Replicação do DNA: Mecanismo e Estágios

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REPLICAÇÃO DO DNA 
REPLICAÇÃO 
O mecanismo de replicação baseado no pareamento das bases da dupla 
hélice do DNA. 
A estrutura do DNA contém a informação necessária para perpetuar sua 
sequência de bases. 
REPLICAÇÃO 
A replicação ocorre na fase S do ciclo celular. 
REPLICAÇÃO PROCESSO SEMICONSERVATIVO 
DNA parental 
Nova 
molécula 
de DNA 
Nova 
molécula 
de DNA 
(uma fita do DNA 
parental e uma 
fita nova) 
(uma fita do DNA 
parental e uma 
fita nova) 
REPLICAÇÃO 
3 ESTÁGIOS: 
 
INICIAÇÃO – reconhecimento de uma origem de replicação; 
- separação e estabilização das fitas do DNA 
 
ELONGAÇÃO – síntese das fitas filhas  DNA polimerase, 
primase, helicase, topoisomerase (girase) 
 
TERMINAÇÃO – DNA ligase, telomerase (cromossomos lineares) 
REPLICAÇÃO ORIGEM DE REPLICAÇÃO - Procarioto 
- CROMOSSOMO CIRCULAR (BACTÉRIA E. coli) INÍCIO EM UM 
ÚNICO SÍTIO; 
  ORIGEM DE REPLICAÇÃO OU oriC (SEQÜÊNCIA DE 245 
NUCLEOTÍDEOS – REGIÃO RICA EM AT) . 
- DUAS FORQUILHAS DE REPLICAÇÃO – MOVEM-SE EM 
SENTIDOS OPOSTOS ATÉ SE ENCONTRAREM. 
- A ORIGEM NOS PROCARIOTOS PODE SER ATIVADA MAIS DE 
UMA VEZ DURANTE UM CICLO CELULAR. 
REPLICAÇÃO ORIGEM DE REPLICAÇÃO- Eucarioto 
- INÍCIO EM VÁRIAOS PONTOS – VÁRIAS ORIGENS DE 
REPLICAÇÃO. 
- NO GENOMA HUMANO EXISTEM CERCA DE 20.000 
ORIGENS, UMA A CADA 150 KB (KILOBASES = MIL BASES). 
REPLICAÇÃO 
REPLICON 
 
 UNIDADE DE REPLICAÇÃO 
ATIVADOS APENAS UMA ÚNICA VEZ EM CADA CICLO 
CELULAR; 
 40-100 KB E SÃO INICIADOS EM TEMPOS DIFERENTES. 
 
 O GENOMA DE UMA CÉLULA PROCARIÓTICA 
CONSTITUE UM ÚNICO REPLICON. 
REPLICAÇÃO 
A REPLICAÇÃO É BIDIRECIONAL 
O DNA É REPLICADO BIDIRECIONALMENTE. 
Procariotos - apenas uma "bolha" de replicação (uma única origem  um 
replicon), 
Eucariotos - várias "bolhas" de replicação (várias origens de replicação  vários 
replicons) que estão distribuídas ao longo do dna. 
 "BOLHA" DE REPLICAÇÃO COM 
DUAS FORQUILHAS (REGIÃO DE 
SEPARAÇÃO DAS FITAS) QUE SE 
MOVIMENTAM EM SENTIDOS 
OPOSTOS. 
REPLICAÇÃO 
Helicase 
Rep 
Helicase 
DnaB 
Proteínas 
SSB 
 
