Replicação do DNA - Biologia - Super Material - SanarFlix

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REPLICAÇÃO DO DNA
SUMÁRIO
1. Princípios da Replicação do DNA ....................... 3
2. Origem de Replicação .............................................. 6
3. Forquilhas de Replicação ......................................10
4. Dna-Polimerase ........................................................15
5. Proteínas Acessórias da Replicação ................24
6. Reparo do DNA ........................................................32
Referências Bibliograficas .........................................43
3REPLICAÇÃO DO DNA
O processo biológico fundamental da 
reprodução requer a transmissão fiel 
da informação genética dos pais para 
os filhos. Portanto, a replicação acu-
rada do DNA genômico é essencial 
para a existência de todas as células 
e organismos. A cada vez que uma 
célula se divide, todo o seu genoma 
deve ser duplicado, sendo necessária 
uma complexa maquinaria enzimáti-
ca para copiar as grandes moléculas 
de DNA que constituem os cromos-
somos procarióticos e eucarióticos. 
Além disso, as células desenvolve-
ram mecanismos para corrigir os er-
ros eventuais que ocorrem durante 
a replicação do DNA e para reparar 
as lesões que resultam da ação de 
agentes ambientais tais como as ra-
diações. Anormalidade nestes pro-
cessos resultam na falta de acurácia 
na replicação e na manutenção do 
DNA genômico – falha esta que pode 
ter consequências desastrosas, como 
o desenvolvimento de câncer. 
1. PRINCÍPIOS DA 
REPLICAÇÃO DO DNA
A replicação do DNA é um proces-
so semiconservativo no qual cada 
fita parental serve como molde para 
a síntese de uma nova fita-filha. Para 
tal, ocorre a separação das fitas da 
dupla hélice de DNA com a quebra 
das ligações de hidrogênio entre as 
bases nitrogenadas, e então cada fita 
atuará como molde para a produção 
de uma nova fita. Assim, cada nova 
molécula de DNA é uma cópia per-
feita de uma molécula preexistente. 
Ocorre durante a fase S da interfase 
e a enzima central envolvida é a DNA 
polimerase, que catalisa a junção de 
desoxirribonucleosídeos 5’-trifosfa-
tados (dNTPs) para formar a cadeia 
crescente de DNA. 
Fita S molde
Fita S’ nova
Fita S nova
Fita S’ molde
Fita S
Fita S’
Dupla-hélice de DNA original
Figura 1. A dupla-hélice atua como um molde para sua própria duplicação. 
Fonte: ALBERTS, Bruce et al. Biologia Molecular da Célula. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017
4REPLICAÇÃO DO DNA
SE LIGA! A replicação correta da dupla 
hélice original do DNA é assegurada 
pelo pareamento adequado das bases 
nitrogenadas, isto é, cada timina é pa-
reada com uma adenina e cada guani-
na está associada a uma citosina. Erros 
nesse pareamento podem (ou não) ge-
rar mutações.
Contudo, a replicação do DNA é mui-
to mais complexa que uma simples 
reação enzimática. Outras proteínas 
estão envolvidas e mecanismos de 
correção de erros são necessários 
para garantir que a exatidão da re-
plicação seja compatível com a baixa 
frequência de erros exigida para a re-
produção celular. Proteínas adicionais 
e sequências específicas de DNA são 
necessárias para iniciar a replicação e 
copiar as extremidades dos cromos-
somos eucarióticas. 
SE LIGA! A replicação do DNA é um 
processo bastante complexo tendo em 
vista que envolve a duplicação de bi-
lhões de pares de nucleotídeos cada vez 
que a célula se divide. O processos de 
cópia deve ocorrer com alta velocidade 
e precisão, isto é, com o mínimo de er-
ros possível. Esse feito é realizado por 
um grupo de proteínas que formam uma 
máquina de replicações.
SAIBA MAIS!
A replicação do DNA também é dita assincrônica. Isto porque, em um dado tipo celular, re-
giões específicas do material genético, ou genes individuais, começam e terminam sua du-
plicação em momentos definidos na fase S. A eucromatina, que constitui a cromatina gene-
ticamente ativa, começa a replicar primeiro, fazendo-o desde o início da fase S, enquanto a 
heterocromatina geralmente é a última a replicar, no final do período S, sendo considerada, 
portanto, de replicação tardia.
5REPLICAÇÃO DO DNA
MAPA MENTAL – VISÃO GERAL DA REPLICAÇÃO DO DNA
Fase S da interfase
Processo 
semiconservativo
REPLICAÇÃO 
DO DNA
Pareamento 
adequado das bases 
nitrogenadas
Principal enzima Outras proteínas
Quando ocorre?
Assincrônica
Alta velocidade
Alta precisão
Regiões específicas 
do material genético 
replicam-se em definidos 
momentos na fase S
DNA polimerase Máquina de replicação
Erros MutaçõesSeparação das fitas na dupla - hélice
Fita parental
Duas fitas - filhas
Molde
Cópias exatas
6REPLICAÇÃO DO DNA
2. ORIGEM DE 
REPLICAÇÃO
Para que o DNA de fita dupla atue 
como molde durante a replicação, as 
duas fitas pareadas devem ser sepa-
radas, ou desnaturadas, para tornar 
as bases disponíveis ao pareamen-
to com as bases dos dNTPs que são 
polimerizados nas novas fitas-filhas 
recém-sintetizadas. A separação das 
fitas parentais de DNA é realizada por 
helicases específicas, começando em 
segmentos únicos de uma molécula 
de DNA, chamados origens de repli-
cação, ou simplesmente origens. As 
sequências nucleotídicas das origens 
de replicação de diferentes organis-
mos variam bastante, embora geral-
mente contenham sequências ricas 
em A – T (Adenina e Timina).
Figura 2. A dupla hélice de DNA é aberta na origem de replicação. Fonte: Bruce Alberts, Dennis Bray, Karen Hopkin, 
Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, Peter Walter. (2017). Fundamentos da Biologia Celular. 6ª 
Ed. Editora Artmed, Porto Alegre, 864p. 
7REPLICAÇÃO DO DNA
SE LIGA! As origens de replicação são 
compostas por sequências de DNA que 
atraem as proteínas iniciadoras e são 
segmentos de DNA particularmente fá-
ceis de separar. Nesse contexto, sabe-
mos que o par de bases A – T é unido 
por menos pontes de hidrogênio do que 
o par G – C (Guanina e Citosina). Portan-
to, um segmento de DNA rico em pares 
de bases A – T é relativamente mais fácil 
de ser separados e, com isso, esses pa-
res são normalmente encontrados nas 
origens de replicação. 
A velocidade de duplicação do DNA é 
calculada em torno de 30 mm por mi-
nuto, na bactéria Escherichia coli, e de 
0,5 a 2,0 mm por minuto, nos núcle-
os das células eucariontes dos ver-
tebrados. Com essa velocidade, se o 
processo começasse por um extremo 
da molécula de DNA e terminasse 
no outro, o genoma dos vertebrados 
gastaria um tempo muito longo para 
sua replicação. Isso realmente não 
acontece, pois enquanto em células 
procariontes a molécula de DNA ini-
cia a replicação em um único local, em 
células eucariontes existem múltiplas 
origens. Assim, essas células solu-
cionaram o problema de replicar seu 
enorme genoma no curto espaço de 
tempo do intervalo S e superaram a 
baixa velocidade de sua replicação. O 
número de origens de replicação de-
pende do organismo, do tipo celular 
e é regulado ao longo do desenvol-
vimento. Como exemplo, em um cro-
mossomo humano médio existem, 
pelo menos, 200 pontos de origem. 
Como muitos genes ativos replicam 
no início da fase S, é possível que o 
papel de origens de replicação espe-
cíficas seja o de coordenar a replica-
ção do DNA com a transcrição dos 
genes. 
