Ciclo celular - Replicacao do DNA

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Bianca Fernandes Luiz - T8
Ciclo celular - Replicação do DNA
As principais funções do DNA são:
armazenamento de informações genéticas,
replicação e síntese proteica
Dogma central da biologia molecular
- É um conceito que explica como ocorre o
fluxo da informação genética. Postulado
em 1956 (publicado em 1970), por Francis
Crick e modificado após os avanços dos
estudos em biologia molecular.
- Esse dogma diz que o DNA é capaz de se
auto replicar, ser transcrito em RNA, e é
traduzido em proteína. Descobriram
também que o RNA também é capaz de se
replicar (vírus), e além disso, pode ser
transcrito em DNA (transcrição reversa),
através da enzima transcriptase reversa.
Quem faz a transcriptase reversa é o vírus,
exemplo: vírus do HIV
Relembrando o ciclo celular
● É o período que compreende as
modificações ocorridas em uma célula
desde a sua formação até a sua própria
divisão em duas células-filhas
● Todas as vezes que um tecido precisa se
recuperar de uma lesão ou renovar suas
células, um organismo precisa crescer e
gametas precisam ser formadas, estímulos
intensos e externos à célula induzem o
processo de ciclo celular
● Mitose: renovação celular, regeneração do
tecido, crescimento do organismo →
Célula 2n que forma duas células idênticas
ao final do processo
● Meiose: formação dos gametas → A partir
do processo do ciclo celular, uma célula
2n, forma 4 células filhas haplóide (n)
- Cada vez que a célula vai se dividir
(multiplicar), todo o seu conteúdo deve ser
duplicado de modo a reparti-lo igualmente entre
as duas células-filhas
Ciclo celular - Fases
● Sentido horário
● Fase S: interfase
● Fase M: mitose ou meiose
● Antes de começar o ciclo celular, a célula
está em uma fase chamada G0
- G0: Em G0, a célula está
cumprindo a sua função. Está
“dormente” para o ciclo, mas
continua fazendo sua função
metabólica no determinado tecido.
- G1: Começa a crescer em tamanho
(crescimento celular); duplica as
organelas e componentes do
citosol; síntese de RNA e de
proteínas; início da replicação do
centrossomo
- Fase S: replicação do DNA →
qualquer erro nesse processo
compromete o funcionamento da
célula filha
- G2: crescimento celular, síntese de
RNA e de proteínas e fim da
replicação do centrossomo →
preciso de proteínas específicas
para a fase M, então continua
produzindo proteínas
Ciclo celular - regulação
A célula precisa de estímulos para iniciar a sua
divisão, e ela provém de sinais externos e internos
● Sinais externos: hormônios e fatores de
crescimento
● Sinais internos: complexos ciclinoquinases
- Complexo ciclinoquinase: as
quinases são dependentes de
ciclina, e juntas formam um
processo que atuam na formação
do ciclo
- Ciclinas: são um grupo de
proteínas que atuam ao longo do
ciclo celular. São produzidas, em
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especial, em cada fase do ciclo.
Ciclinas G1, ciclinas G1/S, ciclinas
S e ciclinas G2/M
- Quinases (Cdk) são enzimas
produzidas em todo o ciclo celular.