Movimento da 
forquilha 
REPLICAÇÃO 
1- Proteínas reconhecem a origem de replicação e promovem uma pequena abertura na dupla 
hélice do DNA. 
2- Helicases – enzimas que desenrolam a hélice de DNA e separam as cadeias polinucleotídicas 
– rompem as pontes de hidrogênio entre as bases. 
3- Proteínas SSB – proteínas que se ligam a simples fita de DNA impedindo o retorno ao estado 
de dupla fita. 
4- Primase do DNA – é um tipo de RNA polimerase, uma proteína que sintetiza um pequeno 
fragmento de RNA sobre a cadeia molde do DNA, que vai atuar como iniciador (primer) para a 
replicação do DNA. 
5- DNA polimerase III – síntese das fitas do DNA 
6- Topoisomerase – faz corte na fita do DNA para relaxar a tensão gerada pela separação das 
fitas na forquilha. 
7- DNA polimerase I – retira os iniciadores de RNA (primers) através de sua atividade 5’3’ 
exonuclease e substitui por DNA. 
8- DNA ligase – enzima que faz a ligação entre os fragmentos de Okazaki da fita descontínua. 
REPLICAÇÃO 
REPLICAÇÃO 
SÍNTESE SEMIDESCONTÍNUA DO DNA 
A REPLICAÇÃO SEMIDESCONTÍNUA é o modo no qual uma 
fita é sintetizada continuamente enquanto a outra é sintetizada 
descontinuamente. 
-Fita leading - contínua 
-Fita lagging – descontínua  Fragmentos de Okazaki 
Fita leading 
(contínua) 
Fita lagging 
(descontínua) 
Fragmento 
de 
Okazaki 
F
o
rq
u
ilh
a 
d
e 
re
p
lic
aç
ão
 
REPLICAÇÃO 
SÍNTESE SEMIDESCONTÍNUA DO DNA 
FRAGMENTOS DE OKAZAKI – PEDAÇOS CURTOS DE 
DNA 
- 1000-2000 BASES – BACTÉRIAS; 
- MENOS DE 200 BASES – EUCARIOTOS. 
- SINTETIZADOS DURANTE A REPLICAÇÃO – 
POSTERIORMENTE SÃO LIGADOS, FORMANDO UMA 
FITA CONTÍNUA. 
Fita leading 
(contínua) 
Fita lagging 
(descontínua) 
REPLICAÇÃO 
SÍNTESE SEMIDESCONTÍNUA DO DNA 
Cada fragmento de Okazaki inicia-se com um primer de RNA e termina antes do fragmento 
seguinte. A DNA polimerase I, com sua atividade exonucleolítica 5’ 3’, consegue remover o 
primer e substituí-lo por DNA. A ligação dos fragmentos de Okazaki é o último passo no 
amadurecimento da cadeia lagging, e é realizado por uma enzima, a ligase do DNA. Essa enzima 
catalisa a formação de uma ligação fosfodiéster entre o grupo 3’-OH livre da extremidade de um 
fragmento de Okazaki e o grupo 5’ fosfato de um fragmento de Okazaki adjacente. 
REPLICAÇÃO 
DNA POLIMERASES 
ENZIMAS QUE POLIMERIZAM DESOXINUCLEOTÍDEOS 
TRIFOSFATADOS (dNTPS). 
 
DIREÇÃO DA REPLICAÇÃO 
 
- TODAS AS DNA POLIMERASES PROMOVEM O CRESCIMENTO 
DA FITA DE DNA SOMENTE NA DIREÇÃO DE 5’ PARA 3’ (só agem 
na hidroxila da extremidade 3’ livre adicionando os nucleotídeos). 
 
TRÊS TIPOS EM PROCARIOTOS: 
 
DNA polimerase I , DNA polimerase II e DNA polimerase III 
 
VÁRIAS POLIMERASES EM EUCARIOTOS: 
 
NA REPLICAÇÃO DO DNA NUCLEAR - α, δ, ε. 
 
REPLICAÇÃO DNA POLIMERASES 
DNA POLIMERASE I - utilizada pela célula nos processos de REPLICAÇÃO 
e REPARO DO DNA. 
• POLIMERIZAÇÃO NO SENTIDO 5’ => 3’ 
• ATIVIDADE EXONUCLEOLÍTICA NO SENTIDO 3’ => 5’ – capaz de 
reconhecer e clivar pareamento errôneo na extremidade 3’ OH da fita nova – elimina 
somente o último nucleotídeo que foi adicionado - importante para que a replicação 
ocorra livre de erro. 
• ATIVIDADE EXONUCLEOLÍTICA NO SENTIDO 5’ => 3’ – é capaz de retirar 
os ribonucleotídeos que fazem parte dos primers de RNA. 
DNA POLIMERASE II - Ainda não tem suas funções bem definidas in vivo. 
Envolvida com REPARO DE LESÕES NO DNA. 
DNA POLIMERASE III – é a PRINCIPAL ENZIMA PARA O 
PROCESSO DE REPLICAÇÃO, sendo responsável pelo crescimento das novas 
cadeias polinucleotídicas durante a replicação do DNA 
•polimerização no sentido 5’ => 3’ 
• atividade exonucleolítica no sentido 3’ => 5’ 
REPLICAÇÃO DNA POLIMERASES 
EUCARIOTOS 
 
