DNA複製は、高忠実度のDNA複製を達成するために協調した物質で作用するタンパク質の大きな複合体によって行われます。この複合体を合わせて、DNA複製機構またはレプリソームとして知られています。

先行鎖と遅行鎖の合成は、高度に調整されたプロセスです。これを説明するために、1980年にブルース・アルバーツによって「トロンボーンモデル」が提案されました。DNAループの形成は、プライマーが親の遅行鎖で合成されるときに始まります。このループは、岡崎フラグメントの合成に伴って成長し、フラグメントの合成が終了すると最終的に溶解します。その後、DNAポリメラーゼは別のプライマーに結合し、ループ形成から崩壊までの全サイクルが繰り返されます。このレプリソームにより、すべてのアクティビティをレプリケーションマシンコンプレックスとして調整できます。

Replisomeコンポーネント

ヘリカーゼは二本鎖DNAをほどき、分離します。これらの酵素は、原核生物では一六量体環として、真核生物では二六量体環として存在します。真核生物のヘリカーゼは、Cdc45 と GINS という追加のタンパク質に依存して機能しています。一本鎖 DNA 結合 (SSB) タンパク質は、DNA 鎖の再アニーリングを防ぎます。原核生物では SSB は 1 つのサブユニットで構成されていますが、真核生物では、SSB は複製プロテイン A (RPA) として知られるヘテロ三量体タンパク質です。

プリマーゼは、DNA合成の起点となる場所にRNAプライマーを付加します。原核生物では、プリマーゼはDnaGと呼ばれる単一のサブユニット酵素として存在し、約12ヌクレオチドのRNAプライマーを合成します。真核生物では、マルチサブユニット酵素であるDNAポリメラーゼ-αプライマーゼが、約25ヌクレオチドのRNA-DNAハイブリッドプライマーを合成します。ポリメラーゼαに加えて、複製ポリメラーゼは新しく合成されたDNAを伸長します。原核生物には1種類の複製ポリメラーゼであるDNAポリメラーゼIIIが存在しますが、真核生物には2つの異なるタイプの複製ポリメラーゼ、Pol εとPol δが存在し、それぞれ鎖の合成をリードしています。

スライディングクランプタンパク質は、ポリメラーゼをDNAテンプレートに結合させ続けます。ホモ二量体タンパク質であるβ-クランプは、原核生物のクランプとして機能します。真核生物では、ホモ三量体タンパク質である増殖細胞核抗原(PCNA)によって同じタスクが実行されます。スライディングクランプの中央の細孔は正に帯電しているため、DNAの負に帯電したリン酸骨格と静電相互作用を起こすことができます。クランプは、クランプローダーによってDNAに取り付けられます。これらの五量体タンパク質は、ATPaseのAAA+クラスに属します。真核生物のクランプローダーは複製因子Cとして知られていますが、原核生物の大腸菌クランプローダーはγ複合体として知られています。しかし、クランプタンパク質とクランプローダーは、レプリソームの他の多くの成分とは異なり、進化的な相同体であると考えられています。