8REPLICAÇÃO DO DNA
Origem de replicação
Início da 
replicação
Término da 
replicação
Duas moléculas – filhas de DNA circular
Origem de replicação
Início da 
replicação
Término da 
replicação
Figura 3. A replicação do DNA de um genoma bacteriano. 
Fonte: ALBERTS, Bruce et al. Biologia Molecular da Célula. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017
9REPLICAÇÃO DO DNA
Para ser ativada, a origem de replica-
ção é reconhecida por um complexo 
proteico chamado complexo de re-
conhecimento de origem (ORC, em 
inglês). Ele liga-se às origens de re-
plicação e sinaliza para que outras 
proteínas reguladoras venham a se 
ligar também. Entre essas proteínas, 
está o complexo pré-replicativo ou 
pré RC. Quando o complexo pré-RC 
se liga a uma origem de replicação, o 
complexo ORC é fosforilado e o pro-
cesso de replicação é iniciado. Depois 
de ocorrida a replicação,o complexo 
pré-RC se desliga daquela origem de 
replicação, impedindo outra leitura da 
mesma origem.
Iniciação da replicação
Forquilhas movem-se 
em direções opostasDNA-recém sintetizado
Figura 4. A replicação em eucarióticos inicia em múltiplas origens (ori). Fonte: Geoffrey M. Cooper & Robert E. Haus-
man. (2007). A Célula. Uma abordagem molecular. 3ª Ed. Editora Artmed, Porto Alegre, 736p.
10REPLICAÇÃO DO DNA
3. FORQUILHAS DE 
REPLICAÇÃO
A região do DNA na qual todas estas 
proteínas se reúnem para realizar a 
síntese de fitas-filhas é chamada de 
forquilha de replicação, em forma de 
Y. Nessas forquilhas, a máquina de 
replicação se desloca sobre o DNA, 
causando a abertura das duas fitas 
da dupla-hélice e usando cada um 
das fitas como um molde para pro-
duzir uma nova fita-filha. Duas for-
quilhas de replicação são formadas a 
partir de cada origem de replicação, e 
essas se afastam da origem nas duas 
direções, separando o DNA à medida 
que vão se afastando. Dessa forma, a 
replicação do DNA nos cromossomos 
bacterianos e eucarióticos é dita bi-
direcional. As forquilhas se deslocam 
muito rapidamente – cerca de 1.000 
pares de nucleotídeos por segundo 
em bactérias e 100 pares de nucle-
otídeos por segundo em humanos. A 
velocidade mais lenta do movimento 
da forquilha em humanos (e em todos 
os eucariotos) pode ser devida às di-
ficuldades geradas pela presença da 
estrutura da cromatina, mais com-
plexa, encontrada nos organismos 
superiores.
MAPA MENTAL – ORIGEM DE REPLICAÇÃO
Células eucarióticas
ORIGEM DE 
REPLICAÇÃO
Local de início da separação 
das fitas parentais de DNA
Complexo de 
reconhecimento de 
origem (ORC)
Sequências ricas em A - T
Células procarióticas
Ação das helicases
Única origem
Múltiplas origens Recruta as proteínas envolvidas na replicação
11REPLICAÇÃO DO DNA
SE LIGA! O processo replicativo ocorre 
muito mais rapidamente, pois o geno-
ma é menor e encontra-se em um es-
tado de compactação bem mais sim-
ples em comparação com os eucariotos, 
proporcionando a adição mais veloz de 
nucleotídeos.
No centro da máquina de replicação 
está a enzima DNA-polimerase, que 
sintetiza o DNA novo utilizando uma 
das fitas existentes como molde. Essa 
enzima catalisa a adição de nucleotí-
deos à extremidade 3’ de uma cadeia 
crescente de DNA pela formação da 
ligação fosfodiéster entre a extremi-
dade 3’ e o grupo 5’-fosfato do nucle-
otídeo a ser incorporado. Os nucleo-
tídeos entram na reação inicialmente 
como trifosfatos de nucleosídeo que 
Origens de replicação
Direção do movimento da forquilha
Forquilhas de replicação
Figura 5. As forquilhas de replicação se movem em direções opostas, a partir de diversas origens de replicação nos 
cromossomos eucarióticos. Fonte: Bruce Alberts, Dennis Bray, Karen Hopkin, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin 
Raff, Keith Roberts, Peter Walter. (2017). Fundamentos da Biologia Celular. 6ª Ed. Editora Artmed, Porto Alegre, 864p. 
12REPLICAÇÃO DO DNA
fornecem energia para a polimeriza-
ção. A hidrólise de uma ligação de alta 
energia do trifosfato de nucleosídeo 
fornece a energia para a reação que 
liga um monômero nucleotídico à ca-
deia e libera pirofosfato (PPi).
Desoxirribinucleosídeo trifosfato a ser incorporado
Extremidade 5’ da fita
Extremidade 3’ da fita
Extremidade 5’ da fita
Extremidade 3’ da fita
FITA 
INICIADORA FITA - MOLDE
Pirofosfato
Figura 6. Química da síntese de DNA. 
Fonte: ALBERTS, Bruce et al. Biologia Molecular da Célula. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017
A DNA-polimerase acopla a liberação 
dessa energia à reação de polimeriza-
ção. O pirofosfato é ainda hidrolisado 
a fosfato inorgânico (Pi), tornando a 
reação de polimerização irreversível. 
13REPLICAÇÃO DO DNA
SE LIGA! A DNA-polimerase não se dis-
socia do DNA cada vez que adiciona um 
novo nucleotídeo na cadeia crescente; 
ao contrário, permanece associada ao 
DNA e se desloca, a cada etapa, sobre a 
fita-molde por vários ciclos da reação de 
polimerização.
A síntese de novas fitas complemen-
tares para ambas as fitas da molécu-
la parental apresentou um problema 
importante para o entendimento da 
bioquímica da replicação do DNA. 
Uma vez que as duas fitas em uma 
molécula de DNA têm orientação 
opostas, ou seja, são antiparalelas, a 
síntese contínua das duas novas fitas 
na forquilha de replicação exigiria que 
uma delas fosse sintetizada na dire-
ção 5’ para 3’, ao passo que a outra 
fita seria sintetizada na direção opos-
ta (3’ para 5’).
Fita - molde
Fita 
iniciadora
Direção 5’ 
para 3’ do 
crescimento 
da cadeia
5’ - trifosfato
Pirofosfato
Figura 7. A síntese de DNA é catalisada pela DNA – polimerase: A DNA-polimerase catalisa a adição sequencial de um 
desoxirribonucleotídeo à extremidade 3’-OH de uma cadeia polinucleotídica, a fita iniciadora crescente que está pareada à 
um fita-molde já existente. A fita de DNA recém-sintetizada é, então, polimerizada na direção 5’-3’. Como cada desoxirri-
bonucleosídeo trifosfato deve formar par com a fita-molde para ser reconhecido pela DNA-polimerase, essa fita determina 
qual dos quatro desoxirribonucleotídeos possíveis (A, C, G ou T) será adicionado. A reação é promovida por uma grande 
alteração favorável da energia livre causada pela liberação do pirofosfato e sua subsequente hidrólise em duas moléculas 
de fosfato inorgânico. Fonte: ALBERTS, Bruce et al. Biologia Molecular da Célula. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017
HORA DA REVISÃO!
