AULA 07 - Replicação do DNA

Prévia do material em texto

LORRANE BRAGA RANGEL LXIX - UFG 
• Cada fita de uma dupla-hélice de DNA contém 
uma sequência de nucleotídeos que é 
exatamente complementar à sequência de 
nucleotídeos da sua fita parceira. Cada fita, 
portanto, pode servir como um molde para a 
síntese de uma nova fita complementar. 
• A capacidade de cada fita de uma molécula de 
DNA de agir como um molde para produzir uma 
fita complementar possibilita à célula copiar, ou 
replicar, seus genes antes de passá-los para 
suas descendentes 
• A replicação do DNA produz duas duplas-
hélices completas a partir da molécula de DNA 
original, com cada uma das novas hélices de 
DNA sendo idêntica em sequência nucleotídica 
à dupla-hélice de DNA original 
• O estilo de replicação é semiconservativo 
• A síntese de DNA inicia-se nas origens de 
replicação 
O processo de síntese de DNA é iniciado por proteínas 
iniciadoras que se ligam a sequências de DNA 
específicas denominadas origens de replicação 
• Proteínas inicializadoras afastam as duas fitas, 
quebrando as ligações de hidrogênio 
• Existem lugares do DNA com sítios de ligação 
para a proteína DnaA, chamados de 
sequências-consenso → região DUE → 
regiões com predominância de A-T, ou seja, 
pouco resistentes 
• A DnaA se liga nessas sequências → torções 
que provocam a abertura da fita na região DUE 
• A unidade de DNA na qual ocorre um evento 
individual de replicação é chamada replicon. 
Cada replicon é ativado uma vez, e somente 
uma vez, em cada ciclo celular. O replicon é 
definido por possuir os elementos de controle 
necessários à replicação. Ele possui uma 
origem na qual a replicação será iniciada e 
pode também conter uma região terminal, onde 
a replicação termina 
 
Em células simples, tais como bactérias ou leveduras, 
as origens de replicação compreendem 
aproximadamente 100 pares de nucleotídeos. Elas são 
compostas de sequências de DNA que atraem 
proteínas iniciadoras e são especialmente fáceis de 
serem abertas 
• DNA rico em A-T → origens de replicação 
Genoma bacteriano → única origem 
Genoma humano → múltiplas origens 
• Ao iniciar a replicação do DNA em muitos 
pontos diferentes de uma só vez, o tempo que 
uma célula necessita para copiar seu genoma 
inteiro é grandemente diminuído 
• São junções na forma de Y 
• Duas forquilhas são formadas em cada origem 
de replicação 
• Em cada forquilha, uma máquina de replicação 
move-se ao longo do DNA, abrindo as duas 
fitas da dupla-hélice e usando cada fita como 
um molde para produzir uma nova fita-filha 
• Replicação bidirecional 
 
