Duplicação ou Replicação do DNA

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Daniella Machado
 	 Turma XXVI 
Genética – Módulo 1 Daniella Machado
Morfofuncional– 1º período UniEVANGÉLICA 	 Turma XXVI 
Duplicação ou Replicação do DNA
Genética – Introdução ao estudo de Medicina
Morfofuncional: Módulo 1
DNA
São nucleotídeos unidos, formados por uma pentose, um fosfato e uma base nitrogenada (adenina, guanina, citosina e timina). São fitas antiparalelas com sentido 5’⇒3’.
A adição de um oxigênio na ribose (RNA) o torna mais reativo e menos estável do posto de vista químico, em comparação ao DNA. 
O superenrolamento das proteínas provoca uma diminuição do espaço do DNA.
 	 O DNA está compactado por proteínas, as histonas.
Heterocromatina: permanece altamente condensada durante todo o ciclo celular, ausência de transcrição, crossing-over e replicação tardia na fase S, ou seja, inativa no ponto de vista transcricional.
Eucromatina: processo normal de condensação e descondensação no ciclo celular, local de transcrição ativa.
Cromossomo 
A molécula de DNA começa o enovelamento nos octômeros de histona, depois ocorre a formação de um nucleossomo, depois eles vão ficando mais enovelados e formam os nucleossomos compactados.
Procariontes
Precisa de um OH-3’live e faz uso de um complexo denominado replissomo.
Desenrolamento
Topoisomerase
Enzimas que desenrolam as torções ou superespirais, e podem induzir o enrolamento (após os relaxamentos) da dupla fita de DNA durante a replicação. A par disso, elas promovem a quebra transitória nas pontes fosfodiéster adicionando ou removendo super-enrolamentos. Permanece ligada covalentemente ao DNA e permite que as fitas passem umas sobre as outras.
 Presentes tanto em procariotos como em eucariotos. Ao desenrolar um trecho a tensão se acumula a frente da separação e as duas fitas se torcem ao redor uma da outra. Como um nó de corda à medida que você afasta as fitas. 
Essa torção do DNA é o superenrolamento, se não for removido interrompe a separação da fita, a replicação é pausada. Elas relaxam o DNA super-helicoidizado por meio da quebra de um único filamento de DNA ou de ambos os filamentos
 A topoisomerase do tipo I não necessita de incremento de energia, elas ligam-se a apenas uma das fitas, alteram os superenrolamentos ao fazerem rupturas de fita única do DNA.
A topoisomerase II gasta ATP e se liga a ambas as fitas de hélice, quebra temporária na hélice, evitam a formação de laços ou nós nas longas fitas de DNA cromossomal. A topoisomerase bacteriana é alvo de antibióticos que inibem a enzima procariótica muito mais do que a eucarionte. O DNA girase é um exemplo de topoisomerase tipo II
Helicase
São enzimas que rompem as ligações de hidrogênio que mantem os dois filamentos juntos da dupla-hélice. Disponibiliza as fitas paralelas em fitas simples para a síntese da fita-filha. Ademais, ela não pode iniciar o desenrolamento, a proteína de iniciação separa primeiro as fitas de DNA na origem, fornecendo um curto segmento de DNA de fita dupla onde essa enzima.
SSB (single stranded binding proteins)
Proteínas ligadoras de DNA de fita única, após o DNA ser desenrolado pela helicase essas proteínas prendem-se firmemente ao DNA de fita única exposto e impede a formação de estruturas secundárias como “grampos”.
Alongamento
Primase – RNA-pol DNA-dependente
Enzima que sintetiza primers de RNA na forquilha de replicação. A replicação da fita descontínua precisa de um novo primer a cada 100-200 bases. 
Autocorreção da DNApol não permite que inicie a síntese de novo na fita complementar, tem como objetivo preservar mecanismos de autocorreção eficiente. Ela não toca na proteína grampo, atuando como enzima distributiva, adicionando alguns ribonucleotídeos antes de dissociar do molde.
Primase
É um RNA polimerase. A DNA polimerase precisa um nucleotídeo comum grupo 3’-OH. Em adição, ela não consegue criar uma cadeia, só estender.
Primers: segmentos curtos, cerca de 10 a 12 nucleotídeos de RNA, são eles que iniciam os filamentos contínuos e de Okazaki, são sintetizados no início do fragmento de Okazaki no sentido 5’.
Fita líder: só um primer na extremidade 5’da fita recém-sintetizada, o chamado filamento líder, sofre replicação contínua. 
