Em células eucarióticas, a replicação do DNA é altamente conservada e rigidamente regulada. Vários cromossomos lineares devem ser duplicados com alta fidelidade antes da divisão celular, portanto, existem muitas proteínas que cumprem papéis especializados no processo de replicação. A replicação ocorre em três fases: iniciação, alongamento e terminação, e termina com dois conjuntos completos de cromossomos no núcleo.

Muitas proteínas orquestram a replicação na origem

A replicação eucariótica segue muitos dos mesmos princípios da replicação do DNA procariótico, mas como o genoma é muito maior e os cromossomos são lineares em vez de circulares, o processo requer mais proteínas e tem algumas diferenças importantes. Primeiro, ao contrário dos procariontes, a replicação em eucariotos ocorre simultaneamente em várias origens de replicação ao longo de cada cromossomo. As proteínas iniciadoras reconhecem e se ligam a essas origens e recrutam proteínas helicase para desenrolar a dupla hélice do DNA. Em cada ponto de origem, duas bifurcações de replicação se formam. A Primase então adiciona primers de RNA curtos às fitas simples de DNA, que servem como ponto de partida para a DNA polimerase se ligar e começar a copiar a sequência. O DNA só pode ser sintetizado na direção 5 'a 3', então a replicação de ambas as fitas a partir de um único garfo de replicação prossegue em duas direções diferentes. A fita principal é sintetizada continuamente, enquanto a fita atrasada é sintetizada em trechos curtos de 100 a 200 pares de bases de comprimento, chamados fragmentos de Okazaki. Uma vez que a maior parte da replicação esteja completa, as enzimas RNase removem os primers de RNA, a DNA polimerase preenche as lacunas e a DNA ligase sela as lacunas na nova fita.

Dividindo o trabalho de replicação entre polimerases

A carga de trabalho de cópia de DNA em eucariotos é dividida entre vários tipos diferentes de enzimas DNA polimerase. As principais famílias de DNA polimerases em todos os organismos são categorizadas pela semelhança de suas estruturas proteicas e sequências de aminoácidos. As primeiras famílias a serem descobertas foram denominadas A, B, C e X, com as famílias Y e D identificadas posteriormente. As polimerases da família B em eucariotos incluem Pol α, que também funciona como primase na bifurcação de replicação, e Pol δ e ε, as enzimas que fazem a maior parte do trabalho de replicação do DNA nas fitas dianteiras e atrasadas do molde, respectivamente. Outras DNA polimerases são responsáveis por tarefas como reparar danos ao DNA, copiar DNA mitocondrial e plastidial e preencher lacunas na sequência de DNA na fita atrasada após a remoção dos primers de RNA.

Telômeros protegem as extremidades dos cromossomos da degradação

Como os cromossomos eucarióticos são lineares, eles são suscetíveis à degradação nas extremidades. Para proteger informações genéticas importantes de danos, as extremidades dos cromossomos contêm muitas repetições não codificantes de DNA rico em G altamente conservado, os telômeros. Uma saliência curta de fita simples de 3 'em cada extremidade do cromossomo interage com proteínas especializadas, que estabilizam o cromossomo dentro do núcleo. Devido à maneira pela qual a fita atrasada é sintetizada, uma pequena quantidade do DNA telomérico não pode ser replicada a cada divisão celular. Como resultado, os telômeros ficam gradualmente mais curtos ao longo de muitos ciclos celulares e, portanto, podem ser medidos como um marcador de envelhecimento celular. Certas populações de células, como células germinativas e células-tronco, expressam a telomerase, uma enzima que alonga os telômeros, permitindo que a célula passe por mais ciclos celulares antes que os telômeros encurtem.