Az élő sejtek egyik általános jellemzője, hogy osztódnak. Mielőtt az egyik sejt ketté válhat, a sejtnek le kell másolnia DNS-ét vagy dezoxiribonukleinsavat, amely tartalmazza a genetikai információit. Az eukarióta sejtek a DNS-t a sejtmag membránjaiba zárt kromoszómákban tárolják. Többszörös replikációs origó nélkül a replikáció sokkal hosszabb időt vesz igénybe és lelassítja a sejtek növekedését.
DNS 101
A DNS egy hosszú láncú molekula, amelynek gerincét váltakozó cukor- és foszfátcsoportok alkotják. A négy nukleotidbázis - nitrogéntartalmú gyűrű alakú molekulák - egyike lóg minden cukorcsoportról. A DNS két szála kettős spirális szerkezetet képez, amelyben az egyes cukorhelyek bázisa a testvérszálon lévő komplementer bázisához kötődik. Csak bizonyos párosítások megengedettek, tehát ha azonosít egy bázist az egyik szálon, akkor a bázist ugyanabban a helyzetben ismeri a másik szálon.
Kromoszómák
Az eukariótákban a kromoszómák henger alakú kromatinszerkezetek, amelyek DNS és hiszton fehérjék keveréke. Az emberi sejtekben 23 pár kromoszóma van, mindegyik szülőtől egy pár tag. Egy emberi kromoszóma körülbelül 150 millió bázispárt tartalmaz. A kromatint szorosan összehajtják, hogy összenyomják a DNS-t, hogy az beilleszkedjen egy sejtbe. Ha az emberi sejt összes DNS-jét a végére helyezné, akkor az körülbelül 6 láb lehet. A replikáció bekövetkeztéhez a DNS-spirált közvetlenül a másolás előtt le kell tekerni.
Replikáció
Az eukarióta sejtek váltakoznak a növekedés és az osztódás között, és a DNS a növekedési szakaszban replikálódik. A DNS nyugodt állapotba kerül, amely lehetővé teszi az egyes szálakat lemásoló enzim, a DNS-polimeráz hozzáférését. Egy másik enzim, a helikáz, először választja el a két állományt egy replikációs origónak nevezett régióban. Mindegyik szál templátként szolgál egy új szálhoz nukleotidbázisok komplementer szekvenciájával. A polimeráz molekulát körülvevő replikációs buborék az egyes DNS-szálak mentén mozog a másolási művelet során. A régi és az új szál a buborék hátulján összekapcsolódik.
Időzítési követelmények
A DNS-polimeráz kb. 50 bázispár / másodperc sebességgel képes átírni az eukarióta kromoszómákat. Ha a kromoszómának csak egyetlen replikációs origója lenne, akkor egy DNS-spirál másolása körülbelül egy hónapot vesz igénybe. Több origó felhasználásával a sejt körülbelül egy óra alatt képes megismételni a spirálot, 720-szoros gyorsítást. A folyamat során az egyes kromoszómákon többszörös replikációs buborékok aprítják ki a DNS hosszúságát, majd ezeket összekapcsolva a végterméket alkotják. A több eredet előnye, hogy viszonylag gyors sejtosztódást és organizmus növekedést tesz lehetővé. Például egy emberi anyának 540 évig magzatot kellene hordoznia a szülés előtt, ha az egyes kromoszómák egyetlen replikációs eredetétől kellene függenie.