aula 03 Replicação do DNA[1]

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Replicação do DNA 
Prof. Dr. Helton Colares 
Iguatu-CE, 
Novembro de 2015 
Faculdade de Educação, Ciências e Letras de Iguatu – FECLI 
Disciplina: Biologia Molecular 
 
Dogma Central da Biologia Molecular 
Moderna 
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Metabolismo do DNA 
1. Replicação do DNA 
 
2. Reparo do DNA 
 
3. Recombinação do DNA 
1) Conceito: 
 
Os Ácidos Nucléicos são macromoléculas, formadas por seqüências de 
nucleotídeos, especializadas no armazenamento, na transmissão e no uso da 
informação genética. 
 
Existem dois tipos de Ácidos Nucléicos: 
 
a) DNA (Ácido Desoxirribonucléico) 
b) RNA (Ácido Ribonucléico) 
 
2) Composição Química 
 
Os Ácidos Nucléicos são compostos por monômeros chamados nucleotídeos. 
 
Estrutura de um nucleotídeo: 
 
 1 Fosfato 
 1 Pentose 
 1 Base Nitrogenada 
Nucleotídeo 
Revisão 
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Diferenças entre DNA e RNA 
 
– Adenina 
– Guanina 
– Citosina 
– Timina 
 
 
– Adenina 
– Guanina 
– Citosina 
– Uracila 
Purinas 
Pirimidinas 
Bases Nitrogenadas 
DNA RNA 
Desoxirribose Ribose 
Fita dupla Fita simples 
Açúcar 
Ligação Fosfodiéster 
As Ligações fosfosdiésteres 
 unem os nucleotídeos 
 sucessivos 
• Um grupamento fosfato liga o 
carbono 5’ da pentose de um nocletídeo 
ao carbo 3’ da pentose do nucleotídeo 
seginte 
•Esqueleto hidrofílico; 
•O esqueleto covalente do DNA e 
 do RNA está sujeito à hidrólise 
lenta e não enzimática da ligação 
Fosfodiéster. 
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• 2 cadeias independentes 
• Dupla hélice, sentido direito 
• Hélices anti-paralelas; 
• Complementariedade das bases 
• Eixo externo hidrofílico - 
deoxiribose + fosfato; 
• Bases hidrofóbicas (planas) 
empilhadas no interior da hélice; 
• Bases ligadas pontes de H+ 
Modelo da Dupla hélice de DNA 
Pareamento específico das bases no 
DNA 
C G 
Pontes de H 
T A 
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Replicação DNA 
É um processo enzimático através do 
qual uma nova fita dupla de DNA é 
produzida tendo uma fita preexistente 
como molde. 
Biossíntese de Ácidos Nucléicos – Replicação do 
DNA 
• DNA ocupa uma posição central como repositório das 
informações genéticas 
 
• Suas seqüências de nucleotídeos (genes) codificam 
todos RNAs e proteínas celulares 
 
• Portanto, deve ser preservado sem alterações e 
transmitido de uma geração para outra intacto 
 
• Complicadores do processo: 
– Tamanho da molécula 
– Compactação e ligação a outras proteínas 
– Velocidade 
– Simultaneidade 
– Momento certo dentro do ciclo celular 
– Fidelidade 
 
Modelo: E. coli 
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Ciclo celular 
Interfase: 
•Fase G1: crescimento. 
•Fase S: DNA é replicado. 
•Fase G2: preparação para 
a divisão celular. 
 
Fase Mitótica: 
•Prófase; 
•Metáfase; 
•Anáfase; 
•Telófase; 
 
REGRAS DA REPLICAÇÃO 
1. A replicação é um processo semi-conservativo 
 
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Formam –se 2 moléculas de DNA idênticas 
Fita original 
(velha) 
Fita original 
(velha) 
Fita NOVA 
2. A replicação tem início em uma origem e depois 
procede bidirecionalmente 
Procarioto: Única origem de 
replicação 
Eucarioto: Várias origens de 
replicação 
REGRAS DA REPLICAÇÃO 
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Forquilha de replicação: Região do DNA onde ocorre a replicação do DNA 
FORQUILHA DE REPLICAÇÃO 
3. A síntese de DNA é feita na direção 5´ 3´e é 
semidescontínua 
Fita contínua (líder) 
Fita descontínua 
REGRAS DA REPLICAÇÃO 
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DnaA 
Reconhece a origem e abre a dupla fita em sítios 
específicos 
DnaB (helicase) Desenrola o DNA 
SSB Liga a fita simples de DNA impedindo o 
reanelamento das mesmas. 
Primase (DnaG) Sintetiza os primers de RNA 
DNA Polimerase III Sintese da fita nova 
DNA Polimerase I Preenche as lacunas e excisa os primers 
DNA Ligase Liga os fragmentos 
DNA girase Alivia a tensão torsional gerada pela abertura da 
dupla-fita 
Dam Metilase Metila as sequências GATC na OriC 
PRINCIPAIS PROTEÍNAS ENVOLVIDAS 
NA REPLICAÇÃO DO DNA 
 Principais enzimas envolvidas no processo: 
responsáveis pela adição de nucleotídeos e 
reparo 
Síntese de DNA: adição de nucleotídeos a 
extremidade 3´OH da cadeia em crescimento; 
Necessidade de um iniciador (Primer); 
Necessidade de um molde; 
 Matéria-prima: desoxiribonucleosídeo 
5´trifosfato 
 Sentido da síntese sempre é 5’  3’ 
As DNA-polimerases tem atividade revisora 
(sentido 3’ 5’). 
DNA Polimerases 
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DNA Polimerases 
São conhecidas cinco DNA polimerases: 
 