As cadeias do DNA são tipicamente encontradas em uma dupla hélice, uma estrutura na 
qual duas cadeias complementares estão ligadas. Os açúcares e fosfatos localizam-se na 
parte externa da hélice, formando o arcabouço do DNA; esta porção da molécula é, algu-
mas vezes, chamada de esqueleto açúcar fosfato. As bases nitrogenadas se estendem 
para o interior, como os degraus de uma escada, em pares; as bases de um par se unem 
entre si por ligações de hidrogênio. As duas fitas da hélice vão em direções opostas, isto 
é, o final 5’ de uma fita é pareado com o final 3’ da sua fita correspondente. Nos referimos 
a isso como orientação antiparalela. Por exemplo, se você sabe que a sequência de uma 
fita é 5’ -AATTGGCC-3’, a fita complementar deve ter a sequência 3’-TTAACCGG-5’. Isso 
permite que cada base se combine com sua parceira. Quando duas sequências de DNA 
se combinam desse jeito, possibilitando a ligação entre si de modo antiparalelo e forman-
do uma hélice, elas são consideradas complementares.
14REPLICAÇÃO DO DNA
Entretanto, como já citado, a DNA-
-polimerase só é capaz de sintetizada 
uma fita nova de DNA na direção 5’ 
→ 3’. Este problema foi resolvido por 
experimentos que mostraram que so-
mente uma das fitas de DNA é sinteti-
zada de maneira contínua, na direção 
da replicação da forquilha. A outra fita 
é formada de pedaços curtos e des-
contínuos de DNA que são sinteti-
zados no sentido inverso em relação 
à direção da forquilha de replicação. 
Esses pequenos pedaços de DNA re-
cém-sintetizados, chamados de frag-
mentos de Okazaki, são unidos pela 
ação da DNA ligase, formando uma 
nova fita intacta. A fita sintetizada de 
forma contínua é chamada de fita lí-
der, pois sua extensão na direção do 
movimento da forquilha de replica-
ção expõe o molde para a síntese dos 
fragmentos de Okazaki, que formam 
a fita descontínua ou retardada. 
A A
A A
T T G G
T T G GC C
C C5’
5’3’
3’
Figura 8. Complementariedade das fitas. Fonte: https://pt.khanacademy.org/science/biology/
dna-as-the-genetic-material/structure-of-dna/a/nucleic-acids
Fitas 
parentais
Síntese de fragmento 
de Okazaki
União do fragmento de 
Okazaki à fita descontínua
Síntese de um novo 
fragmento de Okazaki
Forquilha de 
replicação
Direção 
geral da 
replicação
Fragmento 
de Okazaki
Fita 
contínua
Fita 
descontínua
Figura 9. Síntese das fitas contínua e descontínua do DNA. Fonte: Geoffrey M. Cooper & Robert E. Hausman. (2007). 
A Célula. Uma abordagem molecular. 3ª Ed. Editora Artmed, Porto Alegre, 736p.
15REPLICAÇÃO DODNA
SE LIGA! Embora sejam diferentes em 
alguns detalhes, as forquilhas de repli-
cação de todas as células, procarióticas 
e eucarióticas, possuem fitas-líderes e 
retardadas. Essa característica é comum 
porque todas as DNA-polimerases uti-
lizadas na replicação do DNA polimeri-
zam apenas na direção 5’-3’.
4. DNA-POLIMERASE
A DNA polimerase é tão precisa que 
produz apenas cerca de um erro a 
cada 107 pares de nucleotídeos co-
piados. A-T e C-G são, de longe, os 
pares de bases mais estáveis, mas 
outros pares, menos estáveis – como 
G-T e C-A, por exemplo – podem ser 
formados. Esses pareamentos incor-
retos são formados com muito me-
nos frequência comparados aos cor-
retos, mas, se permanecessem no 
DNA, matariam a célula pelo acúmulo 
de mutações. Esses erros são evita-
dos devido a duas características da 
DNA-polimerase que aumentam a 
precisão da replicação do DNA. Pri-
meiro, a enzima monitora cuidadosa-
mente o pareamento de bases entre 
MAPA MENTAL– FORQUILHAS DE REPLICAÇÃO
Local onde as proteínas se 
reúnem para a replicação
FORQUILHAS DE 
REPLICAÇÃO
Deslocamento da 
máquina de replicação
Fita contínua (líder)
Fita descontínua 
(retardada)
Forma de Y
Replicação bidirecionalAlta velocidade
Sentido 5’ → 3’
Duas forquilhas se formam 
a partir de cada origem
Fragmentos de Okazaki
Ação da DNA-ligase
Sentido 3’ → 5’
16REPLICAÇÃO DO DNA
cada nucleotídeo a ser incorporado 
e a fita-molde. A DNA-polimerase 
catalisa a reação de adição apenas 
quando o pareamento está correto. 
Segundo, quando a DNA-polimera-
se produz um erro raro e adiciona um 
nucleotídeo incorreto, ela pode verifi-
car o erro por uma atividade chamada 
de correção de erros. 
A correção de erros ocorre ao mesmo 
tempo que a síntese de DNA. Antes 
de adicionar um próximo nucleotídeo 
à cadeia crescente de DNA, a enzima 
verifica se o nucleotídeo inserido an-
teriormente está pareado de forma 
correta à fita-molde. Se estiver, a po-
limerase adiciona o próximo nucle-
otídeo; se não, a polimerase remove 
o nucleotídeo mal pareado e tenta 
novamente. Portanto, a DNA-poli-
merase possui uma atividade de po-
limerização 5’-3’ altamente precisa e 
também uma atividade de correção 
de erros 3’-5’. Essa correção é rea-
lizada por uma nuclease que cliva o 
esqueleto fosfodiéster.
17REPLICAÇÃO DO DNA
DNA - polimerase
Fita-molde 
de DNA
A POLIMERASE ADICIONA UM 
NUCLEOTÍDEO INCORRETO
O NUCLEOTÍDEO MAL PAREADO É 
REMOVIDO PELO MECANISMO DE 
CORREÇÃO 3’ – 5’
EXTREMIDADE 3’ CORRETAMENTE 
PAREADA PERMITE A ADIÇÃO DO 
NUCLEOTÍDEO SEGUINTE
A SÍNTESE CONTINUA NA 
DIREÇÃO 5’ – 3’
Figura 10. Durante a síntese de DNA, a DNA-polimerase verifica seu próprio trabalho. Fonte: Bruce Alberts, Dennis 
Bray, Karen Hopkin, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, Peter Walter. (2017). Fundamentos 
da Biologia Celular. 6ª Ed. Editora Artmed, Porto Alegre, 864p. 
18REPLICAÇÃO DO DNA
SAIBA MAIS!
Por que é importante que a síntese da nova fita ocorra sempre no sentido 5’ → 3’? Caso o 
processo ocorresse no sentido 3’ → 5’, os nucleotídeos seriam inseridos e a fita seria sinte-
tizada normalmente. No entanto, a diferença estaria no fato de que a energia para a ligação 
entre as subunidades viria da quebra da ligação entre os grupos fosfatos do nucleotídeo que 
já estava inserido na fita. Então caso houvesse algum erro, a subunidade errada seria retira-
da, mas não haveria como prover energia para que a correta fosse inserida, pois a energia do 
nucleotídeo ao qual ela iria se ligar já havia sido gasta. Já no sentido 5’ → 3’, a energia vem da 
quebra no nucleosídeo livre que será inserido, então mesmo que ele esteja errado e tenha que 
ser removido, o nucleosídeo correto proverá a energia para ligar-se à fita em síntese.
