Replicação do DNA

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Replicação do DNA 
Introdução 
• Em uma única molécula de DNA, 
estimula-se que ocorrem cerca de 3 erros a 
cada replicação; 
• Como o DNA é composto por íntrons e 
éxons, é pouco provável que a mutação 
atinja um gene importante, assim, as 
mutações são acumuladas ao longo da 
vida, como ocorre com o câncer, uma 
doença considerada típica do 
envelhecimento; 
 Ex: um fibroblasto humano realiza 
cerca de 50 ciclos de mitoses, depois disso, 
a célula envelhece, os telômeros 
desaparecem e não ocorre mais a 
replicação; 
• O DNA é duplicado de modo 
semiconservativo, ou seja, cada uma das 
duas fitas originais atua como um molde 
para a formação de uma fita nova; 
 
• Com este processo, a fita original pode 
ser mantida intacta e se fazer presente em 
várias gerações; 
• A intérfase é o período compreendido 
entre as divisões celulares e ela é dividida 
em 3 fases: 
 - Período G1: síntese de RNA e 
proteínas; 
 - Período S: duplicação do DNA e 
síntese de histonas; 
 - Período G2: preparativos moleculares 
para a divisão celular; 
• A replicação do DNA ocorre na fase do 
ciclo de divisão celular chamada de fase S, 
ou também chamada de fase síntese de 
DNA; 
• Em uma célula humana típica humana, o 
ciclo celular tem duração de cerca de 24h, 
de forma que, a interfase tem duração de 
23h, enquanto a divisão propriamente dita 
(mitose) dura por volta de 1h. Portanto, a 
interfase ocupa maior parte do ciclo celular 
e, a fase mais longa compreendida no 
período de interfase é a fase S, com 
duração de 8 horas; 
• O ciclo celular é controlado pelas 
ciclinas, que são proteínas especiais que 
são mediadoras na mudança de fases do 
ciclo celular. Em caso de mutações nos 
genes dessas proteínas, o ciclo celular é 
totalmente desregulado e podem ocorrer 
divisões celulares em momentos não 
programados e de forma exagerada, dando 
início, assim, aos cânceres; 
• As ciclinas são ligadas as enzimas 
quinases, conhecidas como quinases 
dependentes de ciclinas; 
• Durante a interfase, a célula transcreve 
ativamente seus genes. Na fase S, o DNA é 
replicado e, assim, os cromossomos são 
duplicados, produzindo dois pares de 
cromossomos filhos. 
 
