γίνει αναπαραγωγή, η έλικα του DNA πρέπει να ξετυλιχτεί λίγο πριν από την αντιγραφή.

Τα ευκαρυωτικά κύτταρα εναλλάσσονται μεταξύ ανάπτυξης και διαίρεσης, και το DNA αντιγράφεται κατά τη διάρκεια της φάσης ανάπτυξης. Το DNA εισέρχεται σε μια χαλαρή κατάσταση που επιτρέπει την πρόσβαση από DNA πολυμεράση, το ένζυμο που αντιγράφει κάθε κλώνο. Ένα άλλο ένζυμο, η ελικάση, διαχωρίζει πρώτα τις δύο βάσεις σε μια περιοχή που ονομάζεται αρχή αντιγραφής. Κάθε κλώνος χρησιμεύει ως πρότυπο για ένα νέο κλώνο με συμπληρωματική αλληλουχία νουκλεοτιδικών βάσεων. Μια φυσαλίδα αντιγραφής που περιβάλλει το μόριο πολυμεράσης κινείται κατά μήκος κάθε κλώνου DNA κατά τη διάρκεια της αντιγραφής. Τα παλιά και νέα σκέλη φερμουάρ μαζί στο πίσω μέρος της φυσαλίδας.

Η DNA πολυμεράση μπορεί να μεταγράψει ευκαρυωτικά χρωμοσώματα με ρυθμό περίπου 50 ζευγών βάσεων ανά δευτερόλεπτο. Εάν το χρωμόσωμα είχε μόνο μία αρχή αντιγραφής, θα χρειαζόταν περίπου ένας μήνας για να αντιγράψετε μία έλικα DNA. Χρησιμοποιώντας πολλαπλές προελεύσεις, το κελί μπορεί να αντιγράψει μια έλικα σε περίπου μία ώρα, μια ταχύτητα 720 φορές. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, πολλαπλές φυσαλίδες αναπαραγωγής σε κάθε χρωμόσωμα δημιουργούν μικρά μήκη DNA που στη συνέχεια μαζεύονται μαζί για να σχηματίσουν το τελικό προϊόν. Το πλεονέκτημα πολλαπλών προελεύσεων είναι ότι επιτρέπει σχετικά γρήγορη διαίρεση των κυττάρων και την ανάπτυξη του οργανισμού. Για παράδειγμα, μια ανθρώπινη μητέρα θα έπρεπε να φέρει ένα έμβρυο για 540 χρόνια προτού γεννήσει εάν έπρεπε να εξαρτάται από μια μοναδική αρχή αντιγραφής σε κάθε χρωμόσωμα.