Extremidade 5’ produzida 
quando um nucleotídeo é 
removido pelo 
mecanismo de correção
Extremidade 3’ produzida 
quando um nucleotídeo é 
removido pelo mecanismo 
de correção
Trifosfato de 
desoxirribonucleosídeo 
correto a ser incorporado
Trifosfato de 
desoxirribonucleosídeo 
correto a ser incorporado
MECANISMO DE CORREÇÃO MECANISMO DE CORREÇÃO
A REAÇÃO NÃO PODE OCORRER 
PORQUE NÃO HÁ LIGAÇÃO DE ALTA 
ENERGIA PARA SER CLIVADA
A LIGAÇÃO DE ALTA ENERGIA É 
CLIVADA, FORNECENDO A ENERGIA 
PARA A POLIMERAÇÃO
FIgura 11. A necessidade de correção explica por que as cadeias de DNA são sintetizadas apenas na direção 5’ – 3’. (A) No mo-
delo hipotético de polimerização na direção 3’ – 5’, o mecanismo de correção permitira a remoção de um nucleotídeo incorreto (em 
verde-escuro), mas bloquearia a adição do nucleotídeo correto (em vermelho), portanto, impedindo o alongamento da cadeia. (B) 
O crescimento na direção 5’ – 3’ permite que a cadeia seja continuamente alongada quando um nucleotídeo incorreto for adicio-
nado e removido pelo mecanismo de correção. Fonte: Bruce Alberts, Dennis Bray, Karen Hopkin, Alexander Johnson, Julian Lewis, 
Martin Raff, Keith Roberts, Peter Walter. (2017). Fundamentos da Biologia Celular. 6ª Ed. Editora Artmed, Porto Alegre, 864p. 
19REPLICAÇÃO DO DNA
No entanto, é importante notar que se 
o sistema de correção simplesmente 
reconhecesse um mal pareamento no 
DNA recém-sintetizado e corrigisse 
de forma aleatória qualquer um dos 
dois nucleotídeos, o sistema “corrigi-
ria” erroneamente o molde original na 
metade dos casos e, portanto, não re-
duziria a taxa total de erros. Para ser 
eficiente, esse sistema deve ser capaz 
de diferenciar e remover o nucleotídeo 
incorreto apenas na fita recém-sinte-
tizada, onde o erro aconteceu. 
Figura 12. Erros originados durante a replicação do DNA devem ser corrigidos para evitar mutações. 
Fonte: ALBERTS, Bruce et al. Biologia Molecular da Célula. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017
NA PRÁTICA!
A importância da correção de pareamento incorreto em humanos é demonstrada em 
indivíduos que herdam uma cópia defeituosa de um gene de reparo (com uma cópia 
funcional do gene no outro cromossomo). Esses indivíduos apresentam uma predispo-
sição significativa para certos tipos de câncer. Por exemplo, em um tipo de câncer de 
cólon – câncer de cólon hereditário sem polipose – mutações espontâneas no único gene 
funcional produzem clones de células somáticas que, devido à deficiência no sistema de 
reparo de pareamento incorreto, acumulam mutações rapidamente. A maioria dos cânce-
res surge a partir de células que acumularam múltiplas mutações, e as células deficientes 
para esse sistema de reparo apresentam uma chance muito aumentada de se tornarem 
cancerosas. Felizmente, a maioria dos humanos herda duas cópias corretas de cada gene 
que codifica uma proteína de reparo de pareamento incorreto; isso nos protege, pois é 
muito improvável que, na mesma célula, as duas cópias de um mesmo gene sofram uma 
mutação.
20REPLICAÇÃO DO DNA
SAIBA MAIS!
Em E. coli, a principal enzima na duplicação do DNA é a DNA-polimerase III, da qual existem 
apenas 10 moléculas por célula. A DNA-polimerase I (300 a 400 moléculas por célula) e a 
DNA-polimerase II (40 moléculas por célula) são mais abundantes na célula, uma vez que 
elas têm funções adicionais, seja no processo de reparo do DNA, seja como exonucleases, 
removendo nucleotídeos já incorporados. Já em células eucariontes, há cinco DNA polimera-
ses clássicas: α, β, γ, δ e ε. A polimerase γ está localizada na mitocôndria e é responsável pela 
replicação do DNA mitocondrial. As outras quatro enzimas estão localizadas no núcleo e são, 
portanto, candidatas a um envolvimento direto na replicação do DNA nuclear. As polimera-
ses α, δ e ε apresentam maior atividade em células em divisão, o que sugere sua atuação na 
replicação. Já a polimerase β é ativa tanto em células que estão em divisão quanto naquelas 
que não estão, o que é consistente com sua função no reparo de danos ao DNA.
DNA polimerase I DNA polimerase III
Primase Primer
Topoisomerase
Proteína 
ligadora de fita 
simples (SSB)
DNA polimerase III
Grampo deslizante
Fita 
contínua
Fita 
descontínua
DNA ligaseFragmentos de Okazaki Helicase
Figura 13. Resumo da replicação do DNA em bactérias. Fonte: https://pt.khanacademy.org/science/biology/
dna-as-the-genetic-material/dna-replication/a/molecular-mechanism-of-dna-replication
Como vimos, a DNA polimerase só 
pode ligar um nucleotídeo a um nu-
cleotídeo pareado na dupla-hélice de 
DNA, ela não pode iniciar uma fita de 
DNA completamente nova. Uma en-
zima diferente é necessária, a qual 
seja capaz de começar uma nova ca-
deia polinucleotídica sem a necessi-
dade de uma extremidade pareada. 
Para isso, existe a primase, enzima 
que sintetiza pequenos segmentos 
de RNA, usando a fita de DNA. Esse 
pequeno segmento de RNA, com 
cerca de 10 nucleotídeos, é pareado 
à fita-molde e fornece a extremidade 
3’ pareada como ponto de início (ini-
ciador) para a DNA-polimerase, sen-
do conhecido como primer. 
21REPLICAÇÃO DO DNA
SE LIGA! A primase é um exemplo de 
RNA-polimerase, uma enzima que sin-
tetiza RNA utilizando DNA como molde.
Na fita líder, apenas um iniciador de 
RNA é necessário para começar a 
replicação na origem. No entanto, na 
fita retardada, onde a síntese de DNA 
é descontínua, novos iniciadores são 
continuamente necessários. À medi-
da que o movimento da forquilha de 
replicação expõe um novo segmen-
to de bases não pareadas, um novo 
iniciador de RNA é produzido em in-
tervalos na fita retardada. Assim, os 
fragmentos de Okazaki são sintetiza-
dos através da extensão, pela DNA 
polimerase, destes primers de RNA. 
Fita -
molde
Iniciação da 
síntese de RNA
Síntese do 
primer de RNA
Extensão do primer de RNA 
pela DNA polimerase
Primase DNA polimerase
DNA
RNA
Figura 14. Iniciação dos fragmentos de Okazaki por primers de RNA. Fonte: Geoffrey M. Cooper & Robert E. Haus-
man. (2007). A Célula. Uma abordagem molecular. 3ª Ed. Editora Artmed, Porto Alegre, 736p.
Para produzir uma fita nova contínua 
de DNA a partir dos vários segmen-
tos de ácidos nucleicos produzidos 
na fita retardada, três enzimas adi-
cionais são necessárias. Essas atuam 
rapidamente para remover o inicia-
dor de RNA, substituí-lo por DNA e 
unir os fragmentos de DNA. Portanto, 
uma nuclease degrada o iniciador de 
RNA, uma DNA-polimerase chama-
da de polimerase de reparo substitui 
o RNA por DNA (usando as extre-
midades dos fragmentos de Okazaki 
adjacentes como iniciadores), e a en-
zima DNA-ligase une a extremidade 
5’- fosfato de um fragmento novo 
de DNA à extremidade 3’–OH do 
próximo.
