04 Replicacao do DNA

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Replicação do DNA
Prof. Asafe Costa Lopes
Replicação
Transcrição
Tradução
A informação passa de uma 
molécula de DNA para outra 
molécula de DNA = originar 
novas células.
Replicação do DNA
Quando a replicação do 
DNA deve acontecer?
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Antes de qualquer processo de divisão 
celular – Mitose ou Meiose
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418/01/2018 Replicação do DNA
Intérfase
Fase G1Fase S
(Replicação do DNA)
Fase G2
Fase M
Em qual fase do ciclo celular a replicação do DNA deve acontecer?
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Este modelo permite explicar a transmissão fiel do património genético e a 
manutenção do DNA nas divisões celulares.
Regras básicas do processo de replicação
• Processo semiconservativo;
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Regras básicas do processo de replicação
• Início da replicação: Origem;
• A replicação inicia-se nas ORIGENS DE REPLICAÇÃO, que
são sequências específicas muito ricas em pares A=T:
• Procariontes (bactérias) – 1 origem de replicação;
• Eucariontes – múltiplas origens de replicação
localizadas ao longo do cromossomo;
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Em bactérias
DNA circular “mais curto”
Eucariotos 
DNA não circular e extenso 
- cromossomos
Regras básicas do processo de replicação
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± 20 minutos para completar 
a replicação
1 origem = 7 dias
Várias origens = horas (±6 horas)
Origens de Replicação
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Múltiplas Origens de replicação
Origem de replicação
Genoma humano
(~10.000 ori), o que
permite a célula humana
replicar seu DNA
relativamente rápido;
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Os replicons eucarióticos podem ser iniciados em tempos diferentes;
Fase S demora ~ 6hrs em uma célula somática;
O genoma eucariótico constitui vários replicons
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Regras básicas do processo de replicação
• Modos de replicação:
• Teta;
• Linear;
• Movimento da forquilha de replicação:
• Unidirecional;
• Bidirecional;
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Replicação Teta e Bidirecional
• Ocorre em DNA circular:
• Cromossomo bacteriano;
• DNA de alguns vírus;
• Gera uma estrutura que se assemelha à letra grega teta
(Θ);
• Replicação teta: apenas 1 origem de replicação;
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Replicação Teta
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O ponto de deselicoidação, onde os 2 filamentos de 
nucleotídeos se separam da dupla hélice do DNA é 
chamada de forquilha de replicação.
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Replicação Teta e Bidirecional
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Replicação Linear - Bidirecional
• Ocorre em cromossomos lineares – organismos
eucariontes;
• Replicação linear: várias origens de replicação –
bidirecional;
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Replicação Linear - Bidirecional
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Cada cromossomo contém 
várias origens
Em cada origem, o DNA se desenrola, 
produzindo uma bolha de replicação.
A replicação ocorre em ambos os filamentos 
em cada ponta da bolha, com as duas 
forquilhas de replicação se abrindo.
As forquilhas de bolhas adjacentes 
correm uma para a outra e os 
segmentos de DNA se fundem...
... produzindo duas moléculas 
de DNA lineares idênticas
Conclusão: Os produtos da replicação eucariótica são 
duas moléculas de DNA linear.
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Replicação Linear - Bidirecional
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Forquilhas de replicação
Micrografia, bolha de replicação
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Processo de Replicação
• Os mecanismos celulares responsáveis pela replicação
do DNA foram descobertos primeiramente em bactérias;
• A replicação em eucariotos ocorre através de proteínas
análogas e com processos semelhantes à replicação do
DNA de E. coli;
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O mecanismo de replicação
• A replicação ocorre em quatro estágios:
a) Iniciação;
b) Deselicoidização;
c) Alongamento;
d) Término;
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As proteínas iniciadoras ligam-se a
origem de replicação.
Fazendo com que um curto
trecho que DNA se desenrole.
O desenrolamento permite que a
helicase e proteínas de ligação
unifilamentar (SSB) se unam ao
DNA unifilamentar.
Iniciação
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Deselicoidização
• 3 proteínas essenciais:
• DNA Helicase – quebra as pontes de H entre as bases
nitrogenadas – abre a dupla fita de DNA e move a forquilha de
replicação;
• SSB – estabiliza o DNA unifilamentar – evitam que os
filamentos simples de unam novamente;
• DNA Girase – vai a frente - reduz a torção que se acumula
adiante da forquilha de replicação à medida que o filamento
se desenrola;
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Super-helicoidização induzida por abertura
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Alongamento
• Proteínas necessárias:
• DNA Primase;
• DNA polimerase III;
• DNA polimerase I;
• DNA ligase;
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DNA Polimerase III
• Enzima que sintetiza os novos filamentos de
nucleotídeos;
• Sentido 5’ – 3’;
• Adiciona nucleotídeos livres na ponta 3’ do
novo filamento que está sendo formado;
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Como, então, se dá a síntese na direção 3‘> 5' da 
forquilha de replicação?