Ao ligarem-se às ciclinas
tornam-se ativas e, juntas, atuam
estimulando a progressão do
ciclo celular (formando o
complexo)
- Por exemplo: ciclinas G1 se
associam a Cdks e atuam em alvos
da fase S promovendo a replicação
do DNA, enquanto ciclinas M se
associam a Cdks para alvos da fase
M, fazendo a membrana nuclear se
romper, por exemplo
Ciclo celular - Pontos de checagem
● Eu preciso checar as fases para continuar
ou não
● Esses pontos de checagem estão em
transições cruciais do ciclo
- G1/S: primeiro ponto de checagem
→ verifica se o ambiente é
favorável (verifica tudo que está
acontecendo em G1). Se for tudo
negativo, ocorre uma regressão do
ciclo, volta para G0 → G1 é a
única fase do ciclo que ainda é
reversível. Se der tudo positivo,
ocorre a progressão do ciclo, indo
para a fase S
- G2/M: segundo ponto de checagem
→ preciso checar se o DNA que foi
replicado em S foi replicado
corretamente → é verificado então:
“Todo o DNA está replicado?”, “O
ambiente é favorável?”. Se as
respostas para as perguntas
anteriores forem “não”, a célula
corrige ou entra em apoptose
- Transição metáfase e anáfase →
nesse ponto, checa se todos os
cromossomos estão ao fuso. Se não
estiverem, é necessário corrigir ou
então entra em apoptose
- A checagem pode fazer enquanto o
ciclo está andando, mas ao detectar
um erro, o ciclo para, para fazer a
correção. Esse ciclo para através de
um inibidor do complexo da
ciclinoquinase
Ciclo celular - Cromatina
● Cromossomo = condensado / enolado em
histonas
● Cromatina = descompactada
● Na fase G1 → cromatina simples
● Na fase S → continua como cromatina,
mas está duplicada
● No final de G2 → começa a compactar
● Metáfase → atinge o grau máximo de
compactação (cromossomo)
● Anáfase → cromatina começa a se
descondensar e volta para o estágio de G1
● Cromatina é uma desoxirriboproteína
formada por partes iguais de DNA e
proteínas histônicas e não histônicas.
Formam fibras com algumas moléculas de
RNA
- Cromatina eucromatina: ativa e
transcrita. Menos condensada →
genes ativos, fazendo transcrição
- Heterocromatina: não ativa e não
transcrita. Densamente espiralizada
→ genes inativos
Replicação do DNA
● O DNA é um polímero feito de
monômeros, formando nucleotídeos, que
são compostos por fosfato, pentose e uma
base nitrogenada, cada nucleotídeo é unido
com outro através da ligação fosfodiéster.
● Quando o carbono 5 da pentose é a última
extremidade da fita chamamos de
extremidade 5’
● Quando o carbono 3 da pentose é a última
extremidade da fita chamamos de
extremidade 3’
● A união das duas fitas do DNA é feita por
pontes de hidrogênio, entre as bases
nitrogenadas
● A replicação do DNA consiste na
formação de duas fitas novas a partir de
duas fitas pré-existentes
● A replicação do DNA é necessária quando
a célula somática precisa gerar cópias
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idênticas dela mesma e quando células
germinativas precisam ser formadas
● O pareamento correto das bases
nitrogenadas é essencial para o êxito da
replicação
● A = T (formam 2 pontes de hidrogênio) →
é mais fácil de abrir
● C = G (formam 3 pontes de hidrogênio)
● A replicação está na fase S,
especificamente entre G1 e G2
● A replicação do DNA é semiconservativa,
pois a molécula filha sempre conserva uma
fita da molécula mãe
● Para que o processo seja agilizado, é
necessário múltiplos pontos de origens de
replicação, os quais sinalizam para as
enzimas → a replicação ocorre tanto da
direita quanto para a esquerda (processo
bidirecional). No final, essas bolhas de
replicação se encontram
Quais os passos e os elementos necessários para a
replicação do DNA acontecer?
● Separar e desenrolar a dupla fita → através
da enzima helicase
● Manter as fitas abertas → através da
enzima SSB protein
● Iniciar a nova fita de DNA → através da
enzima DNA primase (primer) → primer é
uma sequência de 10 ribonucleotídeos
● Alongar a nova fita de DNA → através da
enzima DNA polimerase
● Unir os nucleotídeos → através da DNA
ligase
● Os elementos necessários, além dessas
enzimas, são os nucleotídeos de DNA
● O primeiro passo é romper as pontes de
hidrogênio para separar as duas fitas → faz
uma forquilha de replicação
● O crescimento da nova fita será sempre no
sentido 5’3’ - as duas fitas mães são
antiparalelas → quando a fita mãe é 3’5’, a
fita molde é sentido 5’3’ - são
complementares (mas o SENTIDO de
REPLICAÇÃO é sempre 5’3’)
● Primase adiciona um primer e a DNA
polimerase alonga a fita no sentido 5’3’. A
DNA polimerase não consegue trabalhar
no sentido 3’5’, portanto, na fita 3’5’, é
necessário adicionar vários primers, pois
são feitos segmentos, já que esta vai ser
trabalhada de forma contrária → é
chamada de fita descontínua ou retardada,
é mais lenta
● Abre a forquilha, coloca o primer, DNA
polimerase se associa e alonga a fita.