22REPLICAÇÃO DO DNA
Figura 15. Síntese de um dos vários fragmentos de DNA da fita-retardada. Fonte: ALBERTS, Bruce et al. Biologia 
Molecular da Célula. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017
Síntese do novo 
iniciador de RNA pela 
DNA - primase
A DNA – polimerase adiciona –
se ao novo iniciador de RNA, 
iniciando um novo fragmento 
de Okazaki
A DNA – polimerase termina 
o fragmento de DNA
O fragmento antigo do 
iniciador de RNA é removido 
e substituído por DNA
A DNA – ligase liga os 
novos fragmentos de 
Okazaki à cadeia crescente
Iniciador 
de RNA
Molde 
da fita 
retardada
23REPLICAÇÃO DO DNA
MAPA MENTAL – DNA POLIMERASE E DNA PRIMASE
Sistema de correção de erros
DNA-
POLIMERASE
Não é capaz de 
iniciar uma nova fita
DNA – 
PRIMASE
Remove o nucleotídeo 
mal pareado
Simultânea à síntese de DNA
Nuclease
Sentido 3’ → 5’
Alta precisão
Síntese de pequenos 
segmentos de RNA Fita contínua Fita descontínua
Primers Apenas um primer Um primer a cada fragmento de Okazaki
Para formar uma fita contínua
Nuclease
DNA-ligase
Polimerase de reparo
24REPLICAÇÃO DO DNA
5. PROTEÍNAS 
ACESSÓRIAS DA 
REPLICAÇÃO
A replicação DNA requer uma série 
de proteínas que atuam em sintonia, 
juntamente com a DNA-polimerase 
e a primase, formando uma máqui-
na proteica que empurra a forquilha 
de replicação para frente e sintetiza o 
DNA novo atrás dela. 
Para que a síntese de DNA possa 
ocorrer, a dupla-hélice deve estar 
aberta à frente da forquilha de re-
plicação, de modo que os trifosfatos 
de desoxirribonucleosídeo possam 
ser pareados com a fita-molde. Dois 
tipos de proteínas de replicação – 
DNA-helicases e proteína ligadora 
de fitas simples (Proteína SSB) – se 
associam para essa tarefa. A DNA-
-helicase utiliza a energia da hidrólise 
do ATP para separar a dupla-hélice, à 
medida que se desloca sobre o DNA, 
enquanto a proteína ligadora de fita 
simples se liga à fita de DNA expos-
ta pela helicase, evitando tempora-
riamente o repareamento de bases 
e mantendo a fita alongada de modo 
que possa atuar como molde para a 
DNA – polimerase.
DNA - polimerase
Monômeros da 
proteína ligadora 
de fita simples
Região de fita simples no 
DNA – molde com pequenas 
regiões de bases pareadas, 
formando “grampos”
A ligação cooperativa das proteínas estende as regiões da cadeia
Figura 16. Efeito das proteínas ligadoras de fita simples de DNA (proteínas SSB) na estrutura de DNA de fita simples. 
Fonte: ALBERTS, Bruce et al. Biologia Molecular da Célula. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017
25REPLICAÇÃO DO DNA
FIgura 17. Um ensaio para as enzimas DNA-helicases. 
Fonte: ALBERTS, Bruce et al. Biologia Molecular da Célula. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017
Ligação da 
DNA - helicase
26REPLICAÇÃO DO DNA
Uma outra proteína que participa 
da replicação é chamada de gram-
po deslizante e ela atua mantendo a 
DNA-polimerase firmemente ligada 
ao DNA-molde enquanto sintetiza 
novas fitas de DNA. O grampo desli-
zante forma um anel ao redor da hé-
lice de DNA e, como está fortemente 
ligado à polimerase, permite que essa 
se desloque sobre a fita-molde sem 
se desligar, à medida que sintetiza o 
DNA de novo. 
SE LIGA! Sem os grampos deslizantes, 
a maioria das moléculas de DNA-poli-
merase sintetizaria apenas pequenos 
segmentos de nucleotídeos e então se 
desligariam da fita-molde.
A montagem desse grampo em vol-
ta do DNA necessita da atividade de 
uma proteína adicional de replicação, 
o montador do grampo, que hidrolisa 
ATP cada vez que prende um gram-
po ao redor da hélice de DNA. Essa 
montagem deve ocorrer apenas uma 
vez por ciclo de replicação na fita-lí-
der; na fita retardada, porém, o gram-
po é removido e recolocado cada vez 
que um novo fragmento de Okazaki é 
produzido.`
O deslocamento da forquilha de repli-
cação ao longo da fita dupla de DNA 
cria o chamado “problema do enrola-
mento”. As duas fitas parentais, que 
estão enroladas uma sob a outra, de-
vem ser desenroladas e separadas 
para ocorrer a replicação. Em princí-
pio, esse desenrolamento pode ser 
obtido pela rotação acelerada de todo 
cromossomo à frente da forquilha 
em movimento; contudo, isso é mui-
to desfavorável energeticamente (em 
especial em cromossomos longos) e, 
pelo contrário, o DNA à frente da for-
quilha torna-se supertorcido. 
Se o DNA não girar 
rapidamente, o estresse da 
torção se acumulará
Molde da 
fita-líder
Molde da fita 
retardada
Figura 18. O “problema do enrolamento “ que surge durante a replicação do DNA – Se as extremidades da dupla-
-hélice de DNA permanecerem fixas, a tensão se acumula à frente da forquilha de replicação à medida que vai sendo 
supertorcida. Fonte: ALBERTS, Bruce et al. Biologia Molecular da Célula. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017
27REPLICAÇÃO DO DNA
Essa supertorção, por sua vez, é 
continuamente aliviada por proteí-
nas conhecidas como DNA-topoiso-
merases. Uma DNA-topoisomerase 
pode ser entendida como uma nu-
clease reversível que se liga cova-
lentemente a um fosfato da cadeia 
principal do DNA, clivando uma liga-
ção fosfodiéster na fita de DNA. Essa 
reação é reversível, e a ligação fos-
fodiéster é regenerada quando a pro-
teína é liberada. Existem dois tipos de 
topoisomerases: as topoisomerases 
I quebram somente uma das fitas do 
DNA, enquanto as topoisomerases II 
introduzem quebras simultâneas em 
ambas as fitas.
SE LIGA! As topoisomerases atuam 
quebrando ligações fosfodiéster entre 
nucleotídeos para desenrolar as fitas em 
duplas hélices e depois reconstituem as 
ligações. Dessa maneira, a tensão criada 
na moléculacom a ampliação das for-
quilhas é reduzida, evitando um possível 
rompimento da molécula.
Uma das extremidades da 
dupla – hélice de DNA não 
pode girar em relação à outra 
extremidade
DNA – topoisomerase 
do tipo I com uma 
tirosina no sítio ativo
A ligação covalente da DNA 
topoisomerase a um fosfato do 
DNA promove a quebra de uma 
ligação fosfodiéster em uma 
das fitas do DNA
As duas extremidades da dupla – hélice de 
DNA podem agora girar livremente uma em 
relação à outra, aliviando a tensão 
acumulada
A energia da ligação fosfodiéster 
original é armazenada na ligação 
fosfotirosina, tornando a reação 
reversível
A reformação espontânea da ligação 
fosfodiéster regenera a hélice de DNA 
e a DNA - topoisomerase
Figura 19. Reação reversível de quebra de DNA catalisada pela enzima DNA – topoisomerase I eucariótica. OBS.: As 
duas imagem se completam na vertical – a imagem da direita é a continuação da esquerda. Fonte: ALBERTS, Bruce et 
al. Biologia Molecular da Célula. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017
28REPLICAÇÃO DO DNA
SE LIGA! A maioria das proteínas envolvidas na replicação do DNA é mantida unida em um 
grande complexo multienzimático que se desloca sobre o DNA como uma unidade, permi-
tindo que ele seja sintetizado de modo coordenado nas duras fitas. No entanto, sua forma de 
atuação, com as proteínas funcionando em conjunto, ainda não é totalmente elucidada. 
