Een algemeen kenmerk van levende cellen is dat ze zich delen. Voordat een cel in tweeën kan veranderen, moet de cel een kopie maken van zijn DNA, of deoxyribonucleïnezuur, dat zijn genetische informatie bevat. Eukaryotische cellen slaan DNA op in chromosomen die zijn ingesloten in de membranen van een celkern. Zonder replicatie van meerdere replicaties zou replicatie veel langer duren en de celgroei vertragen.

DNA 101

DNA is een molecuul met lange keten met een ruggengraat van afwisselende suiker- en fosfaatgroepen. Een van de vier nucleotide-basen - ringvormige moleculen die stikstof bevatten - hangt aan elke suikergroep. Twee strengen DNA vormen een dubbele helixstructuur waarbij de basis op elke suikerslocatie zich bindt aan zijn complementaire basis op de zusterstreng. Alleen bepaalde combinaties zijn toegestaan, dus als u een basis op één streng identificeert, kent u de basis op dezelfde positie op de andere streng.

Chromosomen

In eukaryoten zijn chromosomen cilindrische structuren van chromatine, een mengsel van DNA- en histon-eiwitten. Menselijke cellen hebben 23 paren chromosomen, één paar leden van elke ouder. Een menselijk chromosoom bevat ongeveer 150 miljoen basenparen. Het chromatine is stevig opgevouwen om het DNA te comprimeren zodat het in een cel past. Als je het DNA in een menselijke cel van begin tot eind uiteen zou zetten, zou het ongeveer 6 voet meten. Om replicatie te laten plaatsvinden, moet de DNA-helix vlak voor het kopiëren worden afgewikkeld.

Replicatie

Eukaryotische cellen wisselen af ​​tussen groei en deling en DNA wordt tijdens de groeifase gerepliceerd. Het DNA komt in een ontspannen toestand die toegang mogelijk maakt door DNA-polymerase, het enzym dat elke streng kopieert. Een ander enzym, helicase, scheidt eerst de twee stands in een gebied dat een replicatieoorsprong wordt genoemd. Elke streng dient als een sjabloon voor een nieuwe streng met een complementaire sequentie van nucleotidebasen. Een replicatiebel rond het polymerasemolecuul beweegt langs elke DNA-streng tijdens het kopiëren. De oude en nieuwe strengen zip samen aan de achterkant van de bubble.

Timing Vereisten

DNA-polymerase kan eukaryote chromosomen met een snelheid van ongeveer 50 basenparen per seconde transcriberen. Als het chromosoom slechts één replicatieoorsprong zou hebben, zou het ongeveer een maand duren om één DNA-helix te kopiëren. Door meerdere oorsprongen te gebruiken, kan de cel binnen ongeveer een uur een helix repliceren, een 720-voudige versnelling. Tijdens het proces produceren meerdere replicatiebellen op elk chromosoom kleine stukjes DNA die vervolgens aan elkaar worden gesplitst om het eindproduct te vormen. Het voordeel van meerdere oorsprongen is dat het een relatief snelle celdeling en groei van organismen mogelijk maakt. Een menselijke moeder zou bijvoorbeeld 540 jaar vóór de bevalling een foetus moeten dragen als ze afhankelijk zou moeten zijn van een enkele oorsprong van replicatie op elk chromosoom.