DNA是攜帶遺傳信息的載體,細胞分裂前,通過DNA的複製作用,遺傳信息從親代DNA分子傳到子代DNA分子中。DNA複製時,是從一個特定的起始點開始的,兩條DNA鏈分別做模板,在DNA聚合酶等許多酶和蛋白質分子的參與下,以四種脫氧單核苷酸為原料(dNTP),以鹼基配對為原則合成新一代的DNA分子,合成方向是5′→3′。
經過複製後的DNA分子中,一條鏈來自親代DNA分子,另一條鏈是新合成的,這種複製方式叫做半保留複製。由於DNA分子複製時,兩條鏈分別做模板,有一條鏈是連續合成的,這條鏈為前導鏈,而另一條鏈合成時只能以5′→3′方向先合成崗崎片段,然後再靠連接酶將這些片段連接起來,形成隨從鏈,所以DNA複製是半不連續的合成。
DNA複製時,先要由DNA拓撲異構酶作用於DNA分子雙螺旋,使之松馳,然後才能由解鏈酶作用,解開雙鏈,此時引物酶合成一段RNA分子做為引物,在DNA聚合酶Ⅲ催化下,連續地合成DNA鏈。隨從鏈的合成靠多種酶和蛋白質因子參與,在引物酶作用下合成RNA引物,在DNA聚合酶Ⅲ作用下合成DNA片段,它們共同形成了崗崎片段,RNA引物是靠DNA聚合酶Ⅰ的5'→3'外切活性切除的,切除引物後的空隙,再靠DNA聚合酶Ⅰ填補,最後在連接酶作用下,形成長鏈。
真核生物中DNA的複製靠DNA聚合酶,它有多種不同的形式(α、β、γ、δ等)此外,還有像PCNA等多種蛋白質因子參與。
DNA複製中的準確性很高,因為原核細胞靠DNA聚合酶Ⅰ而真核細胞靠DNA聚合酶δ,都具有3′→5′外切酶活性,可以校正複製中出現的鹼基錯配。DNA的合成也可以靠反轉錄酶的催化而完成,這是以RNA分子為模板,合成DNA分子的過程,在致癌的RNA病毒中,有反轉錄酶的存在,真核生物中的端粒酶就是一種反轉錄酶,它催化染色體端區DNA的合成。