שכפול DNA מתבצע על ידי קומפלקס גדול של חלבונים הפועלים בחומר מתואם כדי להשיג שכפול DNA באיכות גבוהה. יחד, קומפלקס זה ידוע בשם מנגנון שכפול DNA או replisome.

הסינתזה של הגדילים המובילים והמפגרים היא תהליך מתואם מאוד. כדי להסביר זאת, "מודל טרומבון" הוצע על ידי ברוס אלברטס בשנת 1980. היווצרות לולאת הדנ"א מתחילה כאשר פריימר מסונתז על גדיל האב המפגר. הלולאה גדלה עם הסינתזה של קטע אוקזקי ולבסוף מתמוססת כאשר הסינתזה של הקטע מסתיימת. לאחר מכן הדנ"א פולימראז מתחבר לפריימר אחר וכל המחזור, מהיווצרות לולאה ועד קריסה, חוזר על עצמו. הרפליזום מאפשר לתאם את כל הפעילויות כמכלול מכונות שכפול.

רכיבי Replisome

מנחת מסוקים משחררים ומפרידים דנ"א דו-גדילי. אנזימים אלה נמצאים כטבעת הקסמר יחידה בפרוקריוטים וכטבעת הקסמר כפולה באיקריוטים. מנחת מסוקים אאוקריוטי תלוי בחלבונים נוספים, Cdc45 ו- GINS, כדי לתפקד. חלבונים קושרי דנ"א חד-גדילי (SSB) מונעים מגדילי הדנ"א להתחדש מחדש. בפרוקריוטים, SSBs מורכבים מתת-יחידה אחת, ואילו באיקריוטים, הם חלבון הטרוטרימרי המכונה חלבון שכפול A (RPA).

Primase מוסיף פריימר RNA למקום שממנו סינתזת DNA מקור. בפרוקריוטים, פרימר קיים כתת-אנזים יחיד הנקרא DnaG, אשר מסנתז פריימר RNA של כ-12 נוקלאוטידים. באיקריוטים, אנזים רב-תת-יחידתי, DNA פולימראז-α פרימז, מסנתז פריימר היברידי RNA-DNA של כ-25 נוקלאוטידים. בנוסף לפולימראז-α, פולימראז משוכפל ירחיב את הדנ"א המסונתז החדש. בעוד סוג יחיד של פולימראז משוכפל, DNA פולימראז III, קיים בפרוקריוטים, שני סוגים שונים של פולימראזות משוכפלות, פול ε ופול δ, נמצאים באיקריוטים, לסינתזה מובילה של גדיל וגדיל מפגר, בהתאמה.

חלבוני מהדק מחליק שומרים על הפולימרזות מחוברות לתבנית הדנ"א. β-מהדק, חלבון הומודימרי, פועל כמהדק בפרוקריוטים. באיקריוטים, אותה משימה מבוצעת על ידי אנטיגן גרעיני תאי מתרבה (PCNA), חלבון הומוטרימרי. הנקבובית המרכזית של מהדק ההזזה טעונה חיובית, מה שמאפשר לו לקיים אינטראקציות אלקטרוסטטיות עם עמוד השדרה של הפוספט הטעון שלילית של הדנ"א. המהדק מחובר לדנ"א על ידי מטעין מהדק. חלבונים פנטמריים אלה שייכים לקבוצת AAA+ של ATPases. מעמיס המהדק האיקריוטי ידוע כגורם שכפול C, בעוד שמעמיס מהדק E. coli פרוקריוטי ידוע כקומפלקס γ; עם זאת, חלבוני המהדק ומעמיסי המהדק נחשבים להומולוגים אבולוציוניים בניגוד למרכיבים רבים אחרים של הרפליזום.