Origens da 
replicação 
• Para que a replicação do DNA tenha 
início, são abertas na molécula de DNA as 
chamadas forquilhas de replicação, para 
que o DNA possa ser replicado; 
• Essas forquilhas de replicação são 
formadas pela criação de uma “bolha de 
replicação”, sendo que, cada “bolha” 
Marianne Barone (15A) Disciplina – Prof. Marianne Barone (15A) Biologia Molecular – Prof. Jerusa Arantes 
resulta em duas forquilhas de replicação, 
uma para cada lado; 
• Nas células eucarióticas existem várias 
origens de replicação, enquanto nos 
procariontes, ocorre apenas uma; 
• Cada cromossomo eucariótico possui 
uma dupla fita de DNA linear e, pela taxa 
de replicação, estima-se que este processo 
levaria cerca de 34 dias para ocorrer, então, 
várias origens de replicação resultam em 
uma replicação mais rápida, já que ocorre 
em diferentes sítios simultaneamente, em 
um processo chamado de replicação 
assincrônica; 
• Nos locais de origem de replicação, são 
encontradas muitas bases de adenina e 
timina, pelo fato de serem mais facilmente 
separáveis por possuírem uma ligação 
dupla de hidrogênio, e não ligação tripla, 
como ocorre entre a guanina e a citosina; 
• Para que as proteínas iniciadoras se 
liguem nas regiões de início de replicação, 
elas devem ser ligadas nas regiões de 
eucromatina, pois, nesses segmentos, a 
cromatina está mais descondensada que as 
regiões ricas de heterocromatina; 
• Eventualmente, durante o processo, as 
diversas forquilhas de bolhas são unidas, 
de forma que, os segmentos de DNA são 
fundidos e produzem duas moléculas de 
DNA lineares idênticas, resultando em 
duas moléculas de DNA linear; 
• Os eucariotos possuem várias origens de 
replicação, assim, para isso, existe um 
controle da iniciação, dividindo-se as 
origens em diferentes fases do ciclo 
celular, de forma que: 
 - Algumas proteínas podem se ligar na 
origem apenas na fase G1, quando a taxa 
de ciclina-quinase ainda é baixa; 
 - A formação de proteínas adicionais, 
para a formação de forquilhas de 
replicação, ocorre somente na fase S, 
processo associado a fosforilação por parte 
de ciclinas-quinases da fase S; 
• Assim, regiões diferentes de um 
cromossomo são replicadas em 
diferentes momentos da fase S do ciclo 
de divisão celular; 
• A eucromatina, geralmente, é a primeira 
parte do cromossomo a ser replicada, visto 
que, por estar menos condensada torna 
mais fácil o acesso da molécula de DNA 
para o início do processo. A 
heterocromatina (mais condensada) é 
replicada no final da fase S; 
• Fatores que facilitam a replicação: 
regiões ricas em adenina e timina e 
regiões de eucromatina; 
• A ligação das proteínas iniciadoras, 
chamadas de complexo de 
reconhecimento de origem (OCR) e da 
enzima helicase, que é atraída para a 
forquilha de replicação e permanece 
inativa por proteínas inibidoras, ocorre 
durante a fase G1 da interfase, formando o 
denominado complexo replicativo; 
 
• Na fase S, as proteínas inibidoras de 
helicase deixam a origem de replicação, 
permitindo que a enzima helicase 
desenrole a dupla fita de DNA, dando 
início a replicação. Assim, as enzimas 
quinase realizem a fosfolização das 
proteínas iniciadoras e proteínas 
inibidoras, permitindo que a helicase 
desenrole a fita de DNA e rompa as 
ligações de hidrogênio entre as bases 
nitrogenadas, com o gasto de ATP; 
• As enzimas quinases dependem da sua 
ligação com outras proteínas específicas de 
cada fase para serem ativadas, que passam 
a fosforilar ou desfosforilar as proteínas 
ligadas a molécula de DNA ao formar o 
complexo ciclina-quinase. 
 
 
Replicação 
→ Componentes necessários: 
• Molde de DNA: template; 
• dNTPS: desoxirribonucleotídeos 
trifosfatados (aATP, dTTP, dCTP e 
dGTP), que estão livres no nucleoplasma; 
• Enzima DNA polimerase: utiliza os 
dNTPs como substrato para a síntese de 
DNA, utilizando uma outra fita como 
molde; 
• Iniciador (primer): pequena sequência 
de RNA produzida pela enzima primase. 
 
→ Forquilha de replicação: 
• Uma nova fita, tanto de RNA quanto de 
DNA, só pode ser polimerizada no sentido 
5’ à 3’; 
• Na fita molde de DNA 3’à 5’, após a 
adição do primer, a polimerização é 
contínua, já que, como a fita é 3’ à 5’, a 
fita nova que está sendo sintetizada será no 
sentido 5’à 3’; 
• Na fita molde de DNA 5’à 3’, a síntese 
ocorre de forma fragmentada. Após a 
inserção do primer pela RNA polimerase, 
o fragmento de Okasari é sintetizado pela 
DNA polimerase; 
• A DNA polimerase realiza a síntese das 
duas fitas concomitantemente; 
 
• O dNTP é incorporado na hidroxila do 
carbono 3’ da pentose. Quando ele é 
incorporado à nova fita de DNA, ele se 
desprende de 2 fosfatos (= pirofosfato), 
que libera a energia necessária para haver a 
incorporação do nucleotídeo à nova fita. 
 