Figura 20. Essa figura mostra as enzimas funcionando independentemente; na célula elas estão unidas formando uma máquina de 
replicação, como mostrando na imagem a seguir. Fonte: Bruce Alberts, Dennis Bray, Karen Hopkin, Alexander Johnson, Julian Lewis, 
Martin Raff, Keith Roberts, Peter Walter. (2017). Fundamentos da Biologia Celular. 6ª Ed. Editora Artmed, Porto Alegre, 864p. 
Figura 21. Esse diagrama mostra um modelo atual de como as proteínas da replicação estão dispostas na forquilha de 
replicação em movimento. Fonte: Bruce Alberts, Dennis Bray, Karen Hopkin, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin 
Raff, Keith Roberts, Peter Walter. (2017). Fundamentos da Biologia Celular. 6ª Ed. Editora Artmed, Porto Alegre, 864p.
29REPLICAÇÃO DO DNA
Ao contrário do cromossomo bacte-
riano, os cromossomos de eucariontes 
são lineares (forma de bastonetes), 
que significa que têm extremidades. 
Essas extremidades representam um 
problema para a replicação do DNA. 
O DNA da extremidade do cromos-
somo não pode ser totalmente copia-
do em cada ciclo de replicação, resul-
tando em um encurtamento lento e 
gradual do cromossomo. 
SE LIGA! Por que isso acontece? Na 
fita descontínua, quando a forquilha de 
replicação alcança a extremidade do 
cromossomo, há um pequeno prolon-
gamento do DNA (em muitas espécies, 
incluindo os seres humanos) que não é 
coberto por um fragmento de Okazaki – 
essencialmente não há maneira de ini-
ciar o fragmento porque o primer cairia 
além da extremidade do cromossomo.
Graças a esse problema, parte do DNA 
na extremidade dos cromossomos eu-
carióticos seguem sem serem copia-
dos, a cada ciclo de replicação, deixan-
do uma extensão de fita simples. Ao 
longo de vários ciclos de divisão celular, 
o cromossomo vai se encurtar cada vez 
mais e mais, enquanto o processo de 
repetir.
Para evitar a perda de genes com o 
desgaste dos cromossomos, as ex-
tremidades dos cromossomos euca-
rióticos têm tampões de DNA espe-
cializados chamados de telômeros. 
Telômeros consistem em centenas ou 
milhares da mesma curta sequência de 
DNA, a qual varia entre os organismos, 
mas é 5’ – TTAGGG – 3’ em humanos 
e outros mamíferos. As repetições que 
formam os telômeros são consumidas 
lentamente ao longo dos vários ciclos 
de divisão, estabelecendo uma barrei-
ra que protege as regiões internas dos 
cromossomos que contêm os genes 
(ao menos por certo tempo).
SE LIGA! O encurtamento de telômeros 
foi relacionado ao envelhecimento de cé-
lulas e a perda progressiva dos telômeros 
pode explicar a razão pela qual as células 
somente podem se dividir um determina-
do número de vezes.
Algumas células têm a capacidade de 
reverter o encurtamento dos telômeros 
através da expressão da telomerase, 
uma enzima que estende os telômeros 
dos cromossomos. A telomerase é uma 
DNA polimerase RNA dependente, ou 
seja, uma enzima que pode produzir 
DNA usando o RNA como molde.
Como funciona a telomerase? A en-
zima se liga a uma molécula especial 
de RNA que contém uma sequência 
complementar à repetição do telômero. 
Ela prolonga (adiciona nucleotídeos) a 
extensão da fita do DNA do telômero 
usando um RNA como molde. Quan-
do a extensão está longa o suficiente, 
pode-se fazer uma fita complementar 
através do mecanismo comum de repli-
cação de DNA (isto é, usando um RNA 
primer e DNA polimerase), produzindo 
uma fita dupla de DNA.
30REPLICAÇÃO DO DNA
DNA telomérico 
com extremidade 
3’ protendida
Fita descontínua 
recém-sintetizada
Ligação ao RNA 
da telomerase
RNA da telomerase
Telomerase
Atividade da transcriptase 
reversa da telomerase
Extremidade 3’ da fita 
contínua é estendida por 
uma unidade de repetição
Extensão da fita descontínua 
pela primase e polimerase
Remoção do primer de RNA
DNA telomérico 
estendido por uma 
unidade de repetição
Figura 22. Ação da telomerase. Fonte: Geoffrey M. Cooper & Robert E. Hausman. (2007). A Célula. Uma abordagem 
molecular. 3ª Ed. Editora Artmed, Porto Alegre, 736p.
SAIBA MAIS!
A telomerase não é geralmente ativa na maioria das células somáticas (células do corpo), 
mas é ativa nas células germinativas (as células que constituem o esperma e o óvulo) e em 
algumas células-tronco adultas. Esses são tipos celulares que precisam passar por diversas 
divisões ou, no caso das células germinativas, dar origem a um novo organismo.
31REPLICAÇÃO DO DNA
MAPA MENTAL – PROTEÍNAS ACESSÓRIAS DA REPLICAÇÃO
PROTEÍNAS 
ACESSÓRIAS DA 
REPLICAÇÃO
Proteína ligadora 
de fitas simples
Grampo deslizante
Telomerase
Topoisomerase
DNA-helicase
Montador do grampo
Separa a dupla-hélice Energia oriunda da hidrólise do ATP
Estende os telômeros 
dos cromossomos
DNA polimerase 
RNA dependente
Tipo I
Tipo II
Nuclease reversível 
que evita a 
supertorção do DNA
“Problema do 
enrolamento”
Prende o grampo 
deslizante ao redor da 
hélice de DNA
Energia oriunda da 
hidrólise do ATP
Mantem a DNA-
polimerase aderida 
à fita de DNA
Atua em 
ambas as fitas
Quebra ligações 
fosfodiéster e depois 
as reconstituem
Atua sobre uma fita
Mantem a fita 
alongada para ação da 
DNA-polimerase
32REPLICAÇÃO DO DNA
6. REPARO DO DNA
O DNA, assim como qualquer outra 
molécula, pode sofrer uma variedade 
de reações químicas. Contudo, uma 
vez que o DNA serve à função de có-
pia permanente do genoma celular, 
mudanças em sua estrutura apresen-
tam consequências muito complexas. 
As mutações podem ser resultantes 
da incorporação incorreta de bases 
durante a replicação do DNA, pas-
sando despercebida pela correção da 
DNA-polimerase. Além disso, diver-
sas alterações químicas podem ocor-
rer no DNA de maneira espontânea ou 
como resultado da exposição a agen-
tes químicos ou radiação ionizante. 
Tais lesões no DNA podem bloquear 
a replicação ou a transcrição, poden-
do resultar em uma alta frequência de 
mutações. Para manter a integridade 
de seus genomas, as células, portanto, 
desenvolveram mecanismos para o 
reparo de lesões no DNA. 
Principais alterações no dna
Embora o DNA seja um material bas-
tante estável – como exigido para o 
armazenamento da informação ge-
nética – ele é uma molécula orgâni-
ca complexa susceptível a alterações 
espontâneas, mesmo nas condições 
normais da célula, que resultariam em 
mutações caso não fossem corrigidas.
Por exemplo, o DNA de cada célula 
humana perde cerca de 18 mil puri-
nas (adenina e guanina) todos os dias 
em função da hidrólise das ligações 
N-glicosil à desoxirribose, uma rea-
ção espontânea denominada depu-
rinação. Similarmente, uma desami-
nação espontânea da citosina para 
uracila no DNA ocorre a uma propor-
ção deaproximadamente 100 bases 
por célula por dia. 
SAIBA MAIS!