DNA-polimerase: Essa enzima catalisa a adição de 
nucleotídeos à extremidade 3’ de uma fita de DNA em 
crescimento, usando uma das fitas de DNA parentais 
como um molde. 
Origens de replicação 
Forquilhas de replicação 
Maquinaria de replicação 
LORRANE BRAGA RANGEL LXIX - UFG 
• A reação de polimerização envolve a formação 
de uma ligação fosfodiéster entre a 
extremidade 3’ de uma cadeia de DNA 
crescente e o grupo 5’-fosfato do nucleotídeo a 
ser incorporado, que entra na reação como um 
trifosfato de desoxirribonucleosídeo. A energia 
para a polimerização é fornecida pelo próprio 
trifosfato de desoxirribonucleosídeo: a hidrólise 
de uma de suas ligações de fosfato de alta 
energia abastece a reação que acopla os 
monômeros de nucleotídeos à cadeia, 
liberando pirofosfato. 
A direção 5’-3’ da reação de polimerização do DNA cria 
um problema na forquilha de replicação 
• Fitas antiparalelas 
• Como consequência, em cada forquilha de 
replicação, uma nova fita de DNA está sendo 
produzida sobre um molde que segue em uma 
direção (3’ para 5’), enquanto a outra nova fita 
está sendo produzida em um molde que segue 
na direção oposta (5’ para 3’). 
A célula possuirá dois tipos de DNA-polimerase, um 
para cada direção? A resposta é não: todas as DNA-
polimerases adicionam novas subunidades somente à 
extremidade 3’ de uma fita de DNA. Assim, uma nova 
cadeia de DNA só pode ser sintetizada de 5’ → 3’ 
• A fita de DNA que parece crescer na direção 3’-
5’ incorreta é de fato produzida 
descontinuamente, em pequenas porções, 
separadas e sucessivas – com a DNA-
polimerase movendo-se para trás com respeito 
à direção do movimento da forquilha de 
replicação, de tal modo que cada novo 
fragmento de DNA possa ser polimerizado na 
direção 5’-3’ 
• As pequenas porções de DNA resultantes são 
denominadas fragmentos de Okazaki e são 
posteriormente unidas para formar uma fita 
contínua 
• Fita retardada e fita líder 
A DNA polimerase é autocorretiva 
• A enzima monitora cuidadosamente o 
pareamento de bases entre o nucleotídeo a ser 
incorporado e a fita molde. Somente quando a 
correspondência for correta a DNA-polimerase 
irá catalisar a reação de adição do nucleotídeo. 
• Quando a DNA-polimerase comete um raro 
engano e adiciona um nucleotídeo errado, ela 
pode corrigir o erro por meio de uma atividade 
denominada autocorreção (proofreading). 
o Realizada por uma nuclease que cliva 
a cadeia fosfodiéster 
• Se fosse 3’ → 5’ essa atividade não seria 
possível 
 
Pequenos trechos de RNA atuam como iniciadores 
para a síntese de DNA 
• Precisa de uma enzima que possa iniciar uma 
nova fita polinucleotídica simplesmente unindo 
dois nucleotídeos → sem a exigência de uma 
extremidade com bases pareadas 
• Pequeno fragmento de RNA → fornece a 
extremidade 3’ 
• Esse iniciador é sintetizado por uma primase 
(RNA-polimerase) 
• Para a fita líder, um iniciador de RNA é 
necessário somente para iniciar a replicação na 
origem de replicação 
• Na fita retardada precisa de novos 
inicializadores 
A DNA-polimerase adiciona um desoxirribonucleotídeo 
à extremidade 3’ de cada iniciador para iniciar um novo 
fragmento de Okazaki, e ela continuará a alongar esse 
fragmento até encontrar o próximo iniciador de RNA 
previamente adicionado 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LORRANE BRAGA RANGEL LXIX - UFG 
Maquinaria de replicação 
A replicação do DNA requer a cooperação de um 
grande número de proteínas que atuam em conjunto 
para abrir a dupla-hélice e sintetizar DNA novo. 
1- A dupla hélice deve ser aberta à frente da 
forquilha 
Dois tipos de proteínas de replicação – DNA-helicases 
e proteínas ligadoras de DNA de fita simples – 
cooperam para executar essa tarefa. 
Helicase: usa a energia do ATP para se autopropelir e 
ir separando as fitas 
Proteínas ligadoras de DNA de fita simples (SSBs): 
se unem ao DNA de fita simples exposto pela helicase, 
impedindo transitoriamente que as fitas tornem a formar 
os pares de bases e mantendo-as em uma forma 
alongada, de tal modo que possam servir como moldes 
eficientes 
 
• À medida que a helicase separa o DNA dentro 
da forquilha de replicação, o DNA no outro lado 
da forquilha fica mais firmemente enrolado → 
torna o desenrolamento difícil 
As células usam proteínas denominadas DNA-
topoisomerases para aliviar essa tensão → produzem 
quebras transitórias que liberam temporariamente a 
tensão → refazem essas ligações 
 
Uma proteína de replicação adicional, denominada 
grampo deslizante (sliding clamp), mantém a DNA-
polimerase firmemente presa ao molde enquanto ela 
sintetiza novas fitas de DNA. 
• Carregador do grampo → hidrolisa ATP 
• Na fita descontínua o grampo é removido e 
reaclopado 
 
