DNA的復制是壹個邊解旋邊復制的過程。復制開始時，DNA分子首先利用細胞提供的能量，在解旋酶的作用下，把兩條螺旋的雙鏈解開，這個過程叫解旋。然後，以解開的每壹段母鏈為模板，以周圍環境中的四種脫氧核苷酸為原料，按照堿基配對互補配對原則，在DNA聚合酶的作用下，各自合成與母鏈互補的壹段子鏈。隨著解旋過程的進行，新合成的子鏈也不斷地延伸，同時，每條子鏈與其母鏈盤繞成雙螺旋結構，從而各形成壹個新的DNA分子。這樣，復制結束後，壹個DNA分子，通過細胞分裂分配到兩個子細胞中去！
註：復制時遵循堿基互補配對原則，復制發生在細胞分裂的間期。
DNA是遺傳信息的載體，故親代DNA必須以自身分子為模板準確的復制成兩個拷貝，並分配到兩個子細胞中去，完成其遺傳信息載體的使命。而DNA的雙鏈結構對於維持這類遺傳物質的穩定性和復制的準確性都是極為重要的。
（壹）DNA的半保留復制
Waston和Click在提出DNA雙螺旋結構模型時曾就DNA復制過程進行過研究，他們推測，DNA在復制過程中堿基間的氫鍵首先斷裂，雙螺旋解旋分開，每條鏈分別作模板合成新鏈，每個子代DNA的壹條鏈來自親代，另壹條則是新合成的，故稱之為半保留式復制（semiconservative replication)。
1958年Meselson和Stahl進行了如圖8-3-5的實驗證明了DNA分子是以半保留方式進行自我復制的。圖8-3-5 Meselson和Stahl證明DNA半保留復制的實驗
（二）DNA復制的起始，方向和速度
DNA在復制時，雙鏈DNA解旋成兩股分別進行。其復制過程的復制起點呈現叉子的形式，故稱復制叉。以復制叉向前移動的方向為標準，壹條模板鏈為3’—〉5’走向，在其上DNA能以5’—〉3’方向連續合成，稱為前導鏈（leading strand)；另壹條模板鏈為5’—〉3’走向，在其上DNA也是5’—〉3’方向合成，但與復制叉移動的方向正好相反，故隨著復制叉的移動形成許多不連續的岡崎片段，最後在連成壹條完整的DNA鏈，該鏈稱為後隨鏈（lagging strand)。實驗證明DNA的復制是由壹個固定的起始點開始的。壹般把生物體的單個復制單位稱為復制子。壹個復制子只含壹個復制起點。壹般說，細菌，病毒即線粒體DNA分子均作為單個復制子完成其復制，真核生物基因組可以同時在多個復制起點上進行雙向復制，即它們的基因組包括多個復制子。多方面的實驗結果表明，大多數生物內DNA的復制都是從固定的起始點以雙向等速方式進行的。復制叉以DNA分子上某壹特定順序為起始點，向兩個方向等速生長前進。圖8-3-6 DNA復制過程
DNA復制過程
（三）DNA復制過程
以原核生物DNA復制過程予以簡要說明
1．DNA雙螺旋的解旋
DNA在復制時，其雙鏈首先解開，形成復制叉，而復制叉的形成則是由多種蛋白質及酶參與的較復雜的復制過程
ssbDNA蛋白是較牢固的結合在單鏈DNA上的蛋白質。原核生物ssbDNA蛋白與DNA結合時表現出協同效應：若第1個ssbDNA蛋白結合到DNA上去能力為1，第2個的結合能力可高達103；真核生物細胞中的ssbDNA蛋白與單鏈DNA結合時則不表現上述效應。ssbDNA蛋白的作用是保證解旋酶解開的單鏈在復制完成前能保持單鏈結構，它以四聚體的形式存在於復制叉處，待單鏈復制後才脫下來，重新循環。所以，ssbDNA蛋白只保持單鏈的存在，不起解旋作用。（2）DNA解鏈酶（DNA helicase） DNA解鏈酶能通過水解ATP獲得能量以解開雙鏈DNA。這種解鏈酶分解ATP的活性依賴於單鏈DNA的存在。如果雙鏈DNA中有單鏈末端或切口，則DNA解鏈酶可以首先結合在這壹部分，然後逐步向雙鏈方向移動。復制時，大部分DNA解旋酶可沿滯後模板的5’—〉3’方向並隨著復制叉的前進而移動，只有個別解旋酶（Rep蛋白）是沿著3’—〉5’方向移動的。故推測Rep蛋白和特定DNA解鏈酶是分別在DNA的兩條母鏈上協同作用以解開雙鏈DNA。（3）DNA解鏈過程 DNA在復制前不僅是雙螺旋而且處於超螺旋狀態，而超螺旋狀態的存在是解鏈前的必須結構狀態，參與解鏈的除解鏈酶外還有壹些特定蛋白質，如大腸桿菌中的Dna蛋白等。壹旦DNA局部雙鏈解開，就必須有ssbDNA蛋白以穩定解開的單鏈，保證此局部不會恢復成雙鏈。兩條單鏈DNA復制的引發過程有所差異，但是不論是前導鏈還是後隨鏈，都需要壹段RNA引物用於開始子鏈DNA的合成。因此前導鏈與後隨鏈的差別在於前者從復制起始點開始按5’—3’持續的合成下去，不形成岡崎片段，後者則隨著復制叉的出現，不斷合成長約2—3kb的岡崎片段。