Nas células eucariontes, como o DNA está ligado a proteínas, constituindo a cromatina, não é 
apenas o DNA que deve ser replicado na fase S, mas também as histonas. O processo repli-
cativo envolve então a passagem do conjunto de enzimas da replicação através da molécula 
de DNA, que se apresenta organizada em nucleossomos. A fibra nucleossômica certamen-
te se desorganiza durante essa passagem, mas ainda não se sabe se, nesse momento, as 
histonas são completamente dissociadas do DNA. A montagem do DNA recém-duplicado 
em nucleossomos parece ocorrer logo atrás da forquilha de replicação, de tal modo que, con-
forme esta avança, a fibra nucleossômica vai sendo imediatamente reestruturada nas duas 
novas moléculas de DNA nascentes. Essa montagem é mediada por proteínas específicas 
que se ligam às histonas nucleossômicas e as transferem ao DNA, primeiramente ocorrendo 
a associação dos tetrâmeros de histonas H3 e H4, seguida da associação de dímeros de H2A 
e H2B. Esses nucleossomos são formados tanto a partir de histonas recém-sintetizadas em 
S como de histonas provenientes da desagregação de nucleossomos preexistentes, em uma 
combinação ao acaso.
33REPLICAÇÃO DO DNA
As bases do DNA também são da-
nificadas ocasionalmente por meta-
bólitos reativos produzidos na célula, 
incluindo as formas reativas do oxi-
gênio, ou pela exposição a produtos 
químicos no ambiente. Da mesma 
forma, a radiação ultravioleta do Sol 
pode produzir uma ligação covalente 
entre duas pirimidinas adjacentes no 
DNA, como veremos a seguir. 
SE LIGA! Caso não fossem corrigidas, 
quando o DNA foi replicado, grande par-
te dessas alterações resultaria na dele-
ção de um ou de mais pares de bases ou 
na substituição de um par de bases na 
cadeia-filha de DNA. As mutações se-
riam propagadas em todas as gerações 
celulares subsequentes. Uma proporção 
tão alta de alterações aleatórias na se-
quência de DNA fatalmente teria conse-
quências desastrosas.
Figura 23. Depurinação e Desaminação. 
Fonte: ALBERTS, Bruce et al. Biologia Molecular da Célula. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017
34REPLICAÇÃO DO DNA
Mecanismos de reparo do DNA
Esses mecanismos de reparo do DNA 
podem ser divididos em duas clas-
ses gerais: (1) reversão direta da re-
ação química responsável pelo dano 
ao DNA, e (2) remoção de bases ou 
nucleotídeos alterados seguida por 
substituição com DNA recém-sinte-
tizado. Onde o reparo do DNA falha, 
mecanismos adicionais desenvol-
vem-se para possibilitar que as célu-
las lidem com o dano provocado. 
Reversão direta da lesão
Somente alguns poucos tipos de le-
sões no DNA são reparados desta 
maneira, particularmente os dímeros 
de pirimidina (timina e citosina) que 
resultam da exposição à luz ultravio-
leta (UV) e resíduos de guanina al-
quilados que foram modificados pela 
adição de grupos metila ou etila na 
posição O6 do anel purínico. 
O tipo principal de lesão induzida pela 
luz UV é a formação de dímeros de 
pirimidina, nos quais pirimidinas ad-
jacentes na mesma fita de DNA são 
unidas pela formação de um anel ci-
clobutano, anel este resultante da sa-
turação das ligações duplas entre os 
carbonos 5 e 6. A formação de tais dí-
meros distorce a estrutura da cadeia 
de DNA e bloqueia a transcrição ou 
a replicação adiante do local da le-
são. Portanto, o reparo de tais lesões 
está intimamente ligado à habilidade 
das células sobreviverem à irradiação 
com luz UV. 
SE LIGA! A luz UV é uma das principais 
fontes de dano ao DNA, sendo também 
aquela mais estudada com relação aos 
mecanismos de reparo. Sua importân-
cia é ilustrada pelo fato de que a expo-
sição à radiação UV solar é a causa da 
maioria dos tipos de câncer de pele em 
humanos.
Figura 24. Como as modificações químicas dos nucleotídeos produzem mutações. 
Fonte: ALBERTS, Bruce et al. Biologia Molecular da Célula. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017
35REPLICAÇÃO DO DNA
O reparo de dímeros de pirimidina 
induzidos por luz UV se dá pela re-
versão direta da reação de dimeriza-
ção, um processo conhecido como 
fotorreativação. Recebe esse nome 
porque a energia derivada da luz visí-
vel é utilizada para quebrar a estrutu-
ra. As bases pirimídicas originais per-
manecem no DNA, restituídas ao seu 
estado normal.
Figura 25. Tipo mais comum de dímero de timina. 
 Fonte: ALBERTS, Bruce et al. Biologia Molecular da Célula. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017
36REPLICAÇÃO DO DNA
Dímero de 
timina
Luz
Enzima 
fotorreativante
Figura 26. Reparo direto de dímeros de timina. Fonte: Geoffrey M. Cooper & Robert E. Hausman. (2007). A Célula. 
Uma abordagem molecular. 3ª Ed. Editora Artmed, Porto Alegre, 736p.
SAIBA MAIS!
Considerando que a radiação UV solar é uma grande fonte de lesão para diversos tipos ce-
lulares, o reparo de dímeros de pirimidinas por fotorreativação é comum a diversos tipos de 
células procarióticas e eucarióticas, incluindo E. coli, leveduras, bem como algumas espécies 
de plantas e animais. Contudo, não é um processo universal; muitas espécies (incluindo os 
seres humanos) não apresentam este mecanismo de reparo do DNA lesado.
37REPLICAÇÃO DO DNA
Outra forma direta de reparo lida 
com os danos resultantes da reação 
de agentes alquilantes com o DNA. 
Agentes alquilantes são compostos 
reativos capazes de transferir grupos 
metila ou etila para uma base do DNA, 
modificando quimicamente essa 
base. Um tipo importante de lesão é 
a metilação na posição O6 da guani-
na, uma vez que o produto resultante, 
O6-metilguanina, forma pareamento 
com a timina em vez da citosina.
Esta lesão pode ser reparada por 
uma enzima, a O6-metilguanina me-
tiltransferase, que transfere o grupo 
metila da O6-metilguanina para um 
resíduo de cisteína em seu centro ati-
vo. Portanto, a modificação química 
potencialmente mutagênica é remo-
vida, e a guanina original é restaurada. 
Cisteína
Metilcisteína
O6-metilguanina 
Guanina
O6-metilguanina 
metiltransferase
Figura 27. Reparo de O6-metilguanina. Fonte: Geoffrey M. Cooper & Robert E. Hausman. (2007). A Célula. Uma abor-
dagem molecular. 3ª Ed. Editora Artmed, Porto Alegre, 736p.
38REPLICAÇÃO DO DNA
SE LIGA! Enzimas que catalisam dire-
tamente esta reação de reparação estão 
presentes tanto em procariotos quanto 
em eucariotos, incluindo humanos.
Reparo por excisão
É uma forma mais geral para reparar 
uma ampla variedade de alterações 
químicas no DNA, constituindo os 
mecanismos mais importantes tanto 
em procariotos, quanto em eucariotos. 
Nesse tipo de reparo, a lesão é remo-
vida, a sequência de DNA original é 
restaurada por uma DNA-polimerase 
que utiliza a fita não danificada como 
molde, e a quebra resultante na du-
pla-hélice é ligada pela DNA-ligase. 
Para tal, existem duas vias que dife-
rem na maneira pela qual a lesão é 
removida do DNA. 
Excisão de bases
O reparo por excisão de bases, envol-
ve uma bateria de enzimas denomina-
das DNA-glicosilases, cada um capaz 
de reconhecer um tipo específico de 
base alterada no DNA e de catalisar 
sua remoção hidrolítica. Existem pelo 
menos seis tipos dessas enzimas, in-
cluindo as que removem citocinas de-
saminadas, adeninas desaminadas, 
diferentes tipos de bases alquiladas 
ou oxidadas, bases com anéis rompi-
dos e bases nas quais a ligação dupla 
carbono-carbono foi acidentalmente 
convertida em ligação simples entre 
carbonos. 