Telomerase replica as extremidades dos 
cromossomos eucariotos 
• Um sério problema surge quando a forquilha de 
replicação se aproxima da extremidade de um 
cromossomo: ainda que a fita líder possa ser 
replicada ao longo de toda a sua extensão até 
a extremidade do cromossomo, a fita retardada 
não pode. 
Quando o último iniciador de RNA na fita retardada é 
removido, não há como substituí-lo 
• A maioria dos primers, que começam com 
fragmentos de Okazaki podem ser substituídos 
sem nenhum problema. Isso ocorre porque a 
hidroxila no final do fragmento de Okazakivizinho pode ser usada como um gatilho pelo 
DNA polimerase, permitindo que ele substitua 
o primer com DNA. Na extremidade do 
cromossomo, no entanto, não há nenhum 
fragmento de Okazaki vizinho para fornecer a 
hidroxila necessária, resultando na replicação 
incompleta da extremidade do cromossomo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sem uma estratégia para lidar com esse problema, a 
fita retardada se tornaria mais curta em cada ciclo de 
replicação do DNA; após repetidas divisões celulares, 
os cromossomos iriam encolher – e por fim perder 
informação genética valiosa. 
• Bacterias → DNA circular 
• Eucariotos → possui sequências nucleotídicas 
longas e repetidas nas extremidades dos seus 
cromossomos, que são incorporadas em 
estruturas denominadas telômeros → enzima 
telomerase 
Usando um molde de RNA que é parte da própria 
enzima, a telomerase estende as extremidades da fita 
retardada que está sendo replicada, adicionando 
múltiplas cópias da mesma sequência de DNA curta à 
fita molde. 
• Como os processos de crescimento e 
encurtamento de cada sequência telomérica 
são aproximadamente ajustados em cada 
célula, uma extremidade cromossômica 
contém um número variável de repetições 
teloméricas. 
LORRANE BRAGA RANGEL LXIX - UFG 
OBS: ao final da replicação os fragmentos de Okazaki 
terão que ser ligados pela enzima DNA-ligase 
1- A RNase H reconhece e remove a maior parte 
do iniciador → degrada o RNA que está 
pareando com o DNA 
2- Uma DNA-polimerase de reparo liga-se à 
extremidade hidroxila 3’ da fita de DNA do 
fragmento. Essa polimerase de reparo então 
preenche o espaço, produzindo uma cópia 
complementar da informação armazenada na 
fita não danificada 
3- Após o preenchimento do espaço pela DNA-
polimerase de reparo, uma quebra permanece 
na cadeia principal de açúcar-fosfato da fita 
reparada. Essa quebra na hélice é selada pela 
DNA-ligase, a mesma enzima que une os 
fragmentos de Okazaki durante a replicação da 
fita retardada. 
 
• Nesse mecanismo, somente a replicação de 
uma das fitas é usada para gerar cópias de 
algumas moléculas circulares. Este tipo de 
estrutura é chamado círculo rolante, pois o 
ponto de crescimento rola em torno da 
molécula molde circular. 
• A forma linear multimérica pode ser mantida 
como fita simples ou ser convertida em fita 
dupla através da síntese da fita complementar, 
que posteriormente é clivada em monômeros 
dupla fita que se ligam formando moléculas fita 
dupla circular. A forma linear monomérica pode 
formar uma fita simples circular, que 
posteriormente será replicada, formando uma 
fita dupla circular. 
• A replicação pelo mecanismo do círculo rolante 
é bastante comum em bacteriófagos. As 
unidades genômicas podem ser clivadas da 
cauda deslocada, gerando monômeros, que 
por sua vez podem ser empacotados em 
partículas virais ou usados em ciclos 
posteriores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Replicação do DNA em mitocôndrias e cloroplastos 
• A replicação dos DNAs circulares de 
mitocôndrias e cloroplastos acontece de uma 
forma bem inusitada. A replicação se inicia em 
uma origem específica no DNA dupla fita 
circular, formado pelas fitas L e H. Inicialmente, 
somente uma das fitas parentais é usada como 
molde 
• A síntese é processada numa distância curta, 
deslocando a fita parental original (L), que 
permanece fita simples. O deslocamento da fita 
L resulta na formação de uma alça D. 
• Uma única alça D contendo 500-600 
nucleotídeos é encontrada em mitocôndrias de 
mamíferos. Em cloroplastos, ocorre formação 
de duas alças D. 
Mecanismo do c´rculo rolante