DNA复制是生成脱氧核糖核酸副本的生物学过程，使细胞能够在细胞分裂时传递遗传信息。已有DNA双螺旋中的每条链都作为模板，用于合成一条与其互补的新链。形成的DNA分子通常保持原有序列，但复制过程中也可能出现错误。复制依赖多种酶的协同作用，分开亲本链、合成新的DNA，并完成和检查复制产物。(ncbi.nlm.nih.gov)
半保留复制
DNA复制被称为半保留复制，因为每个子代双螺旋都包含一条亲本链和一条新合成的链。碱基互补配对提供了复制规则：腺嘌呤与胸腺嘧啶配对，鸟嘌呤与胞嘧啶配对。因此，任一亲本链都能决定与其配对的新链的序列。两条链呈反向平行排列，其糖—磷酸骨架的走向相反。(ncbi.nlm.nih.gov)
1958年发表的梅塞尔森—斯塔尔实验为大肠杆菌中的这一复制机制提供了决定性证据。研究人员先用含氮-15的培养基培养这些细菌，再将其转移到含氮-14的培养基中。密度梯度离心显示，繁殖一代后出现中等密度的DNA，繁殖两代后则同时出现中等密度和低密度的DNA。这些结果将半保留复制与保留复制、分散复制两种其他模式区分开来。实验所用的氮标记是稳定同位素，而非放射性示踪剂。(pmc.ncbi.nlm.nih.gov)
复制起点与起始过程
染色体复制从称为复制起点的区域开始，起始蛋白在这些区域招募并组装复制机器。DNA链在局部解开，形成复制泡，其两端通常是两个向相反方向移动的复制叉。每个复制叉都是未复制的DNA与正在形成的子代分子之间的Y形交界。(ncbi.nlm.nih.gov)
许多细菌具有环状染色体，从单个复制起点开始复制。真核生物的染色体较大且呈线状，通常沿染色体设置多个复制起点，使基因组的不同区域能够同时复制。不同生物确定复制起点的方式有所不同：有些复制起点依赖特定的、可被识别的DNA序列，另一些则在很大程度上受周围染色质及相关蛋白的影响。(ncbi.nlm.nih.gov)
在典型的真核细胞周期中，细胞核内的DNA复制发生于S期。S期开始前，通过装载复制解旋酶复合物，复制起点获得启动复制的许可；随后，这些复合物被激活，形成具有复制活性的复制叉。将许可与激活分开，有助于防止同一染色体片段在一个细胞周期内被反复复制。随着复制机器推进，染色质也必须重新组织，并在复制叉后方重建。(ncbi.nlm.nih.gov)
复制叉处的合成
DNA解旋酶将亲本链分开，单链DNA结合蛋白则稳定暴露出来的模板链。DNA拓扑异构酶通过暂时切断并重新连接DNA，缓解复制叉前进时在其前方产生的扭转应力。这些酶与聚合酶及其他蛋白质在称为复制体的分子复合体中协同工作。(ncbi.nlm.nih.gov)
DNA聚合酶将核苷酸添加到已有链的游离3′羟基上。因此，新DNA沿5′至3′方向延伸，而模板则沿相反方向被读取。反应底物是脱氧核苷三磷酸；核苷酸掺入新链时释放焦磷酸，并形成糖—磷酸骨架。复制型聚合酶通常不能在没有引物的情况下起始新链的合成。引物酶合成短RNA引物，为延伸提供所需的起始端。(ncbi.nlm.nih.gov)
由于两条模板链反向平行，新链的合成有两种不同方式：
- 前导链沿复制叉移动的方向合成，过程基本连续。
- 后随链以冈崎片段的形式不连续合成，每个片段都由一个新的引物起始，并朝远离前进中的复制叉的方向延伸。
引物被移除并由DNA替代后，留下相邻的DNA片段；DNA连接酶通过封闭骨架上的缺口，将这些片段连接起来。因此，尽管两条子链的合成方向与复制叉移动方向的关系不同，它们都沿5′至3′方向合成。(ncbi.nlm.nih.gov)
不同生物所使用的具体酶有所不同。在真核生物的核DNA复制中，聚合酶α—引物酶复合物合成RNA—DNA引物，聚合酶ε承担大部分前导链延伸，聚合酶δ则承担大部分后随链合成。这种分工并非绝对：聚合酶δ也参与前导链合成的建立。滑动夹有助于将聚合酶保持在DNA上，使复制能够持续进行，而不必反复解离。(pmc.ncbi.nlm.nih.gov)
保真性与修复
准确的复制依赖于多道依次发挥作用的保障机制。聚合酶会优先掺入能够正确配对的核苷酸。许多复制型聚合酶还具有3′至5′外切核酸酶活性，能够进行校对，在恢复合成前移除末端错误掺入的核苷酸。这些机制使复制的准确性显著高于仅靠碱基配对所能达到的水平。(ncbi.nlm.nih.gov)
错配修复通过识别未被校对清除的错配碱基，提供进一步的保障。修复系统移除新合成链中包含错误的一段，随后通过DNA合成和连接恢复序列。利用纯化的人类蛋白进行的体外重构实验，已证实错配识别、切除和重新合成能够协同完成。未被纠正的错误可能在后续复制周期中成为稳定的突变；因此，复制保真机制与其他形式的DNA修复相互补充。(pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)
复制的完成与染色体末端
相向推进的复制叉完成彼此之间DNA区域的复制后，复制过程便告结束。子代分子还必须解除相互缠结，才能在细胞分裂时分离。环状染色体在复制后可能仍彼此套连，需要拓扑异构酶介导分离。(ncbi.nlm.nih.gov)
线状染色体还面临末端复制问题：普通的、依赖引物的合成方式无法完整维持其末端。端粒是位于这些末端的特殊DNA—蛋白质结构。在表达端粒酶的细胞中，端粒酶利用其内部的RNA模板延长染色体的3′端，为互补链合成提供额外序列。这一机制不同于普通的DNA依赖性复制，因为指导端粒重复序列添加的模板本身就是该酶复合物的一部分。(ncbi.nlm.nih.gov)