Fita descontínua: novo primer a cada fragmento de Okazaki, forma um complexo com a helicase na forquilha de replicação, esse é o sentido “errado”, já que o sentido é 5’-3’, forma segmentos curtos de DNA recém-sintetizadas, essa fita sofre replicação descontínua. As extensões curtas de DNA produzidas pela fita descontínua são denominadas fragmentos de Okazaki.
Entretanto, como o DNA polimerase sempre adiciona nucleotídeo em sua extremidade 3’ em crescimento, apenas um dos dois filamentos antiparalelos pode atuar como modelo de forquilha de replicação. 
Como toda RNA polimerase não possuí atividade revisora, os primers podem conter erros de pareamento, isso, porém não constitui fontes de mutações uma vez que todos os primers são removidos, catalisados pelo DNA pol I e são substituídos.
As ligações entre os novos nucleotídeos que substituem o primer são feitas pela DNA polimerase que atuam no reparo de DNA e que possuem atividade revisora.
Síntese de DNA
DNA polimerases/ DNApol
São enzimas que sintetizam o DNA, podendo adicionar nucleotídeos as extremidades 3’ da fita crescente.
Sob esse prisma, a atividade 3’-5- exonuclease- de autocorreção, mecanismo de correção de nucleotídeos mal pareados, atividade 5’-3’remove primers dos fragmentos de Okazaki. Ademais possuí uma Fidelidade de replicação: 1 erro a cada 1 bilhão de bases incorporadas, maior do que esperado pela precisão do pareamento. 
Sem contar da correção exonucleotídeca de DNA-pol, para a verificação de falha no sentido 5’-3’, reconhece um nucleotídeo não-pareado e cliva até 1º pb completando a polimerização, sistema de reparo retira os primers de RNA nos fragmentos de Okazaki e substitui por DNA.
DNA polimerase I: liga na “palma” e realiza mudanças conformacionais que fazem com que o dedão se feche sobre ele, o pareamento adequado é checado pela DNA-pol. Além disso, apenas o nucleotídeo correto se liga com alta afinidade ao complexo DNA-molde-DNApol. A DNApol I verifica a geometria exata do pareamento antes de catalisar a reação. Tem a função de polimerase no sentido 5’-3’ e a exonuclease no sentido 3’-5’ para a remoção de primers.
DNA-pol III possui alta processividade, possuí um complexo multienzimático (a síntese de DNA funciona pela ação conjunta das diversas proteínas, formação da alça de replicação) sem atividade 5’-3’exonuclease.
 Ela sintetiza fitas de nucleotídeos ao adicionar novos nucleotídeos à extremidade 3’ da molécula de DNA crescente. Tem duas atividades enzimáticas, a atividade polimerase no sentido 5’-3’ adicionando novos nucleotídeos e sua atividade exonuclease que permite que ela retire nucleotídeos no sentido 3’-5’ (correção de erros).
Após a DNA polimerase III iniciara a síntese dos primers e ir para a 3’(downstream). A DNA polimerase I remove os nucleotídeos de RNA do primer, substituindo por nucleotídeos de DNA. As DNAs II, IV e V funcionam como no reparo do DNA.
DNA-Ligases
Catalisam a formação das ligações fosfodiéster dos fragmentos de Okazaki. A sua reação é dependente de energia. NAD+ EM procariotos, ATP em eucariontes.
Ademais, ligam a extremidade 3’ que preencheu a lacuna à extremidade 5’do Okazaki dowstream, criando o filamento descontínuo (lagging). Em suma, ela fecha a ruptura deixada pela DNA poliemerase I na estrutura açúcar- fosfato.
Alongamento da forquilha de replicação 
	O término ocorre quando duas forquilhas de replicação se encontram
Eucariotos
 Os eucariontes possuem várias origens de replicação. 
G1: Período variável entre diferentes organismos (iniciam em diploides),ponto de verificação 
S: a síntese do DNA, origem de replicação (a celular é tetraploide)
G2: Preparação do núcleo para divisão 
Mitose: divisão celular (manutenção do número de cromossomos)
Um complexo multiproteico de reconhecimento inicia o processo de desenrolamento na célula eucarionte.
Cada célula filha recebe uma cópia extra do material genético. Há pontos de verificação no ciclo celular garantem que a divisão celular não prossiga se a replicação do DNA for inibida ou defeituosa. Ademais, no início do desenrolameto eucariótico as origens são licenciadas quando um fator de licenciamento de replicação se prende a origem.
