В эукариотических клетках репликация ДНК высоко консервативна и строго регулируется. Множественные линейные хромосомы должны быть дублированы с высокой точностью до деления клетки, поэтому существует множество белков, которые выполняют специализированные роли в процессе репликации. Репликация происходит в три фазы: инициация, удлинение и терминация, и заканчивается двумя полными наборами хромосом в ядре.

Многие белки организуют репликацию в начале

Репликация эукариот следует многим из тех же принципов, что и репликация ДНК прокариот, но поскольку геном намного больше, а хромосомы линейные, а не круговые, этот процесс требует большего количества белков и имеет несколько ключевых отличий. Во-первых, в отличие от прокариот, репликация у эукариот происходит одновременно в нескольких источниках репликации вдоль каждой хромосомы. Инициирующие белки распознают и связываются с этими источниками и рекрутируют белки геликазы для раскручивания двойной спирали ДНК. В каждой исходной точке образуются две репликационные вилки. Затем Primase добавляет короткие РНК-праймеры к одиночным цепям ДНК, которые служат отправной точкой для связывания ДНК-полимеразы и начала копирования последовательности. ДНК может быть синтезирована только в направлении от 5' до 3', поэтому репликация обеих нитей из одной репликационной вилки происходит в двух разных направлениях. Ведущая цепь синтезируется непрерывно, в то время как отстающая цепь синтезируется короткими отрезками длиной 100—200 пар оснований, называемыми фрагментами Оказаки. Как только основная часть репликации завершена, ферменты РНКазы удаляют РНК-праймеры, ДНК-полимераза заполняет пробелы, а ДНК-лигаза запечатывает пробелы в новой цепи.

Разделение работы репликации между полимеразами

Рабочая нагрузка по копированию ДНК у эукариот разделена между несколькими различными типами ферментов ДНК-полимеразы. Основные семейства ДНК-полимераз у всех организмов классифицируются по сходству их белковых структур и аминокислотных последовательностей. Первые обнаруженные семейства были названы A, B, C и X, а семейства Y и D были идентифицированы позже. Полимеразы семейства B у эукариот включают Pol α, который также функционирует как примаза на репликационной вилке, и Pol δ и ε, ферменты, которые выполняют большую часть работы по репликации ДНК на ведущей и отстающей цепях матрицы соответственно. Другие ДНК-полимеразы отвечают за такие задачи, как восстановление повреждений ДНК, копирование митохондриальной и пластидной ДНК, а также заполнение пробелов в последовательности ДНК на отстающей цепи после удаления РНК-праймеров.

Теломеры защищают концы хромосом от деградации

Поскольку эукариотические хромосомы линейны, они подвержены деградации на концах. Чтобы защитить важную генетическую информацию от повреждений, концы хромосом содержат множество некодирующих повторов высококонсервативной G-богатой ДНК, теломер. Короткий одноцепочечный выступ 3' на каждом конце хромосомы взаимодействует со специализированными белками, которые стабилизируют хромосому в ядре. Из-за того, как синтезируется отстающая цепь, небольшое количество теломерной ДНК не может быть реплицировано при каждом делении клетки. В результате, теломеры постепенно становятся короче в течение многих клеточных циклов, и, таким образом, могут быть измерены как маркер клеточного старения. Некоторые популяции клеток, такие как зародышевые клетки и стволовые клетки, экспрессируют теломеразу, фермент, который удлиняет теломеры, позволяя клетке проходить больше клеточных циклов, прежде чем теломеры укорачиваются.