Jedną z ogólnych cech żywych komórek jest to, że się dzielą. Zanim jedna komórka może przekształcić się w dwie, komórka musi wykonać kopię swojego DNA lub kwasu dezoksyrybonukleinowego, który zawiera jej informację genetyczną. Komórki eukariotyczne przechowują DNA w chromosomach zamkniętych w błonach jądra komórkowego. Bez wielu źródeł replikacji replikacja trwałaby znacznie dłużej i spowolniłaby wzrost komórek.
DNA 101
DNA to długołańcuchowa cząsteczka ze szkieletem naprzemiennych grup cukrowych i fosforanowych. Jedna z czterech zasad nukleotydowych – pierścieniowych cząsteczek zawierających azot – zwisa z każdej grupy cukrowej. Dwie nici DNA tworzą strukturę podwójnej helisy, w której zasada w każdym miejscu cukru wiąże się z komplementarną zasadą na siostrzanej nici. Dozwolone są tylko niektóre pary, więc jeśli zidentyfikujesz bazę na jednej nitce, wiesz, że baza znajduje się w tej samej pozycji na drugiej nitce.
Chromosomy
U eukariontów chromosomy są cylindrycznymi strukturami chromatyny, która jest mieszaniną białek DNA i histonów. Komórki ludzkie mają 23 pary chromosomów, po jednej parze od każdego rodzica. Ludzki chromosom zawiera około 150 milionów par zasad. Chromatyna jest ciasno zwinięta, aby skompresować DNA tak, aby pasowało do komórki. Gdybyś ułożył od końca do końca całe DNA w ludzkiej komórce, mierzyłoby to około 6 stóp. Aby nastąpiła replikacja, helisa DNA musi zostać rozwinięta tuż przed kopiowaniem.
Replikacja
Komórki eukariotyczne zmieniają się między wzrostem a podziałem, a DNA jest replikowane podczas fazy wzrostu. DNA wchodzi w stan rozluźnienia, który umożliwia dostęp polimerazie DNA, enzymowi kopiującemu każdą nić. Inny enzym, helikaza, najpierw oddziela dwa stanowiska w regionie zwanym początkiem replikacji. Każda nić służy jako matryca dla nowej nici z komplementarną sekwencją zasad nukleotydowych. Bańka replikacyjna otaczająca cząsteczkę polimerazy porusza się wzdłuż każdej nici DNA podczas operacji kopiowania. Stare i nowe nici łączą się z tyłu bańki.
Wymagania czasowe
Polimeraza DNA może transkrybować chromosomy eukariotyczne z szybkością około 50 par zasad na sekundę. Gdyby chromosom miał tylko jeden początek replikacji, kopiowanie jednej helisy DNA zajęłoby około miesiąca. Używając wielu źródeł, komórka może replikować helisę w około godzinę, co daje 720-krotne przyspieszenie. Podczas tego procesu wiele pęcherzyków replikacji na każdym chromosomie wytwarza małe odcinki DNA, które są następnie łączone ze sobą, tworząc gotowy produkt. Zaletą wielu źródeł jest to, że umożliwia stosunkowo szybki podział komórek i wzrost organizmu. Na przykład ludzka matka musiałaby nosić płód przez 540 lat przed porodem, gdyby musiała polegać na pojedynczym początku replikacji na każdym chromosomie.