Het voordeel van veel replicatieoorsprongen in een eukaryoot chromosoom

Een algemeen kenmerk van levende cellen is dat ze zich delen. Voordat een cel in twee kan veranderen, moet de cel een kopie maken van zijn DNA, of deoxyribonucleïnezuur, dat zijn genetische informatie bevat. Eukaryote cellen slaan DNA op in chromosomen die zijn ingesloten in de membranen van een celkern. Zonder meerdere replicatieoorsprongen zou replicatie veel langer duren en de celgroei vertragen.

DNA is een molecuul met een lange keten met een ruggengraat van afwisselende suiker- en fosfaatgroepen. Een van de vier nucleotidebasen - ringvormige moleculen die stikstof bevatten - hangt aan elke suikergroep. Twee strengen DNA vormen een dubbele helixstructuur waarin de base op elke suikerlocatie bindt aan zijn complementaire base op de zusterstreng. Alleen bepaalde paren zijn toegestaan, dus als u een base op de ene streng identificeert, kent u de base op dezelfde positie op de andere streng.

In eukaryoten zijn chromosomen cilindrische structuren van chromatine, een mengsel van DNA en histon-eiwitten. Menselijke cellen hebben 23 paar chromosomen, één paarlid van elke ouder. Een menselijk chromosoom bevat ongeveer 150 miljoen basenparen. Het chromatine wordt strak opgevouwen om het DNA samen te drukken zodat het in een cel past. Als je al het DNA in een menselijke cel van begin tot eind zou leggen, zou het ongeveer 1,80 meter lang zijn. Om replicatie te laten plaatsvinden, moet de DNA-helix net voor het kopiëren worden afgewikkeld.

Eukaryote cellen wisselen elkaar af tussen groei en deling, en DNA wordt tijdens de groeifase gerepliceerd. Het DNA komt in een ontspannen toestand die toegang mogelijk maakt voor DNA-polymerase, het enzym dat elke streng kopieert. Een ander enzym, helicase, scheidt eerst de twee stands in een gebied dat een replicatieoorsprong wordt genoemd. Elke streng dient als een sjabloon voor een nieuwe streng met een complementaire sequentie van nucleotidebasen. Een replicatiebel rond het polymerasemolecuul beweegt langs elke DNA-streng tijdens de kopieerbewerking. De oude en nieuwe strengen ritsen samen aan de achterkant van de bubbel.

DNA-polymerase kan eukaryote chromosomen transcriberen met een snelheid van ongeveer 50 basenparen per seconde. Als het chromosoom slechts één enkele oorsprong van replicatie had, zou het ongeveer een maand duren om één DNA-helix te kopiëren. Door meerdere oorsprongen te gebruiken, kan de cel een helix in ongeveer een uur repliceren, een 720-voudige versnelling. Tijdens het proces produceren meerdere replicatiebellen op elk chromosoom kleine stukjes DNA die vervolgens aan elkaar worden gesplitst om het eindproduct te vormen. Het voordeel van meerdere oorsprongen is dat het een relatief snelle celdeling en groei van organismen mogelijk maakt. Een menselijke moeder zou bijvoorbeeld 540 jaar vóór de bevalling een foetus moeten dragen als ze afhankelijk zou zijn van een enkele oorsprong van replicatie op elk chromosoom.