La replicación del ADN tiene tres pasos principales: iniciación, alargamiento y terminación. La replicación en los prokaryotes comienza cuando las proteínas del iniciador se unen al origen único de la replicación (ori) en el cromosoma circular de la célula. La replicación continúa alrededor de todo el círculo del cromosoma en cada dirección a partir de dos horquillas de replicación, lo que resulta en dos moléculas de ADN.
La replicación es coordinada y llevada a cabo por una serie de proteínas especializadas. La topoisomerasa rompe un lado de la columna vertebral de fosfato-azúcar de ADN de doble cadena, lo que permite que la hélice del ADN se desenrolle más rápidamente, mientras que la helicasa rompe los enlaces entre los pares de base en la horquilla, separando el ADN en dos hebras de plantilla. Las proteínas que unen moléculas de ADN de una sola cadena estabilizan las hebras a medida que la horquilla de replicación viaja a lo largo del cromosoma. El ADN sólo se puede sintetizar en la dirección de 5′ a 3′, por lo que una hebra de la plantilla, la cadena principal, se alarga continuamente, mientras que la otra hebra, la cadena rezagada, se sintetiza en piezas más cortas de 1000-2000 pares base llamados fragmentos de Okazaki.
Gran parte de la investigación para entender la replicación del ADN procariotico se ha realizado en la bacteria Escherichia coli,un organismo modelo de uso común. E. coli tiene 5 polimerasas de ADN: Pol I, II, III, IV, y V. Pol III es responsable de la mayoría de la replicación de ADN. Puede polimerizar unos 1.000 pares de bases por segundo. Este asombroso ritmo permite que la maquinaria presente en las dos horquillas de replicación duplique el cromosoma E. coli (4,6 millones de pares de bases) en aproximadamente 40 minutos.ADN polimerasa I también está bien caracterizado; su función principal es eliminar las imprimaciones de ARN desde el inicio de los fragmentos de Okazaki en la cadena discontinua.
En condiciones de crecimiento favorables, E. coli dividirá cada 20 minutos, aproximadamente la mitad de la cantidad de tiempo que se tarda en replicar el genoma. ¿Cómo es esto posible cuando ambas células hijas deben tener su propio ADN? Los científicos descubrieron que las bacterias pueden comenzar otra ronda de replicación del ADN desde el origen de la replicación antes de que se complete la primera ronda; esto significa que las células hijas reciben un cromosoma que ya está en proceso de ser copiado y están preparados para dividirse de nuevo muy rápidamente.
