Estrutura e replicação de DNA

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ESTRUTURA E REPLICAÇÃO 
DO DNA
1) ESTRUTURA E 
FUNÇÃO DO DNA
2) REPLICAÇÃO2) REPLICAÇÃO 
DO DNA
ESTRUTURA E 
FUNÇÃO DO DNA
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ATIVIDADE 
BIOLÓGICA
ESTRUTURA NATIVA 
DE UMA PROTEÍNA
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Forma R: Forma S: 
Princípio transformante de Griffith (1928)
Streptococcus pneumoniae
Frederick Griffith
Born 1879
Died 1971
sem cápsula encapsulada
Qual é a natureza química da molécula responsável pela 
transmissão da informação genética entre descendentes???
1. Estocar a informação e transmitir com precisão para a prole.
2. Deve ser passível de mudanças para suportar a evolução. 
CARACTERÍSTICAS
X
Proteínas
Ácido nucleícos
no
ác
id
os
ot
íd
eo
s
X
20
 a
m
in
4 
nu
cl
eo
1940-50
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Características do princípio transformante: 
Sensivel a DNAse e insensível a protease
Oswald Avery
Born 1877
Died 1955
Colin MacLeod
Born 1909
Died 1972
Maclyn McCarty
Born 1911
Died 2005
Natureza quimíca das unidades constituintes do DNA e RNA
Os ácidos nucléicos são macromoléculas compostas de subunidades chamadas nucloeotídeos. 
*
* *
* *
Ácidos nucléicos
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Ligação
ESTRUTURA DE UM 
POLINUCLEOTÍDEO
Ligação 
fosfodiester entre 
os nucleotídeos.
Ligação entre P ligado 
ao C 5 do nucleotídeo 
a ser incorporado na 
cadeia com a OH 
li d C 3 dligada ao C 3 do 
nucleotídeo da cadeia.
The Nobel Prize in Physiology or 
Medicine 1962
"for their discoveries concerning the 
molecular structure of nucleic acids and its 
Linus Pauling
significance for information transfer in 
living material"
Maurice Wilkins
Born 1916
Died 2004
Francis Crick
Born 1916
Died 2004
James Watson
Born 1928
Rosalind 
Franklin
Born 1920
Died 1958
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Quais foram as informações usadas por 
Watson e Crick para propor o modelo 3D 
para a molécula de DNA? 
Difração de raio X
Imagem revelada
Rosalin Franklin
Experimentos de Franklin e Wilkins:
• Os dois polímeros de desoxirribonucleotídeos são unidos por pontes de hidrogênio.
• Os polímeros formam 2 hélices com 2 periodicidades (0,34 e 3,4nm) ao longo do eixo.
Maurice Wilkins
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Erwin Chargaff
Born 1905
Died 2002
Experimentos de Chargaff:
Purinas (A – G) = Pirimidinas (C – T)
A = T e C ≡ G
Pareamento de bases proposto em função 
dos dados de Chargaff
Purina-Purina: volumoso
Purimidina-Pirimidina: estreito
Purina - Pirimidina: condizia com 
os dados de difração de raios X
Resultados de Chargaff: proporções de A=T, C=G
(2 pontes H)
Adenina-Timina
(3 pontes H)
Guanina-Citosina
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Duas fitas de DNA com polaridades opostas
(antiparalelas)
Face interna: bases nitrogenadas
Face externa: 
riboses e fosfato
(caráter negativo)
Dupla fita mantida por 
pontes de H entre as bases
Estrutura 3D da molécula de DNA proposta por Watson, Crick e Wilkins 
(1953)
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ALGUMA COISA ERRADA COM ESTA FOTO?
sciencewriter.org/images/righthanded.jpg
ESTA É A FOTO CORRETA
right-handed double helix left-handed double helix 
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ESTABILIDADE DUPLA HÉLICE PONTES DE H E EMPILHAMENTO ENTRE BASES
Outras formas de DNA: in vitro
Sulco menor
Fosfatos
Bases
3.4/0.34
10 nt por 
volta
Sulco maior
Sulco menor
Sulco maior
Bases
Hélice dextrógira: giro p/ direita Condições desidratadas
+ compacto
Rico em GC
Hipermetilado
Condições normais
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DESNATURAÇÃO E RENATURAÇÃO DO DNA EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA
SUPERELICOIDIZAÇÃO DO DNA AÇÃO DAS TOPOISOMERASES
Subenrolamento: 
Topoisomerase II (DNA-girase)
Relaxamento:
Topoisomerase I
DNA procarioto: circular
DNA genômico eucarioto: cromosomo
Superelicoidização negativa: Giros levógiros
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Super-helicoidização Super-helicoidização induzida por abertura
1º Nível _______________
2º Nível2 Nível _______________
3º Nível _______________
Níveis de 
compactação 
do DNA
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NÍVEIS DE COMPACTAÇÃO
1°Nível: nucleossomos 2°Nível: fibra de cromatina
Octâmeros de histonas: proteínas básicas 
(lisina e arginina)
Modelo Solenóide
REPLICAÇÃO DO 
DNA
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O CICLO CELULAR E A 
REPLICAÇÃO DO DNA EM 
EUCARIOTOS
¾ Como acontece em procariotos?
