A replicação do DNA tem três passos principais: iniciação, alongamento e término. A replicação em procariotas começa quando as proteínas iniciadoras se ligam à única origem da replicação (ori) no cromossoma circular da célula. A replicação prossegue então em torno de todo o círculo do cromossoma em cada direção a partir de dois garfos de replicação, resultando em duas moléculas de DNA.
A replicação é coordenada e realizada por uma série de proteínas especializadas. A topoisomerase quebra um lado do esqueleto de açúcar-fosfato da cadeia dupla do DNA, permitindo que a hélice do DNA se desenrole mais rapidamente, enquanto que a helicase quebra as ligações entre pares de bases no garfo, separando o DNA em duas cadeias molde. Proteínas que se ligam a moléculas de DNA de cadeia simples estabilizam as cadeias à medida que o garfo de replicação viaja ao longo do cromossoma. O DNA só pode ser sintetizado na direção de 5’ a 3’, pelo que uma cadeia do molde—a cadeia contínua—é alongada continuamente, enquanto que a outra cadeia—a cadeia descontínua—é sintetizada em porções mais curtas de 1000-2000 pares de bases chamados fragmentos de Okazaki.
Grande parte da investigação para perceber a replicação do DNA procariótico foi realizada na bactéria Escherichia coli, um organismo modelo comumente usado. E. coli tem 5 DNA polimerases: Pol I, II, III, IV e V. A Pol III é responsável pela maior parte da replicação do DNA. Pode polimerizar cerca de 1.000 pares de bases por segundo. Esse ritmo surpreendente permite que a maquinaria presente nos dois garfos de replicação dupliquem o cromossoma de E. coli—4,6 milhões de pares de bases—em aproximadamente 40 minutos. A DNA polimerase I também é bem caracterizada; o seu papel principal é remover os primers de RNA do início dos fragmentos de Okazaki na cadeia descontínua.
Em condições favoráveis de crescimento, E. coli divide-se a cada 20 minutos, cerca de metade do tempo que leva para replicar o seu genoma. Como é isso possível quando ambas as células filhas devem ter o seu próprio DNA? Os cientistas descobriram que as bactérias podem iniciar outra ronda de replicação de DNA a partir da origem da replicação antes da primeira ronda estar concluída; isso significa que as células filhas recebem um cromossoma que já está em processo de ser copiado e estão preparadas para se dividirem novamente muito rapidamente.
