Более распространена двунаправленная репликация. Поэтому говорят, что репликация ДНК происходит по полуконсервативному механизму. В образованной таким образом двойной спирали ДНК только одна из цепей синтезирована заново.

В большинстве клеток имеется несколько ДНК-полимераз. Наряду с ферментами, которые осуществляют собственно репликацию, существуют полимеразы, которые включены в процессы репарации ДНК (см. с. 252) или реплицируют митохондриальную ДНК эукариот. Репликацию ДНК осуществляет сложный ферментный комплекс, состоящий из 15—20 различных белков, называемый реплисомой (англ.).

Инициация синтеза ДНК

Регуляция репликации осуществляется в основном на этапе инициации. Это достаточно легко осуществимо, потому что репликация может начинаться не с любого участка ДНК, а со строго определённого, называемого сайтом инициации репликации. Однако в эмбриональных и других быстро-делящихся клетках потери концов хромосом недопустимы, потому что укорочение ДНК будет происходить очень быстро.

За этим следует удаление дифосфата и образование новой фосфодиэфирной связи. Эти этапы повторяются снова и снова по мере движения ДНК-полимеразы от одного основания к следующему вдоль матрицы. Большинство ДНК-полимераз построены из множества субъединиц, роль которых до конца не выяснена. В настоящее время процесс репликации у прокариот достаточно изучен, в то время как многие аспекты эукариотической репликации остаются неясными.

На схеме исходная ДНК (1) окрашена в голубой и фиолетовый цвета, а вновь синтезирующаяся — в розовый и оранжевый. В функционировании каждой вилки принимают участие множество различных белков, из которых здесь указаны наиболее важные. Каждая репликативная вилка (2) включает по крайней мере две молекулы ДНК-полимеразы III, ассоциированные с несколькими вспомогательными белками. Каждый фрагмент начинается с короткой РНК-затравки (праймера, зеленого цвета), необходимой для функционирования ДНК-полимеразы.

Этот процесс обеспечивает точную передачу генетической информации из поколения в поколение. Каждая молекула ДНК состоит из одной цепи исходной родительской молекулы и одной вновь синтезированной цепи. Такой механизм репликации называется полуконсервативным. В настоящее время этот механизм считается доказанным благодаря опытамМэтью Мезельсона и Франклина Сталя (1958 г.).

Деградация и репарация ДНК

В геноме таких сайтов может быть как всего один, так и много. С понятием сайта инициации репликации тесно связано понятие репликон. Геномы эукариот (а также их отдельные хромосомы) состоят из большого числа самостоятельных репликонов, это значительно сокращает суммарное время репликации отдельной хромосомы.

В бактериальных клетках помимо хромосомной ДНК часто содержатся плазмиды, которые представляют собой отдельные репликоны. В репликационной вилке ДНК копирует крупный белковый комплекс (реплисома), ключевым ферментом которого является ДНК-полимераза. Репликационная вилка движется со скоростью порядка 100 000 пар нуклеотидов в минуту у прокариот и 500—5000 — у эукариот.

На ориджинах при участии ДНК-топоизомеразы I инициируется двунаправленная репликация. Основное функциональное значение процесса репликации ДНК заключается в снабжении потомства генетической информацией. Последовательность ДНК, ограниченную двумя ориджинами репликации, называют единицей репликации, или репликоном. После завершения репликации хромосомы 5′-концы дочерних цепей ДНК недостроены, так как после удаления праймеров эти фрагменты оказываются недореплицированными.