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CARACTERÍSTICAS UNIVERSAIS DO 
MECANISMO DE REPLICAÇÃO DE DNA:
¾ SEMI-CONSERVATIVO
¾ BIDIRECIONAL 
¾ SEMI-DESCONTÍNUO
MESELSON-STAHL (1958) 
Modelo de replicação semi-conservativo
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DEMONSTRAÇÃO DA 
BIDIRECIONALIDADE DO 
PROCESSO DE REPLICAÇÃO DO 
DNA A PARTIR DA ORIGEM DODNA A PARTIR DA ORIGEM DO 
SV40
A BOLHA E AS FORQUILHAS DE 
REPLICAÇÃO DO DNA
PROCARIOTOS EUCARIOTOS
Genoma pequeno e circular
Única origem de replicação
biderecional
Genoma grande e linear
Múltiplas origem de replicação
biderecional
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Como são classificadas as enzimas 
envolvidas na síntese de DNA, 
chamadas “DNA-polimerases”?
TIPOS DE DNA POLIMERASES E SUAS RESPECTIVAS FUNÇÕES
DNA POLIMERASE DNA-DEPENDENTE
Envolvida em replicação, reparo e recombinação do DNA. Catalisa a adição de um desoxi-
ribonucleotídeo ao terminal 3´ de uma cadeia preexistente, utilizando uma cadeia de DNA
complementar como molde . Portanto, depende de uma fita molde e de um primer.complementar como molde . Portanto, depende de uma fita molde e de um primer.
DNA POLIMERASE RNA-DEPENDENTE
Transcriptase reversa
Envolvida na replicação de retrovírus. Descoberta por Temein e Baltimore, em 1970. Não apresenta
atividade exonuclease 3´-5´. Além da atividade DNA polimerase RNA dependente, apresenta também
as atividades RNAse H e DNA polimerase DNA-dependente. Catalisa a adição de desoxi-
ribonucleotídeos ao terminal 3´ de uma cadeia de DNA preexistente, utilizando uma cadeia de RNA
complementar como molde e um primer exógeno específico. Num estágio seguinte, a fita híbrida DNA-complementar como molde e um primer exógeno específico. Num estágio seguinte, a fita híbrida DNA
RNA é convertida em DNA-DNA, por ação das atividades RNAse H e DNA polimerase DNA-
dependente. Portanto, depende de uma fita molde e de um primer.
Telomerase
Envolvida na manutenção do tamanho dos telômeros. Catalisa a adição de um desoxi-ribonucleotídeo
ao terminal 3´ de uma cadeia pré existente, utilizando uma seqüência de RNA complementar interna
(grupo prostético) como molde. Portanto, depende apenas de uma fita molde de DNA. Enzima
encontrada em células germinativas de eucariotos.
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CARACTERÍSTICAS DAS DNA POLIMERASES (parte 1)
1. Não são capazes de iniciar 
síntese de novo. Precisam de 
3’ OH livre fornecido pelo 
iniciador (primer)
2. Necessidades de íons de Mg2+
3. Acrescentam nucleotídeos à 
fita recém sintetizada 
obedecendo o pareamento de obedece do o pa ea e to de
bases com a fita molde.
Síntese 5`-> 3`
REAÇÃO CATALISADA PELA DNA POLIMERASE
PIROPHOSPHATASE
Figure 5-4 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
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PIADA DE BIOLOGISTA MOLECULAR
4. Remoção de nucleotídeos: 
atividade exonuclease (5’→ 3’) replicação, reparo de mutações
atividade exonuclease (3’→ 5’) revisão
E i fi l
CARACTERÍSTICAS DAS DNA-POLIMERASES (parte 2)
( )
Enzima fiel com 
frequência de erro de 
~ 10-5 a 10-6
5’ 3’
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A REPLICAÇÃO DO DNA 
EM PROCARIOTOS
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ETAPAS DA REPLICAÇÃO DO DNA EM 
PROCARIOTOS:PROCARIOTOS:
¾ INÍCIO
¾ ALONGAMENTO
¾ TÉRMINO
O SITIO DE INICIO DE REPLICAÇÃO DO DNA, DENOMINADO
“ORIGEM DE REPLICAÇÃO” (ori-C).