• Na fita molde exposta na direção do movimento da
forquilha - a síntese da nova fita é contínua - fita líder ou
contínua;
• Na fita molde exposta no sentido oposto ao movimento
da forquilha a síntese da nova fita é descontínua - fita
descontínua;
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O que ocorre é uma replicação contínua em uma 
direção e descontínua na outra direção
• À medida que o DNA se desenrola, o filamento molde
que é exposto no sentido 3’ – 5’ permite que o novo
filamento seja sintetizado continuamente (5’–3’);
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O que ocorre é uma replicação contínua em uma 
direção e descontínua na outra direção
• No filamento molde que é exposto no sentido 5’ – 3’;
• Após um pequeno pedaço de DNA ter se desenrolado a
síntese deve ser feita no sentido 5’ – 3’ > no sentido oposto
ao desenrolamento do DNA;
• Cada vez que o DNA se desenrola é necessário iniciar
novamente a síntese se DNA no sentido 5’ – 3’ > até se
encontrar com o fragmento já replicado;
• A síntese desse filamento é em pedaços curtos e
descontínuos (fita atrasada ou descontínua)
• Os curtos trechos de DNA produzidos são chamados de
fragmentos de Okazaki;
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O que ocorre é uma replicação contínua em uma 
direção e descontínua na outra direção
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Molde “nu”
DNA Polimerase III
• A DNA polimerase precisa de um nucleotídeo com um
grupo 3'-OH para estender a cadeia de DNA;
• DNA polimerase não pode iniciar uma nova cadeia de
ácido nucléico por si própria;
• Como, então, se inicia a síntese de DNA?
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DNA Primase
• Síntese de pequenos trechos de RNA
(primers) usando a fita de DNA como molde;
• O primer fornece um grupo 3’ -OH ao qual a
DNA polimerase pode começar prender os
próximos nucleotídeos;
• DNA polimerase pode chegar e iniciar a
adição de bases;
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Primer adicionado à
fita molde
DNA Primase
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DNA Primase
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DNA Primase
• Fita líder:
• Primase age uma vez;
• 1 primer;
• Fita retardada:
• Primase age várias vezes (vários primers);
• Cada vez que o DNA se desenrola mais um pouco;
• Fragmentos de Okasaki;
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DNA Primase
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Alongamento - DNA Polimerase III
• Após o DNA ser desenrolado;• Ter sido adicionado o primer;
• DNA polimerase III alonga o novo filamento de DNA;
• Usa nucleotídeos livres;
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DNA Polimerase I
• Remove os primers deixados pela primase;
• Substitui por nucleotídeos de DNA;
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DNA Ligase
• Após a DNA pol I ter substituído o primer de RNA por
DNA – permanece um corte no filamento de DNA;
• A DNA ligase – fecha o corte no DNA recém sintetizado;
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Replicação do DNA
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Características gerais do processo de replicação
• Semiconservativo;
• Iniciação não é aleatória (ori);
• Direção da síntese 5’> 3’;
• Semidescontinuidade de síntese das fitas (contínua
numa fita e descontínua na outra);
• Enzima principal é a DNA polimerase;
• Primase inicia a adição de ribonucleosídeos (RNA);
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O DNA se desenrola 
na origem.
Término
• Procariotos: DNA circular, quando as duas forquilhas de
replicação se encontram ela termina;
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• Eucariotos: cromossomos eucarióticos são lineares e
possuem pontas;
Término
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Término
• A medida que a replicação caminha os primers são
removidos e substituídos por DNA;
• Nos cromossomos lineares o alongamento com
nucleotídeos de DNA no local onde estavam os
primers é possível porque não há fragmentos de
Okazaki;
• Na ponta de um cromossomo não linear, quando o
último primer é removido não existe um trecho
adjacente de DNA replicado para fornecer o grupo
3’-OH;
• Uma vez que o primer de RNA na ponta do
cromossomo é removido ele não consegue ser
substituído por nucleotídeos de DNA;
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Término
• Caso não houvesse um mecanismo específico o
cromossomo iria se tornar mais curto a cada replicação,
e acabaria perdendo partes do telômero,
desestabilizando o cromossomo, podendo causar até a
morte celular;
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Término
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Término
• Após a telomerase ter sido removida - a enzima DNA
primase sintetiza um primer na nova ponta alongada
pela telomerase e fornece um grupo 3’-OH - DNA
polimerase III possa sintetizar os nucleotídeos de DNA
que faltam na ponta do cromossomo;
• Quando o novo primer de RNA é degradado e retirado
ele não fará a diminuição do telômero devido aos
nucleotídeos adicionais que foram adicionados pela
telomerase no filamento complementar;
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São necessários vários processos para
garantir a incrível precisão da replicação do
DNA:
A. SELEÇÃO DOS NUCLEOTÍDEOS 
B. REVISÃO DO DNA
C. REPARO 
Replicação – resulta em uma taxa de erros de
menos de 1/bilhão de pb.