Conforme for crescendo, a 5’3’ não
precisará de outro primer, já a fita no
sentido 3’5’ sempre irá precisar de outro
primer. No momento que retira os primers
(exonuclease faz isso), formas os gaps e a
DNA polimerase preenche os espaços com
nucleotídeos deDNA → aparece os
fragmentos de okazaki → segmentos
● DNA ligase promove a ligação
fosfodiéster entre o segmento que
preencheu o gap do primer (okazaki) e o
recém sintetizado pela polimerase
● As pontes de hidrogênio são formadas
entre as fitas velhas e as novas a partir do
pareamento feito pelo DNA polimerase
● Ao final do processo de replicação, todos
os cromossomos apresentam 2 cromátides
Passo a passo:
1. DNA Helicase rompe as pontes de
hidrogênio, separa e desenrola a dupla fita;
2. As proteínas SSB (Single Strand Binding)
se ligam às fitas recém-desenroladas
evitando que se associem de novo;
3. DNA Primase sintetiza os primers
(iniciadores) nos locais de início da
construção da nova fita. Primers são
sequências de 10 ribonucleotídeos que
ajudam a DNA polimerase a iniciar o
alongamento da nova fita, uma vez que
esta enzima só consegue adicionar
nucleotídeos na extremidade 3’.
4. Concomitante a atuação dos primers, a
DNA polimerase reúne os nucleotídeos
complementares a fita molde.
5. A fita nova começa a crescer no sentido 5 ́-
3 ́ e são formadas as pontes de hidrogênio
entre as fitas complementares.
6. Os primers são removidos
enzimaticamente por uma exonuclease e
substituídos por bases de DNA.
7. A enzima Ligase promove as ligações
fosfodiéster e une os nucleotídeos da
mesma fita.
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Replicação do DNA - Verificação
● Enquanto a fita nova é alongada, uma
DNA polimerase (função de exonuclease)
com função autocorretiva checa se os
pareamentos entre a fita molde e a fita
nova estão corretos.
● A DNA polimerase com atividade
autocorretiva retira as bases que foram
incorporadas incorretamente. A taxa de
erros de pareamento cai para 1 a cada 10
milhões de nucleotídeos.
● E a replicação dos telômeros?
➢ Os telômeros são as pontas dos
cromossomos relacionados com a
longevidade das células.
➢ É uma região que não possui gene,
não codifica nenhuma proteína -
vai se perdendo telômeros, mas
isso em células somática não muda
nada
➢ É possível replicar as pontas dos
cromossomos?
Obs.: os telômeros estão relacionados com o
envelhecimento
Replicação do DNA - Células somáticas
● Em células humanas, o último primer da
fita tardia pode estar posicionado de 70 a
100 nucleotídeos de distância da
extremidade do cromossomo. Assim, as
falhas produzidas pela replicação
incompleta das extremidades são
relativamente longas e o cromossomo
encurta de modo significativo a cada ciclo
de divisão celular.
● Em células somáticas, o encurtamentos do
telômeros provoca o envelhecimento das
células. Como eles não se regeneram, eles
ficam tão pequenos que chegam a um
ponto que não é mais possível a replicação
correta dos cromossomos
● Não possui a função da enzima telomerase
que atua na replicação dos telômeros em
células gaméticas
Replicação dos telômeros - Gametas
● A telomerase utiliza o seu componente de
RNA para se anelar à extremidade 3’ da
região de ssDNA do telômero. A seguir, a
telomerase utiliza a sua atividade de
transcriptase reversa para sintetizar DNA
até o fim do molde de RNA.
● A telomerase, então, desloca seu RNA do
produto de DNA, liga-se novamente na
extremidade do telômero e repete o
processo.
● A telomerase promove apenas a extensão
da extremidade 3’ do telômero. Ao
fornecer um molde adicional para a síntese
da fita tardia, ambas as extremidades do
cromossomo são estendidas. Assim, a
integridade dos telômeros é mantida nos
gametas
● O recurso da telomerase é alongar a
extremidade telomérica. No final, ela
alongou a extremidade 3’. A extremidade
5’ é alongada pelo recurso normal
● Atua na fase S → é uma proteção para que
os gametas não percam os telômeros
● Quando a telomerase é produzida na
mitose, é ruim, pois a célula se
multiplicará muito, e formará tumor