→ DNA polimerase: 
 
• Sua estrutura tridimensional é semelhante 
a uma mão direita, na qual a palma, os 
dedos e o polegar seguram o DNA 
formando o sítio ativo da enzima; 
• O posicionamento correto do dNTP (= 
pareamento) provoca um “aperto dos 
dedos” da enzima; 
• A liberação do pirofosfato provoca a 
“liberação dos dedos”, de modo que a 
molécula de DNA pode se translocar em 
um nucleotídeo; 
• Ela possui duas funções: 
 - Endonuclease 5’ – 3’: ela adiciona 
nucleotídeos à nova fita; 
 - Exonuclease 3’ – 5’: ela remove 
nucleotídeos com pareamento inadequado 
(corretora); 
• Quando um nucleotídeo é pareado 
erroneamente, as ligações de hidrogênio 
entre as bases são fracas, de forma que, 
não ocorrerá o “fechamento dos dedos” da 
DNA polimerase, ou seja, a enzima não 
sofrerá uma mudança conformacional. 
Então, vai ser acionada a atividade de 
exonuclease da enzima, de forma que, ela 
remove o nucleotídeo que estava inserido 
de forma errônea e, com isso, retoma o 
processo de síntesepela ação de 
endonuclease. 
→ Primer: 
• A DNA polimerase só realiza a síntese na 
presença de um iniciador, ou seja, uma 
sequência de nucleotídeos com hidroxila 
livre que permite a ligação de novas bases 
nitrogenadas pela ligação fosfodiéster; 
• Assim, ao romper a dupla hélice, 
nenhuma das duas fitas possui um 
iniciador, sendo necessária sua síntese para 
que a molécula de DNA polimerase possa 
dar início ao processo; 
• Para isso, a enzima primase adiciona 
nucleotídeos tanto na fita que terá sua 
síntese contínua quanto na fita que terá sua 
síntese feita de forma descontínua na 
forquilha de replicação, e estes 
nucleotídeos servirão como marcadores 
para que a DNA polimerase dê 
continuidade na polimerização de uma 
nova fita a partir deles; 
 - A enzima primase atua uma única vez 
na fita contínua; 
 - Já na fita descontínua, a enzima primase 
atua em cada fragmento de Okasaki, 
adicionando, a cada vez, os nucleotídeos 
iniciadores. 
 
→ RNAse e DNA ligase: 
• Após a polimerização das duas fitas da 
forquilha de replicação, a enzima RNAse 
H remove os primers; 
• Nesses espaços que estavam 
anteriormente os primers, a DNA 
polimerase adiciona os dNTPs; 
• A enzima DNA ligase atua na fita 
descontínua unindo os fragmentos de 
Okasaki. 
 
→ Outras proteínas que auxiliam 
na replicação do DNA: 
• SSB (single strand DNA-binding): são 
proteínas que se ligam às fitas simples do 
DNA, fazendo com que elas permaneçam 
abertas; 
• Topoisomerase: reduz o stress 
contorcional da dupla fita na extremidade 
da forquilha de replicação. 
 
Resumo 
• Na fase G1 do ciclo celular, proteínas 
iniciadoras, enzima helicase e inibidores 
de helicase se ligam às origens de 
replicação, formando o complexo pré-
replicativo; 
• Na fase S do ciclo celular, os inibidores 
de helicase saem das origens de replicação 
e a enzima helicase rompe as ligações de 
hidrogênio entre as bases, abrindo a 
forquilha de replicação; 
• As proteínas SSP se ligam às fitas 
simples de DNA e a enzima 
topoisomerase se liga a extremidade 
contorcida da dupla fita; 
• A enzima primase adiciona os primers 
na fita contínua e descontínua da forquilha 
de replicação; 
• A enzima DNA polimerase adiciona 
dNTPs (atividade de endonuclease 5’- 3’) 
ao mesmo tempo que exerce sua atividade 
de exonuclease 3’- 5’, cada vez que um 
nucleotídeo errado é incorporado à nova 
fita; 
• A enzima RNAse H remove os primers 
de RNA, a DNA polimerase adiciona 
novos dNTPs e a enzima DNA ligase une 
os fragmentos de Okasaki, para que se 
tornem uma fita contínua.