2．岡崎片段與半不連續復制
因DNA的兩條鏈是反向平行的，故在復制叉附近解開的DNA鏈，壹條是5’—〉3’方向，另壹條是3’—〉5’方向，兩個模板極性不同。所有已知DNA聚合酶合成方向均是5’—〉3’方向，不是3’—〉5’方向，因而無法解釋DNA的兩條鏈同時進行復制的問題。為解釋DNA兩條鏈各自模板合成子鏈等速復制現象，日本學者岡崎（Okazaki）等人提出了DNA的半連續復制（semidiscontinuous replication）模型。1968年岡崎用3H脫氧胸苷短時間標記大腸桿菌，提取DNA，變性後用超離心方法得到了許多3H標記的，被後人稱作岡崎片段的DNA。延長標記時間後，岡崎片段可轉變為成熟DNA鏈，因此這些片段必然是復制過程中的中間產物。另壹個實驗也證明DNA復制過程中首先合成較小的片段，即用DNA連接酶溫度敏感突變株進行試驗，在連接酶不起作用的溫度下，便有大量小DNA片段積累，表明DNA復制過程中至少有壹條鏈首先合成較短的片段，然後再由連接酶鏈成大分子DNA。壹般說，原核生物的岡崎片段比真核生物的長。深入研究還證明，前導鏈的連續復制和滯後鏈的不連續復制在生物界具有普遍性，故稱為DNA雙螺旋的半不連續復制。
3．復制的引發和終止
所有的DNA的復制都是從壹個固定的起始點開始的，而DNA聚合酶只能延長已存在的DNA鏈，不能從頭合成DNA鏈，新DNA的復制是如何形成的？經大量實驗研究證明，DNA復制時，往往先由RNA聚合酶在DNA模板上合成壹段RNA引物，再由聚合酶從RNA引物3’端開始合成新的DNA鏈。對於前導鏈來說，這壹引發過程比較簡單，只要有壹段RNA引物，DNA聚合酶就能以此為起點，壹直合成下去。對於後隨鏈，引發過程較為復雜，需要多種蛋白質和酶參與。後隨鏈的引發過程由引發體來完成。引發體由6種蛋白質構成，預引體或引體前體把這6種蛋白質結合在壹起並和引發酶或引物過程酶進壹步組裝形成引發體。引發體似火車頭壹樣在後隨鏈分叉的方向前進，並在模板上斷斷續續的引發生成滯後鏈的引物RNA短鏈，再由DNA聚合酶 III 作用合成DNA，直至遇到下壹個引物或岡崎片段為止。由RNA酶H降解RNA引物並由DNA聚合酶 I 將缺口補齊，再由DNA連接酶將每兩個岡崎片段連在壹起形成大分子DNA.。
（四）端粒和端粒酶
1941年美籍印度人麥克林托克（Mc Clintock）就提出了端粒（telomere)的假說，認為染色體末端必然存在壹種特殊結構——端粒。已知染色體端粒的作用至少有二：① 保護染色體末端免受損傷，使染色體保持穩定；② 與核纖層相連，使染色體得以定位。
在弄清楚DNA復制過程之後，20世紀70年代科學家對DNA復制時新鏈5’端的RNA引物被切除後，空缺是如何被填補的提出了質疑。如不填補豈不是DNA每復制壹次就短壹點。以後隨鏈復制為例，當RNA引物被切除後，岡崎片段之間是由DNA聚合酶 I催化合成的DNA填補之，然後再由DNA連接酶將它們連接成壹條完整的鏈。但是DNA聚合酶 I 催化合成DNA時，需要自由3’—OH作為引物，最後余下子鏈的5’無法填補，於是染色體就短了壹點。
在正常體細胞中普遍存在著染色體酶復制壹次端粒就短壹次的現象。人們推測，可能壹旦端粒縮短到某壹閾限長度壹下時，他們就會發出壹個警報，指令細胞進入衰老；或許是當細胞判斷出它們的染色體已變得太短了，於是分裂也就停止了，造成正常體細胞壽命有壹定界限。但是在癌細胞中染色體端粒卻壹直維持在壹定長度上，這是為什麽？這是因為DNA復制後 ，把染色體末端短缺部分補上需要端粒酶，這是壹種含有RNA的酶，它既解決了模板，又解決了引物的問題。在生殖細胞和85%癌細胞中都測出了端粒酶具有活性，但是在正常體細胞中卻無活性，20世紀90年代中期，Blackburn首次在原生動物中克隆出端粒酶基因。
端粒酶在癌細胞中具有活性，它不僅使癌細胞可以不斷分裂增生，而且它為癌變前的細胞或已經是癌性的細胞提供了時間，以積累附加的突變，即等於增加它們復制，侵入和最終轉移的能力。同時人們也由此萌生了開發以端粒為靶的藥物，即通過抑制癌細胞中端粒酶活性而達到治療癌癥的目的。
至於真核細胞DNA末端的結構特點，早就在1978年Blackburn就以原生動物四膜出（壹種纖毛蟲）為例說明之：① 迥紋形式的發夾環；② 僅由C,A組成的簡單序列大量重復（C4A2）20~70；③ 鏈上有許多缺口（nicks）。