Nelle cellule eucariotiche, la replicazione del DNA è altamente conservata e strettamente regolata. Più cromosomi lineari devono essere duplicati con alta fedeltà prima della divisione cellulare, quindi ci sono molte proteine che svolgono ruoli specializzati nel processo di replicazione. La replicazione avviene in tre fasi: inizio, allungamento e terminazione e termina con due serie complete di cromosomi nel nucleo.

Molte proteine orchestrano la replicazione all'origine

La

replicazione eucariotica segue molti degli stessi principi della replicazione del DNA procariotico, ma poiché il genoma è molto più grande e i cromosomi sono lineari piuttosto che circolari, il processo richiede più proteine e presenta alcune differenze chiave. In primo luogo, a differenza dei procarioti, la replicazione negli eucarioti avviene simultaneamente a più origini di replicazione lungo ciascun cromosoma. Le proteine iniziatrici riconoscono e si legano a queste origini e reclutano le proteine dell'elicasi per svolgere la doppia elica del DNA. Ad ogni punto di origine, si formano due forcelle di replicazione. La primasi aggiunge quindi brevi primer di RNA ai singoli filamenti di DNA, che fungono da punto di partenza per la DNA polimerasi per legarsi e iniziare a copiare la sequenza. Il DNA può essere sintetizzato solo nella direzione da 5' a 3', quindi la replicazione di entrambi i filamenti da una singola forcella di replicazione procede in due direzioni diverse. Il filamento principale viene sintetizzato continuamente, mentre il filamento ritardato viene sintetizzato in brevi tratti di 100-200 coppie di basi di lunghezza, chiamati frammenti di Okazaki. Una volta completata la maggior parte della replicazione, gli enzimi RNasi rimuovono i primer dell'RNA, la DNA polimerasi riempie le lacune e la DNA ligasi sigilla le lacune nel nuovo filamento.

Dividere il lavoro di replicazione tra le polimerasi

Il carico di lavoro di copia del DNA negli eucarioti è suddiviso tra diversi tipi di enzimi DNA polimerasi. Le principali famiglie di DNA polimerasi in tutti gli organismi sono classificate in base alla somiglianza delle loro strutture proteiche e sequenze di amminoacidi. Le prime famiglie ad essere scoperte furono denominate A, B, C e X, con le famiglie Y e D identificate in seguito. Le polimerasi della famiglia B negli eucarioti includono Pol α, che funziona anche come primasi alla forcella di replicazione, e Pol δ e ε, gli enzimi che svolgono la maggior parte del lavoro di replicazione del DNA rispettivamente sui filamenti principali e ritardati del modello. Altre DNA polimerasi sono responsabili di compiti come la riparazione del danno al DNA, la copia del DNA mitocondriale e plastidale e il riempimento delle lacune nella sequenza di DNA sul filamento in ritardo dopo che i primer dell'RNA sono stati rimossi.

I telomeri proteggono le estremità dei cromosomi dalla degradazione

Poiché i cromosomi eucariotici sono lineari, sono suscettibili di degradazione alle estremità. Per proteggere importanti informazioni genetiche dai danni, le estremità dei cromosomi contengono molte ripetizioni non codificanti di DNA ricco di G altamente conservato, i telomeri. Una breve sporgenza di 3' a singolo filamento a ciascuna estremità del cromosoma interagisce con proteine specializzate, che stabilizzano il cromosoma all'interno del nucleo. A causa del modo in cui viene sintetizzato il filamento in ritardo, una piccola quantità di DNA telomerico non può essere replicata ad ogni divisione cellulare. Di conseguenza, i telomeri si accorciano gradualmente nel corso di molti cicli cellulari e quindi possono essere misurati come un marcatore dell'invecchiamento cellulare. Alcune popolazioni di cellule, come le cellule germinali e le cellule staminali, esprimono la telomerasi, un enzima che allunga i telomeri, consentendo alla cellula di subire più cicli cellulari prima che i telomeri si accorciano.