En las células eucariotas, la replicación del ADN está muy conservada y estrictamente regulada. Múltiples cromosomas lineales deben duplicarse con alta fidelidad antes de la división celular, por lo que hay muchas proteínas que cumplen funciones especializadas en el proceso de replicación. La replicación ocurre en tres fases: iniciación, elongación y terminación, y termina con dos juegos completos de cromosomas en el núcleo.

Muchas proteínas orquestan la replicación en el origen

La replicación eucariota sigue muchos de los mismos principios que la replicación del ADN procariota, pero debido a que el genoma es mucho más grande y los cromosomas son lineales en lugar de circulares, el proceso requiere más proteínas y tiene algunas diferencias clave. En primer lugar, a diferencia de los procariotas, la replicación en los eucariotas ocurre simultáneamente en múltiples orígenes de replicación a lo largo de cada cromosoma. Las proteínas iniciadoras reconocen y se unen a estos orígenes y reclutan proteínas helicasa para desenrollar la doble hélice del ADN. En cada punto de origen, se forman dos bifurcaciones de replicación. Luego, Primase agrega cebadores de ARN cortos a las hebras individuales de ADN, que sirven como punto de partida para que la ADN polimerasa se una y comience a copiar la secuencia. El ADN solo se puede sintetizar en la dirección de 5' a 3', por lo que la replicación de ambas hebras a partir de una sola horquilla de replicación procede en dos direcciones diferentes. La hebra principal se sintetiza continuamente, mientras que la hebra rezagada se sintetiza en tramos cortos de 100 a 200 pares de bases de longitud, llamados fragmentos de Okazaki. Una vez que se completa la mayor parte de la replicación, las enzimas ARNasa eliminan los cebadores de ARN, la ADN polimerasa llena los vacíos y la ADN ligasa sella los espacios en la nueva hebra.

División del trabajo de replicación entre las polimerasas

La carga de trabajo de copiar ADN en eucariotas se divide entre múltiples tipos diferentes de enzimas ADN polimerasa. Las principales familias de ADN polimerasas de todos los organismos se clasifican por la similitud de sus estructuras proteicas y secuencias de aminoácidos. Las primeras familias en ser descubiertas fueron denominadas A, B, C y X, y las familias Y y D fueron identificadas más tarde. Las polimerasas de la familia B en eucariotas incluyen Pol α, que también funciona como primasa en la horquilla de replicación, y Pol δ y ε, las enzimas que realizan la mayor parte del trabajo de replicación del ADN en las hebras principales y rezagadas de la plantilla, respectivamente. Otras ADN polimerasas son responsables de tareas como la reparación del daño en el ADN, la copia del ADN mitocondrial y del plástido, y el relleno de los huecos en la secuencia de ADN en la hebra rezagada después de que se eliminan los cebadores de ARN.

Los telómeros protegen los extremos de los cromosomas de la degradación

Debido a que los cromosomas eucariotas son lineales, son susceptibles a la degradación en los extremos. Para proteger la información genética importante del daño, los extremos de los cromosomas contienen muchas repeticiones no codificantes de ADN rico en G altamente conservado, los telómeros. Un saliente corto de una sola cadena de 3' en cada extremo del cromosoma interactúa con proteínas especializadas, que estabilizan el cromosoma dentro del núcleo. Debido a la forma en que se sintetiza la hebra rezagada, una pequeña cantidad del ADN telomérico no se puede replicar con cada división celular. Como resultado, los telómeros se acortan gradualmente en el transcurso de muchos ciclos celulares y, por lo tanto, pueden medirse como un marcador de envejecimiento celular. Ciertas poblaciones de células, como las células germinales y las células madre, expresan telomerasa, una enzima que alarga los telómeros, lo que permite que la célula se someta a más ciclos celulares antes de que los telómeros se acorten.