(APRESENTA SEQUENCIAS CONSENSO ESPECÍFICAS)
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FORMAÇÃO DO COMPLEXODE INICIAÇÃO DA REPLICAÇÃO
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DESNATURAÇÃO DO DNA E 
SÍNTESE DE UMA SEQUÊNCIA INICIADORA DE RNA
ETAPAS DA REPLICAÇÃO DO DNA EM 
PROCARIOTOSPROCARIOTOS:
¾ INÍCIO
¾ ALONGAMENTO
¾ TÉRMINO
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FORQUILHAS DE REPLICAÇÃO:
¾ FITA CONTÍNUA
¾ FITA DESCONTÍNUA
5`
3`
3`
5`3`
3` 5`
5`
5’
5`
5`
3’
3`
3`
3`
3`
FORMAÇÃO DO 
“SUPERCOILING” POSITIVO 
NA FORQUILHA DE 
REPLICAÇÃOÇ
Figure 5-21 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
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ETAPAS DA REPLICAÇÃO DO DNA EM 
PROCARIOTOSPROCARIOTOS:
¾ INÍCIO
¾ ALONGAMENTO
¾ TÉRMINO
SEQUÊNCIAS TERMINADORAS DA REPLICAÇÃO DO DNA
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RESOLUÇÃO DOS 
CONCATÂMEROS DECONCATÂMEROS DE 
DNA
A REPLICAÇÃO DO DNA 
EM EUCARIOTOS
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GREEK
NAME HUGO NAME CLASS
OTHER
NAMES
PROPOSED
MAIN
FUNCTION
α (alpha) POLA B POL1 DNA replication 
β (beta) POLB X Base excision repair
γ (gamma) POLG A MIP1 Mitochondrialreplication
EUKARYOTIC DNA POLYMERASES: PROPOSAL FOR A REVISED NOMENCLATURE. Peter M. 
J. Burgers et.al. THE JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, Vol. 276, No. 47, Issue of November 23, pp. 43487–43490, 2001. 
γ (g ) replication 
δ (delta) POLD1 B POL3 DNA replication 
ε (epsilon) POLE B POL2 DNA replication 
ζ (zeta) POLZ B REV3 Bypass synthesis 
η (eta) POLH Y RAD30, XPV Bypass synthesis 
θ (theta) POLQ A mus308, eta DNA repair
ι (iota) POLI Y RAD30B Bypass synthesis 
κ (kappa) POLK Y DinB1, theta Bypass synthesis 
Base e cisionλ (lambda) POLL X POL4, beta2 Base excision repair
μ (mu) POLM X
Non-
homologous 
end joining 
ς (sigma) POLS X TRF4, kappa 
Sister 
chromatid 
cohesion 
REV1L Y REV1 Bypass synthesis
TDT X
Antigen
receptor 
diversity
ETAPAS DA REPLICAÇÃO DO DNA EM 
EUCARIOTOS:EUCARIOTOS:
¾ INÍCIO
¾ ALONGAMENTO
¾ TÉRMINO
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ORIGENS (19) DE REPLICAÇÃO NO CROMOSSOMO III DE 
LEVEDURA (SEQUÊNCIAS DE REPLICAÇÃO AUTONOMA - ARS)
UMA ORIGEM DE REPLICAÇÃO DE LEVEDURA
ORC – origin recognition complex
Abf1 – proteina que facilita a ligação de ORC
MECANISMO DE INÍCIO DA 
REPLICAÇÃO DO DNA EMREPLICAÇÃO DO DNA EM 
EUCARIOTOS:
Única utilização de uma 
origem de replicação por ciclo 
celular
Figure 5-36 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Cdc6 e Cdt1 - Helicase loading proteins
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ETAPAS DA REPLICAÇÃO DO DNA EM 
EUCARIOTOSEUCARIOTOS:
¾ INÍCIO
¾ ALONGAMENTO
¾ TÉRMINO
REPLICAÇÃO DO DNA DE SV40
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"for the discovery of how chromosomes are protected by 
telomeres and the enzyme telomerase"
The Nobel Prize in Physiology or 
Medicine 2009
y
Elizabeth H. Blackburn Carol W. Greider Jack W. Szostak
REPLICAÇÃO DO TELÔMERO PELA TELOMERASE
Figure 5-41 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)