SAIBA MAIS!
Como a DNA-glicosilase encontra a base alterada na dupla-hélice? É fundamental a projeção 
do nucleotídeo alterado para fora da hélice, em um processo mediado por enzimas que per-
mite que a DNA-glicosilase procure uma lesão em todas as faces da base. Acredita-se que 
essas enzimas se deslocam pelo DNA usando a projeção das bases para avaliar a situação de 
cada par de bases. Uma vez reconhecida a lesão, a enzima remove a base do açúcar.
39REPLICAÇÃO DO DNA
Figura 28. Reconhecimento de um nucleotídeo incomum no DNA pela torção de base. Fonte: ALBERTS, Bruce et al. 
Biologia Molecular da Célula. 6. ed. PortoAlegre: Artmed, 2017
A “lacuna” criada pela ação da DNA-
-glicosilase é reconhecida por uma 
enzima chamada endonuclease AP 
(AP para apúrica ou apirimídica, e 
endo para indicar que a nuclease cliva 
dentro da cadeia polipeptídica) que 
cliva a cadeia principal fosfodiéster, 
depois do qual a lacuna resultante é 
corrigida. 
Excisão de nucleotídeos
A segunda principal via de repa-
ra é chamada de reparo por excisão 
de nucleotídeos. Esse mecanismo 
pode corrigir uma lesão causada por 
praticamente qualquer alteração vo-
lumosa na estrutura da dupla-hélice 
de DNA. Essas “lesões volumosas” 
incluem aquelas produzidas pela li-
gação covalente de bases do DNA 
aos hidrocarbonetos (como o carci-
nógeno benzopireno, encontrado na 
fumaça do tabaco, alcatrão e exaus-
tão do diesel) e os vários dímeros de 
pirimidina (T-T, T-C e C-C) causados 
pela luz do sol. Nessa via, um enorme 
complexo multienzimático verifica o 
DNA à procura de distorções na du-
pla-hélice, em vez de uma alteração 
específica de bases. Uma vez encon-
trada uma lesão, a cadeia fosfodiéster 
40REPLICAÇÃO DO DNA
da fita anormal é clivada nos dois 
lados da distorção, e a DNA-helica-
se remove o oligonucleotídeo de fita 
simples contendo a lesão. O intervalo 
produzido na hélice de DNA é, então, 
corrigido pela DNA-polimerase e pela 
DNA-ligase.
REPARO POR EXCISÃO DE BASES REPARO POR EXCISÃO DE NUCLEOTÍDEOS
C desaminado
Dímero de pirimidina
Pares de bases ligados por 
ligações de hidrogênio
Pares de bases ligados por 
ligações de hidrogênio
Hélice de DNA 
faltando uma base
Hélice de DNA com 
intervalo de um 
único nucleotídeo
Hélice de DNA com 
lacuna de 12 nucleotídeos
URACINA DNA -
GLICOSILASE
ENDONUCLEASE AP E 
FOSFODIESTERASE REMOVEM O 
AÇÚCAR - FOSFATO
DNA – POLIMERASE ADICIONA O 
NOVO NUCLEOTÍDEO, DNA-
LIGASE SELA A QUEBRA
NUCLEASE DE 
EXCISÃO
DNA-
HELICASE
DNA-POLIMERASE 
E DNA-LIGASE
Figura 29. Comparação entre as duas principais vias de reparo do DNA. 
Fonte: ALBERTS, Bruce et al. Biologia Molecular da Célula. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017
41REPLICAÇÃO DO DNA
MAPA MENTAL – MECANISMOS DE REPARO DO DNA
Reversão direta 
MECANISMOS 
DE REPARO 
DO DNA
Resíduos de 
guanina alquilados
Reversão por excisão
Reparo
Principal tipo
Transferência de 
grupos metila ou etila 
para uma base
Ação da enzima 
O6-metilguanina 
metiltransferase
Metilação na 
posição O6 da guanina
Dímeros de pirimidina
Reparo
Causados pela 
radiação UV
Formação de um 
anel ciclobutano
Energia derivada da luz 
visível quebra o dímero
Fotorreativação
Excisão de bases
Excisão de 
nucleotídeos
Em ambos os 
casos, após a excisão, 
a DNA-polimerase 
reconstitui a fita
Lesões volumosas
Remoção dos 
nucleotídeos pela 
DNA - helicase
Ação das 
DNA-glicosilases
Presença de uma 
“lacuna” pela retirada 
das bases
Ação da 
endonuclease AP
42REPLICAÇÃO DO DNA
MAPA MENTAL – RESUMO GERAL REPLICAÇÃO E REPARO DO DNA
Etapas
Outras enzimas 
da replicação
Objetivo
Principais 
alterações no DNA
Mecanismos de 
reparo do DNA
Durante a fase 
S da interfase
Processo 
semiconservativo
Sentido 5’ → 3’
Pareamento 
das bases
REPLICAÇÃO 
E REPARO 
DO DNA
Guanina - Citosina
Adenina - Timina
Desaminação
Depurinação
Ação de 
metabólitos reativos
Exposição a 
produtos químicos
Manter a 
integridade do 
genoma
Evita a 
propagação 
das mutações
Desenrolamento da 
dupla - hélice
Compactação 
da cromatina
Excisão de bases
Excisão de 
nucleotídeos
Reparo da ação de 
agentes alquilantes
Reparo de dímeros de 
pirimidina
Ação da enzima 
O6-metilguanina 
metiltransferase 
Fotorreativação
Causados por 
radiação UV
Reparo por 
excisão
Reversão 
direta
Grampo deslizante
Proteína ligadora 
de fita simples
Telomerase
Montador 
do grampo
Descompactação 
da cromatina
Identificar a(s) 
origem(ns) de 
replicação
Complexo de 
reconhecimento de 
origem (ORC)
Sequências ricas 
em A - T
DNA - helicasesDNA topoisomerase
Evita a supertorção 
da hélice
Separação das fitasDNA - helicases
Deslocamento 
da maquinaria de 
replicação
Fita contínua
Fita descontínua
Formação da 
forquilha de 
replicação
Fragmentos 
de Okazaki
DNA - polimerase
DNA - primase
 Síntese das 
novas fitas
Primers
43REPLICAÇÃO DO DNA
REFERÊNCIAS 
BIBLIOGRAFICAS
https://pt.khanacademy.org/science/biology/dna-as-the-genetic-material
Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Peter Walter, Ketih Roberts, 
David Morgan, John Wilson, Tim Hunt. (2017). Biologia Molecular da Célula, 6ª Ed. Edito-
ra Artmed, Porto Alegre, 1464p. 
Bruce Alberts, Dennis Bray, Karen Hopkin, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, 
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Artmed, Porto Alegre, 864p. 
Harvey Lodish, Arnold Berk, Chris A. Kaiser, Monty Krieger, Anthony Bretscher, Angelika 
Amon, Hidde Ploegh. (2015). Fundamentos da Biologia Celular. 7ª Ed. Editora Artmed, 
Porto Alegre, 1241p.  
Geoffrey M. Cooper & Robert E. Hausman. (2007). A Célula. Uma abordagem molecular. 
3ª Ed. Editora Artmed, Porto Alegre, 736p.
David L. Nelson & Michael M. Cox. (2014). Princípios de Bioquímica de Lehninger. 6ª Ed. 
Editora Artmed, Porto Alegre, 1328p.
https: //pt .khanacademy.org/science/biology/dna-as-the-genetic-material/
dna-replication/a/telomeres-telomerase/
44REPLICAÇÃO DO DNA
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