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O DNA possui a capacidade de originar cópias de si mesmo, através de um processo designado por replicação. Este processo assegura tanto a produção de células geneticamente idênticas como a passagem da informação genética ao longo das gerações, em todos os organismos.
A replicação tem lugar no interior do núcleo das células, nos eucariontes, e no citoplasma, nos procariontes.
1º) Ligação da DNA-polimerase (complexo enzimático) à molécula do DNA;
2º) A DNA-polimerase desfaz a dupla hélice e destrói as pontes de hidrogénio, provocando à sua passagem a separação das duas cadeias antiparalelas;
3º) À medida que as duas cadeias se separam, a DNA-polimerase vai ligando a cada uma das cadeias, nucleótidos livres (nucleoplasma), de acordo com a complementaridade das bases e no sentido 5'-3'.
4º) Cada cadeia nucleotídica da molécula antiga serve assim, de molde à nova cadeia antiparalela que se vai formando à passagem do complexo enzimático (DNA-polimerase);
5º) No final deste processo obtêm-se 2 moléculas de DNA exatamente iguais, com os nucleótidos dispostos na mesma sequência em que estavam dispostos na molécula original. Cada uma das moléculas fica com uma das cadeias da molécula original que serviu de molde, pelo que o processo é designado por replicação semiconservativa.