 Na segunda etapa, a replicação inicia-se no local licenciado. Após o licenciamento, o fator de licenciamento de replicação é retirado e só irá voltar com a renovação do licenciamento, sendo ativado após a mitose e desativado após a replicação 
Os DNA polimerase, na replicação tem a participação da DNA polimerase alfa, sigma e E. A DNA alfa tem atividade primase inicia a síntese de DNA nuclear ao sintetizar um primer de RNA, a sigma completa a replicação da fita tardia a DNA polimerase E replica a fita líder. São altamente eficazes e não são suscetíveis a erros, por causa do número extenso de sítios ativos que acomodam de forma justa os quatro nucleotídeos do DNA.
As DNA polimerase apresentam menor fidelidade no processo de replicação, tem sítio ativo mais aberto e são capazes de acomodar e copiar moldes com bases anormais. Alguns erros podem escapar e produzir mutações.
Os nucleossomos são degradados durante a replicação e remontados a partir de uma mistura de histonas antigas. A remontagem dos nucleossomos durante a replicação é facilitada pelas chaperonas de histonas e pelos fatores de montagem de cromatina
A replicação é coordenada pelo ciclo celular.
Recombinação Homóloga: crossings-over, regiões homologas do cromossomo são trocadas e os alelos misturados em novas combinações.
Outras DNApol participam da replicação e recombinação ou catalisam a replicação do DNA mitocondrial.
Forquilha de replicação 
A replicação do DNA ocorre na forquilha de replicação, onde a dupla-hélice está desenrolando e os dois filamentos estão se separando. A replicação do DNA continua na direção da forquilha em desecoloidização do filamento contínuo. O DNA é sintetizado em segmentos curtos, na direção para longe da forquilha de replicação, no filamento descontínuo. É o ponto de desenrolamento, um processo bidirecional.
Replicação por círculo rolante (vírus)
Ocorre a ruptura em uma das fitas de nucleotídeos que cria um grupo 3’-OH e um grupo fosfato 5’, novos nucleotídeos são inseridos com base na fita interna (não rompida).
Evolução molecular
O DNA sofre modificações
Variabilidade genética: as funções de correção da DNApol-essencias para a transmissão e estabilidade da informação genética durante a divisão celular, estabilidade do genoma e ao mesmo tempo a evolução, pequenas mutações no DNA, falhas na replicação, recombinação ou no reparo podem ocasionar diversos tipos de alterações.
 
Mecanismo de replicação
Semiconservativos
2 fitas DNA parenteal são copiadas, originando moléculas filhas com apenas uma das fitas novas sintetizadas. Já que cada fita original de nucleotídeos permanece (intacta, conservada), apesar de não se combinar mais com a mesma molécula, a molécula original de DNA tem sua metade (semi) conservada durante a replicação 
Direção da replicação, sempre no sentido 5’-3’
Semi-descontínua: uma fita ocorre de forma contínua e na outra descontínua.
Replicação de telômeros
 É a extremidade dos cromossomos, várias cópias de uma sequência curta com repetividade.
Telomerase: ribonucleoproteína, enzima +proteína+ RNA, uma enzima que adiciona repetições curtas às extremidades 3’das moléculas de DNA responsável pela replicação das extremidades do cromossomo, que adiciona nucleotídeos extras à fita de DNA rica em G do telômero.
Nesse processo de polimerase da telomerase, o RNA que serve de molde para o DNA, apresentando uma atividade denominada transcriptase reversa.
O encurtamento dos telômeros contribui para o processo de envelhecimento, expressa em 90% de todos os canceres (estimula a proliferação celular), ademais, a cada divisão celular ocorre o encurtamento deles.
O telômero é o nosso relógio biológico.
Eles preservam a integridade cromossômica e previnem a erosão genética, já que ocorre a prevenção da perda da informação genética.
Uma fita é composta pelos nucleotídeos guanina e adenina (ou timina).
Dogma da biologia molecular
Replicação: informação passa do DNA para outro DNA
Transcrição: DNA passa para o RNA
Tradução: informação passa do RNA para a proteína
A informação genética passa do DNA para a proteína(via unidirecional)
Sequencia 
Topoisomerase,helicase, proteína ligadora de DNA de fita única, primase, DNApol,
ligase.
Bibliografia
Capítulo 6 genética molecular humana ( tom strachan)
Capítulo 7 introdução a genética
Capítulo 11 e 12 Gn;ética de Benjamin A. Pierce