בתאים אאוקריוטים, שכפול הדנ"א נשמר מאוד ומווסת היטב. כרומוזומים ליניאריים מרובים חייבים להיות משוכפלים בנאמנות גבוהה לפני חלוקת התא, ולכן ישנם חלבונים רבים הממלאים תפקידים מיוחדים בתהליך השכפול. השכפול מתרחש בשלושה שלבים: התחלה, התארכות וסיום, ומסתיים בשתי קבוצות שלמות של כרומוזומים בגרעין.

חלבונים רבים מתזמרים שכפול במקור

שכפול אאוקריוטי עוקב אחר רבים מאותם עקרונות כמו שכפול דנ"א פרוקריוטי, אך מכיוון שהגנום גדול בהרבה והכרומוזומים ליניאריים ולא מעגליים, התהליך דורש יותר חלבונים ויש לו כמה הבדלים מרכזיים. ראשית, בניגוד לפרוקריוטים, שכפול באיקריוטים מתרחש בו זמנית במספר מקורות של שכפול לאורך כל כרומוזום. חלבונים יוזמים מזהים ונקשרים למקורות אלה ומגייסים חלבוני הליקז כדי לשחרר את הסליל הכפול של הדנ"א. בכל נקודת מוצא נוצרים שני מזלגות שכפול. לאחר מכן פרימר מוסיף פריימרים קצרים של RNA לגדילים הבודדים של הדנ"א, המשמשים כנקודת מוצא לדנ"א פולימראז להיקשר ולהתחיל להעתיק את הרצף. דנ"א יכול להיות מסונתז רק בכיוון 5' עד 3', כך ששכפול של שני הגדילים ממזלג שכפול יחיד מתקדם בשני כיוונים שונים. הגדיל המוביל מסונתז באופן רציף, ואילו הגדיל המפגר מסונתז במקטעים קצרים באורך 100–200 זוגות בסיסים, הנקראים שברי אוקזקי. ברגע שרוב השכפול הושלם, אנזימי RNase מסירים את פריימרים של RNA, DNA פולימראז ממלא את הרווחים, וליגאז DNA אוטם את הרווחים בגדיל החדש.

חלוקת עבודת השכפול בין פולימרזות

עומס העבודה של העתקת דנ"א באיקריוטים מתחלק בין סוגים שונים של אנזימי DNA פולימראז. משפחות עיקריות של DNA פולימראז בכל האורגניזמים מסווגות לפי הדמיון בין מבני החלבונים ורצפי חומצות האמינו שלהן. המשפחות הראשונות שהתגלו נקראו A, B, C ו-X, ומשפחות Y ו-D זוהו מאוחר יותר. פולימרזות ממשפחת B באיקריוטים כוללות את Pol α, המתפקד גם כפרימז במזלג השכפול, ואת Pol δ ו-ε, האנזימים שעושים את רוב העבודה של שכפול DNA על הגדילים המובילים והמפגרים של התבנית, בהתאמה. פולימרזות דנ"א אחרות אחראיות למשימות כגון תיקון נזק לדנ"א, העתקת דנ"א מיטוכונדריאלי ופלסטי, ומילוי פערים ברצף הדנ"א על גדיל המפגר לאחר הסרת פריימרים של RNA.

הטלומרים מגנים על קצות הכרומוזומים מפני התפרקות

מכיוון שכרומוזומים אאוקריוטים הם ליניאריים, הם רגישים להתכלות בקצוות. כדי להגן על מידע גנטי חשוב מפני נזק, קצות הכרומוזומים מכילים חזרות רבות שאינן מקודדות של דנ"א עשיר ב-G שהשתמר מאוד, הטלומרים. גדיל חד-גדילי קצר בגודל 3' בכל קצה של הכרומוזום מקיים אינטראקציה עם חלבונים מיוחדים, המייצבים את הכרומוזום בתוך הגרעין. בגלל האופן שבו הגדיל המפגר מסונתז, לא ניתן לשכפל כמות קטנה של הדנ"א הטלומרי עם כל חלוקת תא. כתוצאה מכך, הטלומרים מתקצרים בהדרגה במהלך מחזורי תאים רבים, ולכן ניתן למדוד אותם כסמן להזדקנות התאים. אוכלוסיות מסוימות של תאים, כגון תאי נבט ותאי גזע, מבטאות טלומראז, אנזים שמאריך את הטלומרים, ומאפשר לתא לעבור יותר מחזורי תאים לפני שהטלומרים מתקצרים.