•Pol I: Excisão dos iniciadores e preenchimento dos espaços; 
atua nos processos de replicação, recombinação e reparo; 
•Pol II: Importante em um sistema de reparo; 
•Pol III: principal enzima polimerizadora (alongamento da fita); 
é a mais complexa (10 subunidades). 
•Pol IV e Pol V: Envolvidas em processos não usuais de reparo. 
 Pol I PolII PolIII 
Polimerização 5’  3’ + + + 
At. Revisora 3’  5’ + + + 
At. Revisora 5’  3’ + - - 
 
Número de subunidades 1 4 10 
Tamanho em kDa 103 90 ~900 
 
Velocidade de 
Polimerização(nt/seg) 16-20 40 250-1000 
 
Processividade 3-200 1500 500000 
(nt adicionados antes 
da dissociação do molde) 
DNA Polimerases 
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ESTÁGIOS DA REPLICAÇÃO 
1. INICIAÇÃO 
2. ALONGAMENTO 
3. TERMINAÇÃO 
1. INICIAÇÃO 
ORIGEM DA REPLICAÇÃO – OriC : 
 - 245 pb ; 
 - 3 repetições de 13 pb; 
 - 4 repetições de 9 pb; (A=T) 
É a única etapa do processo de replicação que é regulado 
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Montagem do Replissomo 
• Retirada das histonas 
• DNA helicase 
– Quebra pontes de H 
 
• Proteínas de ligação a 
fita simples (SSB) 
 
• DNA topoisomerases 
– Tiram a tensão 
 
 
• Envolve duas operações distintas, mas 
relacionadas: 
1. Síntese da fita líder 
2. Síntese da fita atrasada. 
 
2. ALONGAMENTO 
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Replissomo 
 A proteína DNA B (helicase) 
é responsável pelo movimento 
para frente da forquilha 
 
 Cada centro catalítico da 
DNA PolIII sintetiza uma das 
fitas-filhas 
 
 Proteínas SSB mantem as 
fitas parentais separadas 
Replicação das fitas 
• Fita líder 
– Primase age uma vez 
 
 
 
• Fita Atrasada 
– Primase age várias vezes 
– 1967, Fragmentos de Okasaki 
 
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1. Síntese de um RNA primer pela primase na origem de replicação 
2. Desoxirribunocleotídeos são adicionados pela DNA polimerase III 
continuamente a partir da forquilha de replicação 
2. ALONGAMENTO 
SÍNTESE DA FITA LÍDER 
SÍNTESE DA FITA ATRASADA 
1. Síntese de um RNA primer pela 
primase (DnaG) na origem de 
replicação 
2. Síntese dos fragmentos de Okasaki 
3. Uma só polimerase: são criadas alças 
para aproximar os dois pontos de 
replicação ( das duas fitas) 
4. Processo repetido diversas vezes 
2. ALONGAMENTO 
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 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 
-Procariotos: DNA circular, quando as duas forquilhas de 
replicação se encontram ela termina. Ainda há o sistema 
Ter-tus. 
 
-Eucariotos: seqüências de nucleotídeos específicas no 
final dos cromossomos, incorporadas a telômeros.3. TERMINAÇÃO 
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-A iniciação é a única fase regulada da 
replicação, de forma que só ocorra 
uma vez por ciclo celular ; 
 
-afetada pela metilação de DNA 
 
-DAM metilase na (5´) GATC sobre a 
fita parental 
REGULAÇÃO 
PARTICULARIDADES DOS 
EUCARIOTOS 
 Diferenças fundamentais : 
- estrutura nucleoproteica complexa; 
- molécula de DNA maior ( 150 x 106 vs 4,7 x 106); 
- cromossomos lineares. 
 
 Soluções: 
- maquinário enzimático mais complexo; 
- múltiplas origens de replicação; 
- telômeros.