•DNA POLIMERASE α – (alfa)(Pol α/primase ) inicializa a 
síntese de fitas novas, através da síntese do primer de RNA. 
•DNA POLIMERASE δ (delta)– 
-atividade polimerização 5’=> 3’ 
-atividade exonucleolítica 3’=> 5’ 
-maior processividade 
-continua a polimerização 
•DNA POLIMERASE ε –parece estar relacionada aos mecanismos de 
reparo do DNA. 
 Pol I PolII PolIII 
Polimerização 5’  3’ + + + 
Exonuclease 3’  5’ + + + 
Exonuclease 5’  3’ + - - 
 
Número de subunidades 1 4 10 
 
Reparo e 
replicação 
Reparo Principal enzima 
da replicação 
 Pol Pol Pol 
Polimerização 5’  3’ + + + 
Exonuclease 3’  5’ - + + 
Exonuclease 5’  3’ - - - 
 
Número de subunidades 4 1 2 ou 3 
 Síntese dos 
primers 
Principal enzima 
da replicação 
Reparo 
POLIMERASES 
 Propriedades das DNA-polimerases Eucarióticas 
POLIMERASES 
 Propriedades das DNA-polimerases Bacterianas 
 Fragmentos de Okasaki ocorrem na fita descontínua 
 A DNA polimerase III é responsável pela síntese da maior parte do DNA 
 A DNA polimerase I remove o primer de RNA e preenche as lacunas 
 A DNA ligase sela as quebras 
REPLICAÇÃO PROCARIOTOS X EUCARIOTOS 
procariótica eucariótica 
Velocidade da 
forquilha 
50.000pb/min 2.000pb/min 
Nº de replicons 1 vários 
Tamanho dos 
replicons 
40-150kb 
Tamanho dos 
fragmentos de 
Okazaki 
1000-2000 
nucleotídeos 
100-200 
nucleotídeos 
Tamanho do 
primer de RNA 
2-3 nucleotídeos9-10 nucleotídeos 
Polimerases do 
DNA 
I, II e III α,  e  
Modelo E.coli 
PROTEÍNAS SSB - Duas cadeias complementares de ácidos nucléicos têm uma tendência 
muito grande em se associarem, tomando a configuração de hélice; um fenômeno conhecido 
como hibridação. As cadeias complementares de uma molécula de DNA mantêm-se 
separadas na região da forquilha de replicação graças a ação das SSBP (do inglês, Single 
Strand DNA-Binding Proteins – proteínas que se ligam à fita simples do DNA). A 
presença de diversas moléculas de proteínas SSB sobre uma cadeia simples de DNA produz 
uma conformação estendida e pouco flexível, favorável à ação da polimerase III. À medida 
que as cadeias complementares vão sendo sintetizadas, as proteínas SSB se soltam do DNA, 
uma vez que elas não têm afinidade por dupla-hélice. 
TOPOISOMERASES - A medida que a forquilha de replicação "anda" pela dupla fita de 
DNA, começa a aparecer uma tensão na porção logo a frente da forquilha, devido ao 
superenrolamento ("supercoil“) do DNA. Para aliviar esta pressão do superenrolamento um 
grupo de enzimas, denominadas de topoisomerases, quebram momentaneamente uma 
das cadeias do DNA, fazendo com que este sofra algumas rotações e em seguida este 
mesmo grupo de enzimas refazem a ligação "quebrada". Em procariotos estas topoisomerases 
são conhecidas como DNA girase. Este processo de desenrolamento do DNA é 
extremamente importante em procariotos.