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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 chiusi all'interno delle membrane di un nucleo cellulare. Senza origini multiple di replica, la replica richiederebbe molto più tempo e rallenterebbe la crescita cellulare.
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 - pende da ogni gruppo di zucchero. Due filamenti di DNA formano una struttura a doppia elica in cui la base in corrispondenza di ciascuna posizione dello zucchero si lega alla sua base complementare sul filamento gemello. Sono consentiti solo determinati abbinamenti, quindi se identifichi una base su un filo, conosci la base nella stessa posizione sull'altro filo.
cromosomi
Negli eucarioti, i cromosomi sono strutture cilindriche della cromatina, che è una miscela di DNA e proteine istoniche. Le cellule umane hanno 23 coppie di cromosomi, un membro di coppia di ciascun genitore. Un cromosoma umano contiene circa 150 milioni di coppie di basi. La cromatina è ben piegata per comprimere il DNA in modo che si adatti a una cellula. Se tu disponessi fine a tutto il DNA in una cellula umana, misurerebbe circa 6 piedi. Perché avvenga 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 alla DNA polimerasi, l'enzima che copia ogni filamento. Un altro enzima, l'elicasi, separa innanzitutto i due supporti in una regione chiamata origine della replicazione. Ogni filamento funge da modello per un nuovo filamento con una sequenza complementare di basi nucleotidiche. Una bolla di replicazione che circonda la molecola della polimerasi si sposta lungo ciascun filamento di DNA durante l'operazione di copia. I vecchi e nuovi fili si incastrano nella parte posteriore della bolla.
Requisiti di tempistica
La DNA polimerasi può trascrivere cromosomi eucariotici ad una velocità di circa 50 coppie di basi al secondo. Se il cromosoma avesse una sola origine di replicazione, occorrerebbe circa un mese per copiare un'elica di DNA. Utilizzando più origini, la cellula 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 poi unite per formare il prodotto finito. Il vantaggio di origini multiple è che consente una divisione cellulare e una crescita dell'organismo relativamente rapide. Ad esempio, una madre umana dovrebbe trasportare un feto per 540 anni prima di partorire se dovesse dipendere da un'unica origine di replicazione su ciascun cromosoma.