DNA 複製是分子生物學中心法則的第一步，其機制的解析跨越半個世紀的生化與結構研究。Arthur Kornberg（1959 年諾貝爾獎）純化了大腸桿菌 DNA Pol I，開啟酵素學研究；後來發現 Pol III holoenzyme 才是主要的複製酶。
複製起始的調控
大腸桿菌的 oriC 含有 9-bp DnaA box 重複序列。DnaA-ATP 結合後促使 AT-rich 的 13-mer 區域（DUE, DNA unwinding element）解鏈。在真核生物中，複製起始受 licensing 系統嚴格調控：G1 期 ORC（origin recognition complex）招募 Cdc6 和 Cdt1，裝載 MCM2-7 helicase（pre-RC formation）；S 期 CDK 和 DDK 磷酸化活化 MCM 並防止同一週期的 re-licensing（Diffley, 2004, Curr Opin Cell Biol）。這確保每個複製起點在每個細胞週期只啟動一次。
複製叉的分子機器
真核生物的 replisome 以 CMG complex（Cdc45-MCM-GINS）為核心。Pol ε 合成領先鏈，Pol δ 合成延遲鏈，Pol α-primase 合成 RNA-DNA 引子。PCNA（proliferating cell nuclear antigen）作為 sliding clamp 增加聚合酶的 processivity。Replication factor C（RFC）是 clamp loader，以 ATP 水解驅動 PCNA 裝載。
單分子實驗（Yardimci et al., 2010, Nature）首次在試管中重建了完整的真核 replisome，揭示 CMG 以 3'→5' 方向沿領先鏈模板移動，同時排斥延遲鏈模板。cryo-EM 解析的酵母 replisome 結構（Georgescu et al., 2017, PNAS）顯示 Pol ε 和 Pol δ 在 replisome 中的空間排列。
複製壓力與基因組不穩定
複製叉停滯（fork stalling）可由 DNA 損傷、蛋白質-DNA 交聯或轉錄-複製衝突引起。ATR-Chk1 checkpoint 路徑感知 RPA-coated ssDNA 的累積，穩定停滯的複製叉並抑制新複製起點的啟動。Common fragile sites（如 FRA3B）因複製起點稀少且含難以複製的序列而容易斷裂，與癌症中的基因組重排相關。BRCA1/2 在 fork protection 和 homologous recombination restart 中的角色解釋了為何 BRCA 突變攜帶者易患癌，也是 PARP inhibitor（如 olaparib）合成致死策略的分子基礎（Lord & Ashworth, 2017, Science）。