Nelle cellule eucariotiche, la replicazione del DNA è altamente conservata e strettamente regolamentata. I cromosomi lineari multipli devono essere duplicati con alta fedeltà prima della divisione cellulare, quindi ci sono molte proteine che riempiono ruoli specializzati nel processo di replicazione. La replica avviene in tre fasi: avvio, allungamento e terminazione e termina con due serie complete di cromosomi nel nucleo.
La replicazione eucaotica segue molti degli stessi principi della replicazione del DNA procariotico, ma poiché il genoma è molto più grande e i cromosomi sono lineari piuttosto che circolari, il processo richiede più proteine e ha alcune differenze chiave. La replica avviene contemporaneamente a più origini della replicazione lungo ogni cromosoma. Le proteine dell’iniziatore riconoscono e si legano all’origine, reclutando elicasi per disavvolgere la doppia elica del DNA. Ad ogni punto di origine, si formano due forcelle di replica. La Primasi aggiunge quindi brevi “primer” (iniziatori) di RNA ai singoli filamenti di DNA, che fungono da punto di partenza per la polimerasi del DNA per legare e iniziare a copiare la sequenza. Il DNA può essere sintetizzato solo nella direzione da 5′ a 3′, quindi la replicazione di entrambi i filamenti da una singola forcella di replicazione procede in due direzioni diverse. Il filamento principale è sintetizzato continuamente, mentre il filamento in ritardo è sintetizzato in brevi tratti 100-200 coppie di basi in lunghezza, chiamate frammenti di Okazaki. Una volta completata la maggior parte della replicazione, gli enzimi RNAsi rimuovono i primer dell’RNA e la ligasi del DNA si unisce a qualsiasi lacuna nel nuovo filamento.
Il carico di lavoro della copia del DNA negli eucarioti è diviso tra diversi tipi di enzimi di polimerasi del DNA. Le principali famiglie di polimerasi del DNA in tutti gli organismi sono classificate in base alla somiglianza delle loro strutture proteiche e delle sequenze di amminoacidi. Le prime famiglie ad essere scoperte furono definite A, B, C e X, con le famiglie Y e D identificate in seguito. Le polimerasi di famiglia B negli eucarioti includono Pol, che funziona anche come un primase alla forcella di replicazione, e Pol , gli enzimi che fanno la maggior parte del lavoro di replicazione del DNA sui filamenti di testa e in ritardo del modello, rispettivamente. Altre polimerasi del DNA sono responsabili di compiti come la riparazione del danno al DNA, la copia del DNA mitocondriale e dei plastidi e il riempimento di lacune nella sequenza del DNA sul filamento in ritardo dopo la rimozione dei primer dell’RNA.
Poiché i cromosomi eucarioti sono lineari, sono suscettibili alla degradazione alle estremità. Per proteggere importanti informazioni genetiche dai danni, le estremità dei cromosomi contengono molte ripetizioni non codificanti di DNA ricco di G altamente conservato: i telomeri. Una breve sporgenza a filamento singolo 3′ ad ogni estremità del cromosoma interagisce con proteine specializzate, che stabilizza il cromosoma all’interno del nucleo. A causa del modo in cui il filamento in ritardo viene sintetizzato, una piccola quantità di DNA telomerico non può essere replicata con ogni divisione cellulare. Di conseguenza, i telomeri si accorciano gradualmente nel corso di molti cicli cellulari e possono essere misurati come un marcatore dell’invecchiamento cellulare. Alcune popolazioni di cellule, come le cellule germinali e le cellule staminali, esprimono la telomerasi, un enzima che allunga i telomeri, permettendo alla cellula di subire più cicli cellulari prima che i telomeri si accorciano.
