Una caratteristica generale delle cellule viventi è che si dividono. Prima che una cellula possa trasformarsi in due, la cellula deve fare una copia del suo DNA, o acido desossiribonucleico, che contiene le sue informazioni genetiche. Le cellule eucariotiche immagazzinano il DNA nei cromosomi racchiusi nelle membrane di un nucleo cellulare. Senza origini di replicazione multiple, la replicazione richiederebbe molto più tempo e rallenterebbe la crescita delle cellule.

DNA 101

Il DNA è una molecola a catena lunga con una spina dorsale di gruppi alternati di zucchero e fosfato. Una delle quattro basi nucleotidiche - molecole a forma di anello contenenti azoto - dipende da ciascun gruppo zuccherino. Due filamenti di DNA formano una struttura a doppia elica in cui la base in ciascuna posizione di zucchero si lega alla sua base complementare sul filone sorella. Sono consentiti solo alcuni accoppiamenti, quindi se identificate una base su un filo, conoscete la base nella stessa posizione sull'altro filo.

Cromosomi

Negli eucarioti, i cromosomi sono strutture cilindriche di cromatina, che è una miscela di DNA e proteine ​​istoniche. Le cellule umane hanno 23 paia di cromosomi, un membro a coppia da ciascun genitore. Un cromosoma umano contiene circa 150 milioni di coppie di basi. La cromatina è strettamente piegata per comprimere il DNA in modo che si adatti a una cellula. Se disponeste per mettere fine a tutto il DNA in una cellula umana, misurerebbe circa 6 piedi. Perché si verifichi la replicazione, l'elica del DNA deve essere srotolata appena prima della copia.

Replicazione

Le cellule eucariotiche si alternano tra crescita e divisione e il DNA viene replicato durante la fase di crescita. Il DNA entra in uno stato rilassato che consente l'accesso dalla DNA polimerasi, l'enzima che copia ogni filo. Un altro enzima, l'helicase, separa prima i due supporti in una regione chiamata origine di replicazione. Ogni filo serve come modello per un nuovo filamento con una sequenza complementare di basi nucleotidiche. Una bolla di replica che circonda la molecola della polimerasi si muove lungo ciascun filamento di DNA durante l'operazione di copiatura. I vecchi e nuovi filamenti si congiungono insieme nella parte posteriore della bolla.

Requisiti di temporizzazione

La DNA polimerasi può trascrivere i cromosomi eucariotici ad una velocità di circa 50 coppie di basi al secondo. Se il cromosoma avesse un'unica origine di replicazione, sarebbe necessario circa un mese per copiare un'elica del DNA. Utilizzando più origini, la cella può replicare un'elica in circa un'ora, con una velocità di 720 volte. Durante il processo, più bolle di replicazione su ciascun cromosoma sfornano piccole lunghezze di DNA che vengono quindi unite insieme per formare il prodotto finito. Il vantaggio di origini multiple è che consente una divisione cellulare relativamente rapida e una crescita dell'organismo. Per esempio, una madre umana dovrebbe portare un feto per 540 anni prima del parto se dovesse dipendere da una singola origine di replicazione su ciascun cromosoma.