Inicio de la replicación

La replicación inicia en procariontes abriéndose el DNA en un solo punto u origen de replicación o en múltiples orígenes enlos cromosomas de eucariontes denominados replicones (~200 pb). A esos sitios se les une un complejo proteico ORC que identifica el origen de la replicación y reconoce los elementos esenciales de éste. A esta unión ORC-DNA se le une un ATP que es hidrolizado hasta que el ORC queda en las cadenas sencillas del DNA. El ORC favorece la unión de otros factores de replicación que cooperan o regulan esta actividad. 

Se abre la molécula por la acción de las DNA-helicasas dependientes de ATP lo que provoca un super-enrrollamiento que se corrige por la acción de las topoisomerasas I y II que cortan los enlaces fosfodiéster en una o ambas bandas, respectivamente, desenrollan y unen los extremos libres. A las bandas separadas o sencillas (single) se les unen las proteínas conocidas como SSB (del inglés Single Strand Banding) en procariontes, o sus homólogas RPA en eucariontes, que contribuyen a mantenerlas separadas e impiden que se plieguen.

La síntesis es en siempre dirección 5’→3’ y al ser las cadenas polinucleotídicas antiparalelas, es bidireccional.  En bacterias se polimerizan ~1000 nucleótidos/seg. y en eucariontes ~100/seg. Ninguna polimerasa de DNA puede iniciar sin un extremo 3’OH libre por lo que para añadir un primer nucleótido a un extremo 3’OH libre, se requiere que una primasa (procariontes) o una DNA pol-alfa (eucariontes) sintetice un RNA cebador (primer) de 5 ó 10 nucleótidos, respectivamente, complementario al DNA y que forma un híbrido DNA-RNA. En procariontes el complejo primasa + helicasas se conoce como primosoma.

El extremo 3’OH del primer es reconocido por las polimerasas de DNA que añaden los nucleótidos complementarios. En eucariontes la DNA pol-alfa polimeriza aproximadamente 20-30 nucleótidos de los fragmentos de Okasaki (~2000 nucleótidos) que forman la banda discontinua (lagging), y después es sustituida por la DNA pol-delta. La DNA pol-delta sintetiza la continua o líder (leading) tomando como molde a la otra banda parental e integran una estructura denominada horquilla de replicación Imagen. Se requiere sólo un primer para la banda continua o líder y varios para la discontinua.

La proteína Clamp en procariontes o PCNA (del inglés Proliferating Cell Nuclear Antigen) en eucariontes, con forma de anillo, se coloca alrededor del DNA, mantiene a la polimerasa de DNA unida al templete y la desliza. Además,  la separa cada vez que el fragmento de Okasaki se completa. Al final de la síntesis los primers son eliminados por nucleasas de reparación tales como la Ribonucleasa H (RNAsa H) y las llamadas endonucleasas flap (FEN). En procariontes la FEN es un dominio de la DNA pol-I, pero en eucariontes es una enzima independiente. El RNA cebador o primer es reemplazado por DNA mediante la DNA pol-I en  procariontes.  En eucariontes existen tres enzimas: una endonucleasa que corta la unión primer-DNA, una polimerasa de DNA de reparación que reemplaza el RNA, a partir del fragmento de Okasaki adyacente y una ligasa que lo une al siguiente segmento con gasto de ATP o NADH. En ambos tipos celulares las ligasas de DNA realizan los enlaces fosfodiéster creando una cadena continua.