La ventaja de tener muchos orígenes de replicación en un cromosoma eucariota

Una característica general de las células vivas es que se dividen. Antes de que una célula pueda convertirse en dos, la célula debe hacer una copia de su ADN, o ácido desoxirribonucleico, que contiene su información genética. Las células eucariotas almacenan ADN en cromosomas encerrados dentro de las membranas de un núcleo celular. Sin múltiples orígenes de replicación, la replicación tomaría mucho más tiempo y ralentizaría el crecimiento celular.

El ADN es una molécula de cadena larga con una columna vertebral de grupos de azúcar y fosfato alternados. Una de las cuatro bases de nucleótidos, moléculas en forma de anillo que contienen nitrógeno, cuelga de cada grupo de azúcar. Dos hebras de ADN forman una estructura de doble hélice en la que la base en cada ubicación del azúcar se une a su base complementaria en la hebra hermana. Solo se permiten ciertos emparejamientos, por lo que si identifica una base en una hebra, sabrá que la base está en la misma posición en la otra hebra.

En eucariotas, los cromosomas son estructuras cilíndricas de cromatina, que es una mezcla de proteínas de ADN e histonas. Las células humanas tienen 23 pares de cromosomas, un miembro de un par de cada padre. Un cromosoma humano contiene alrededor de 150 millones de pares de bases. La cromatina se pliega firmemente para comprimir el ADN de modo que encaje en una célula. Si dispusiera de un extremo a otro todo el ADN de una célula humana, mediría alrededor de 6 pies. Para que se produzca la replicación, la hélice de ADN debe desenrollarse justo antes de la copia.

Las células eucariotas alternan entre crecimiento y división, y el ADN se replica durante la fase de crecimiento. El ADN entra en un estado relajado que permite el acceso de la ADN polimerasa, la enzima que copia cada hebra. Otra enzima, la helicasa, primero separa los dos rodales en una región llamada origen de replicación. Cada hebra sirve como molde para una nueva hebra con una secuencia complementaria de bases de nucleótidos. Una burbuja de replicación que rodea a la molécula de polimerasa se mueve a lo largo de cada hebra de ADN durante la operación de copia. Las hebras viejas y nuevas se unen en la parte trasera de la burbuja.

La ADN polimerasa puede transcribir cromosomas eucariotas a una velocidad de aproximadamente 50 pares de bases por segundo. Si el cromosoma tuviera un solo origen de replicación, tomaría alrededor de un mes copiar una hélice de ADN. Al usar múltiples orígenes, la célula puede replicar una hélice en aproximadamente una hora, una aceleración de 720 veces. Durante el proceso, múltiples burbujas de replicación en cada cromosoma producen pequeñas longitudes de ADN que luego se empalman para formar el producto terminado. La ventaja de los orígenes múltiples es que permite una división celular y un crecimiento de organismos relativamente rápidos. Por ejemplo, una madre humana tendría que tener un feto durante 540 años antes de dar a luz si tuviera que depender de un solo origen de replicación en cada cromosoma.