Yksi elävien solujen yleinen piirre on, että ne jakautuvat. Ennen kuin yksi solu voi muuttua kahdeksi, solun on tehtävä kopio DNA: sta tai deoksiribonukleiinihaposta, joka sisältää sen geneettisen tiedon. Eukaryoottisolut varastoivat DNA: ta kromosomeihin, jotka ovat suljettuina solun ytimen membraaneihin. Ilman useita replikaatiolähteitä replikaatio kestää paljon kauemmin ja hidastaa solujen kasvua.
DNA 101
DNA on pitkäketjuinen molekyyli, jonka selkäranka on vuorotellen sokeri- ja fosfaattiryhmiä. Yksi neljästä nukleotidiemäksestä - renkaan muotoiset typpeä sisältävät molekyylit - roikkuu jokaisen sokeriryhmän päällä. Kaksi DNA-säiettä muodostaa kaksoiskierre-rakenteen, jossa kussakin sokeripaikassa oleva emäs sitoutuu sisarnauhassa olevaan komplementaariseen pohjaan. Vain tietyt pariliitokset ovat sallittuja, joten jos tunnistat pohjan yhdelle säikeelle, tunnet pohjan samassa asennossa toisella säikeellä.
Kromosomit
Eukaryooteissa kromosomit ovat sylinterimäisiä kromatiinin rakenteita, joka on seos DNA: sta ja histoniproteiineista. Ihmissoluissa on 23 kromosomiparia, yksi parijäsen kustakin vanhemmasta. Ihmisen kromosomi sisältää noin 150 miljoonaa emäsparia. Kromatiini on taitettu tiiviisti DNA: n pakkaamiseksi siten, että se mahtuu soluun. Jos laittaisit kaiken ihmisen solun DNA: n päähän, se olisi noin 6 jalkaa. Jotta replikaatio tapahtuisi, DNA-kierukka on kelattava juuri ennen kopiointia.
Replikointi
Eukaryoottisolut vaihtelevat kasvun ja jakautumisen välillä, ja DNA replikoituu kasvuvaiheen aikana. DNA siirtyy rentoon tilaan, joka sallii pääsyn DNA-polymeraasilla, entsyymillä, joka kopioi jokaisen juosteen. Toinen entsyymi, helikaasi, erottaa ensin kaksi jalustaa alueella, jota kutsutaan replikaation aloitukseksi. Jokainen juoste toimii mallina uudelle juosteelle, jolla on komplementaarinen nukleotidiemästen sekvenssi. Polymeraasimolekyyliä ympäröivä replikaatiokupli liikkuu kutakin DNA-juosetta pitkin kopioinnin aikana. Vanhat ja uudet säikeet vetävät yhteen kuplan takaosassa.
Ajoitusvaatimukset
DNA-polymeraasi voi transkriptoida eukaryoottisia kromosomeja nopeudella noin 50 emäsparia sekunnissa. Jos kromosomilla olisi vain yksi replikaation aloituskohta, yhden DNA-kierteen kopioiminen kestää noin kuukauden. Käyttämällä useita lähtöpaikkoja solu voi replikoida kierteen noin tunnissa, 720-kertaisella nopeudella. Prosessin aikana useissa replikaatiokuplissa kussakin kromosomissa on pieniä DNA-pituuksia, jotka sitten liitetään yhteen lopullisen tuotteen muodostamiseksi. Usean alkuperän etuna on, että se mahdollistaa suhteellisen nopean solujen jakautumisen ja organismin kasvun. Esimerkiksi ihmisäiti joutuisi kantamaan sikiötä 540 vuoden ajan ennen synnytystä, jos hänen täytyisi olla riippuvainen yksittäisestä replikaation alkuperästä kussakin kromosomissa.