W komórkach eukariotycznych replikacja DNA jest wysoce konserwatywna i ściśle regulowana. Wiele chromosomów liniowych musi zostać zduplikowanych z wysoką wiernością przed podziałem komórki, więc istnieje wiele białek, które spełniają wyspecjalizowane role w procesie replikacji. Replikacja zachodzi w trzech fazach: inicjacji, wydłużenia i zakończenia, a kończy się dwoma kompletnymi zestawami chromosomów w jądrze.

Wiele białek koordynuje replikację u źródła

Replikacja eukariotyczna opiera się na wielu tych samych zasadach, co replikacja DNA prokariotycznego, ale ponieważ genom jest znacznie większy, a chromosomy są liniowe, a nie okrągłe, proces ten wymaga większej liczby białek i ma kilka kluczowych różnic. Po pierwsze, w przeciwieństwie do prokariontów, replikacja u eukariontów zachodzi jednocześnie na wielu początkach replikacji wzdłuż każdego chromosomu. Białka inicjujące rozpoznają i wiążą się z tymi początkami oraz rekrutują białka helikazy do rozwijania podwójnej helisy DNA. W każdym punkcie początkowym tworzą się dwa widełki replikacji. Primase następnie dodaje krótkie startery RNA do pojedynczych nici DNA, które służą jako punkt wyjścia dla polimerazy DNA do wiązania się i rozpoczęcia kopiowania sekwencji. DNA można syntetyzować tylko w kierunku od 5' do 3', więc replikacja obu nici z pojedynczych widełek replikacyjnych przebiega w dwóch różnych kierunkach. Nić wiodąca jest syntetyzowana w sposób ciągły, podczas gdy nić opóźniona jest syntetyzowana w krótkich odcinkach o długości 100–200 par zasad, zwanych fragmentami Okazaki. Po zakończeniu większości replikacji enzymy RNazy usuwają startery RNA, polimeraza DNA wypełnia luki, a ligaza DNA uszczelnia luki w nowej nici.

Podział pracy replikacji między polimerazy

Obciążenie związane z kopiowaniem DNA u eukariontów jest podzielone na wiele różnych typów enzymów polimerazy DNA. Główne rodziny polimeraz DNA we wszystkich organizmach są klasyfikowane według podobieństwa ich struktur białkowych i sekwencji aminokwasów. Pierwsze odkryte rodziny zostały oznaczone jako A, B, C i X, a rodziny Y i D zostały zidentyfikowane później. Polimerazy rodziny B u eukariontów obejmują Pol α, który działa również jako prymaza w widełkach replikacyjnych, oraz Pol δ i ε, enzymy, które wykonują większość pracy związanej z replikacją DNA odpowiednio na wiodących i opóźnionych niciach matrycy. Inne polimerazy DNA są odpowiedzialne za takie zadania, jak naprawa uszkodzeń DNA, kopiowanie DNA mitochondrialnego i plastydowego oraz wypełnianie luk w sekwencji DNA na opóźnionej nici po usunięciu starterów RNA.

Telomery chronią końce chromosomów przed degradacją

Ponieważ chromosomy eukariotyczne są liniowe, są podatne na degradację na końcach. Aby chronić ważną informację genetyczną przed uszkodzeniem, końce chromosomów zawierają wiele niekodujących powtórzeń wysoce konserwatywnego DNA bogatego w G, telomerów. Krótki jednoniciowy zwis 3' na każdym końcu chromosomu oddziałuje z wyspecjalizowanymi białkami, które stabilizują chromosom w jądrze. Ze względu na sposób, w jaki syntetyzowana jest opóźniona nić, niewielka ilość telomerowego DNA nie może być replikowana przy każdym podziale komórki. W rezultacie telomery stopniowo skracają się w ciągu wielu cykli komórkowych, a zatem mogą być mierzone jako marker starzenia się komórek. Niektóre populacje komórek, takie jak komórki rozrodcze i komórki macierzyste, wyrażają telomerazę, enzym, który wydłuża telomery, umożliwiając komórce przejście większej liczby cykli komórkowych, zanim telomery ulegną skróceniu.