Fordelen ved at have mange replikationsoriginer i en eukaryotisk kromosom

En generel egenskab ved levende celler er, at de deler sig. Før en celle kan omdannes til to, skal cellen lave en kopi af dens DNA eller deoxyribonukleinsyre, som indeholder dens genetiske information. Eukaryote celler lagrer DNA i kromosomer indesluttet i membranerne i en cellekerne. Uden flere replikationsoprindelser ville replikationen tage meget længere tid og bremse cellevæksten.

DNA 101

DNA er et langkædet molekyle med en rygrad af alternerende sukker og fosfatgrupper. Et af fire nukleotidbaser - ringformede molekyler indeholdende nitrogen - hænger fra hver sukkergruppe. To strenge af DNA danner en dobbelt spiralstruktur, hvor basen ved hver sukkerplacering binder til sin komplementære base på søsterstrengen. Kun bestemte sammenkoblinger er tilladt, så hvis du identificerer en base på en streng, kender du basen i samme position på den anden streng.

Kromosomer

I eukaryoter er kromosomer cylindriske strukturer af kromatin, som er en blanding af DNA og histonproteiner. Humane celler har 23 par kromosomer, et par medlem fra hver forælder. Et menneskeligt kromosom indeholder omkring 150 millioner basepar. Kromatinet er tæt foldet for at komprimere DNA'et, så det passer til en celle. Hvis du lagde enden for at afslutte hele DNA'et i en human celle, ville det måle omkring 6 fod. For at replikation skal ske, skal DNA-helixet være uncoiled lige før kopiering.

Replikation

Eukaryotiske celler veksler mellem vækst og division, og DNA replikeres i vækstfasen. DNA'et går i en afslappet tilstand, der tillader adgang af DNA-polymerase, enzymet, der kopierer hver streng. Et andet enzym, helicase, adskiller først de to stande i en region kaldet en replikations oprindelse. Hver streng tjener som en skabelon for en ny streng med en komplementær sekvens af nucleotidbaser. En replikationsboble der omgiver polymerasemolekylet bevæger sig langs hver DNA-streng under kopieringsoperationen. De gamle og nye tråde lynlås sammen bag på boblen.

Tidskrav

DNA-polymerase kan transkribe eukaryotiske kromosomer med en hastighed på ca. 50 basepar per sekund. Hvis kromosomet havde en enkelt replikationsoprinnelse, ville det tage omkring en måned at kopiere en DNA-helix. Ved at bruge flere oprindelser kan cellen replikere en helix i cirka en time, en 720 gange hurtigere. Under processen churnerer flere replikationsbobler på hver kromosom små DNA-længder, som derefter splejses sammen for at danne det færdige produkt. Fordelen ved flere oprindelser er, at det tillader relativt hurtig cellefordeling og organismer vækst. For eksempel skulle en menneskelig moder være nødt til at bære et foster i 540 år inden fødslen, hvis hun skulle afhænge af en enkelt replikationsoprinnelse på hvert kromosom.