Il vantaggio di avere molte origini di replicazione in un cromosoma eucariotico

Una caratteristica generale delle cellule viventi è che si dividono. Prima che una cellula possa trasformarsi in due, la cellula deve fare una copia del suo DNA, o acido desossiribonucleico, che contiene le sue informazioni genetiche. Le cellule eucariotiche immagazzinano il DNA in cromosomi racchiusi all'interno delle membrane di un nucleo cellulare. Senza più origini di replicazione, la replica richiederebbe molto più tempo e rallenterebbe la crescita cellulare.

Il DNA è una molecola a catena lunga con una spina dorsale di zuccheri alternati e gruppi fosfato. Una delle quattro basi nucleotidiche - molecole a forma di anello contenenti azoto - pende da ogni gruppo di zucchero. Due filamenti di DNA formano una struttura a doppia elica in cui la base in ogni posizione dello zucchero si lega alla sua base complementare sul filamento gemello. Sono consentiti solo determinati accoppiamenti, quindi se identifichi una base su un filo, conosci la base nella stessa posizione sull'altro filo.

Negli eucarioti, i cromosomi sono strutture cilindriche della cromatina, che è una miscela di DNA e proteine ​​istoniche. Le cellule umane hanno 23 paia di cromosomi, un membro di una coppia da ciascun genitore. Un cromosoma umano contiene circa 150 milioni di paia di basi. La cromatina è strettamente piegata per comprimere il DNA in modo che si inserisca in una cellula. Se disponessi da capo a capo tutto il DNA in una cellula umana, misurerebbe circa 6 piedi. Affinché avvenga la replicazione, l'elica del DNA deve essere srotolata appena prima della copia.

Le cellule eucariotiche si alternano tra crescita e divisione e il DNA viene replicato durante la fase di crescita. Il DNA entra in uno stato rilassato che consente l'accesso alla DNA polimerasi, l'enzima che copia ciascun filamento. Un altro enzima, l'elicasi, separa prima i due supporti in una regione chiamata origine di replicazione. Ogni filamento funge da modello per un nuovo filamento con una sequenza complementare di basi nucleotidiche. Una bolla di replicazione che circonda la molecola della polimerasi si muove lungo ciascun filamento di DNA durante l'operazione di copiatura. I fili vecchi e nuovi si uniscono nella parte posteriore della bolla.

La DNA polimerasi può trascrivere i cromosomi eucariotici a una velocità di circa 50 paia di basi al secondo. Se il cromosoma avesse un'unica origine di replicazione, ci vorrebbe circa un mese per copiare un'elica del DNA. Utilizzando origini multiple, la cellula può replicare un'elica in circa un'ora, un'accelerazione di 720 volte. Durante il processo, più bolle di replicazione su ciascun cromosoma producono piccoli tratti di DNA che vengono poi uniti insieme per formare il prodotto finito. Il vantaggio di origini multiple è che consente una divisione cellulare e una crescita dell'organismo relativamente rapide. Ad esempio, una madre umana dovrebbe portare in grembo un feto per 540 anni prima di partorire se dovesse dipendere da un'unica origine di replicazione su ciascun cromosoma.