Como é obtida essa incrível precisão???
A fidelidade da replicação
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Seleção
• Os erros na seleção de nucleotídeos pela DNA
polimerase III surgem em cerca de 1/100.000
nucleotídeos;
• A maioria dos erros que surgem na escolha de
nucleotídeos é corrigida em um segundo
processo chamado de revisão;
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Revisão do Dna
• Capacidade da DNA polimerase reconhecer e corrigir
nucleotídeos mal pareados;
• Juntos, a seleção do nucleotídeo e a revisão resultam em
uma taxa de erro de apenas 1/10 milhões de
nucleotídeos;
18/01/2018 Replicação do DNA 51
Atividade revisora 3’ > 5’ da Pol III ajuda na 
fidelidade da replicação
• A DNA polimerase III tem
atividade polimerase –
adicionar nucleotídeos no
sentido 5’ – 3’;
• Atividade exonuclease –
remover nucleotídeos no
sentido 3’ – 5’ – capacitando-a
a corrigir erros;
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Reparo
• Reparo de pareamento errado – corrige erros após a
replicação estar completa. Erros que escapam da revisão;
• Qualquer nucleotídeo incorretamente pareado – produz
uma deformidade na estrutura do DNA;
• Essa deformidade é reconhecida por enzimas de reparo
que removem o nucleotídeo incorreto e substitui pelo
nucleotídeo correto;
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Reparo
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Reparo do Mau Pareamento
• Usado quando o nucleotídeo inserido errado
durante a replicação escapa do processo de
revisão;
• Proteína MutS se liga à base malpareada e
forma um complexo com a MutL e MutH;
• MutL reconhece o filamento molde (pela
metilação do DNA);
• MutH corta o filamento recém sintetizado e as
exonucleases (helicase II - RecJ) degradam o
filamento até chegar na base malpareada;
• O espaço é preenchido pela DNA polimerase e
selado pela DNA ligase;
18/01/2018 Replicação do DNA 55
Reparo do DNA
• Muitos tipos de danos ao DNA podem ser corrigidos por
mais de uma via de reparo - isso garante que quase
todos os erros sejam corrigidos;
• Se um erro escapa a um mecanismo de reparo, ele
provavelmente será reparado por outro sistema;
18/01/2018 Replicação do DNA 56
Reparo por Excisão de Bases
• Usado quando existe uma base lesada (subs.
químicas);
• Primeiro a base lesada é removida;
• O nucleotídeo é substituído;
• DNA glicosilases remove a base lesada (corta a
ligação que une a base ao C’1 da pentose);
• AP endonuclease corta a ligação fosfodiéster
(fosfato / pentose);
• DNA polimerase adiciona novo nucleotídeo
contendo a base correta;
• DNA ligase sela o filamento;
18/01/2018 Replicação do DNA 57
Reparo por Excisão de Bases
• Processo de reparo muito utilizado quando existe uma base
modificada;
• Ex.: quando uma citosina é desaminada (-NH2) se
transforma em uracila;
• Essa modificação nas bases pode ocorrer de forma
espontânea ou induzida por algumas substâncias químicas
(ácido nitroso);
18/01/2018 Replicação do DNA 58
Reparo Por Excisão De Nucleotídeos
• Remove volumosas lesões no DNA que
distorcem o dupla hélice;
• Um complexo de enzimas percorrem o
DNA procurando distorções na
configuração tridimensional;
• Nucleases cortam o filamento de
nucleotídeos na região danificada;
• Helicases separa os dois filamentos de
nucleotídeos e retira o filamento
danificado;
• O espaço é preenchido pela DNA
polimerase e selado pela DNA ligase.
18/01/2018 Replicação do DNA 59
Reparo por Excisão de Nucleotídeos
• As bases púricas e piridímicas absorvem luz UV;
• O que pode resultar em mutações no DNA;
• Ex.: formação de ligações químicas entre moléculas
adjacentes de pirimidina no mesmo filamento de DNA
criando estruturas chamadas dímeros de pirimidina
(duas bases timina ou duas bases citosina);
• Estes dímeros distorcem a configuração do DNA e
bloqueiam a replicação do DNA;
18/01/2018 Replicação do DNA 60
Algumas doenças causadas por deficiência de 
reparo
18/01/2018 Replicação do DNA 61
Síndrome de Bloom
• Características Clínicas:
• Retardo no crescimento / baixa estatura;
• Vermelhidão na face quando exposto à luz solar - dilatações
capilares no rosto (eritema telangiectasia) aparece na infância;
• Função imunológica defeituosa (infecções constantes);
• Alto risco para desenvolvimento de neoplasias malignas
(leucemia) - têm risco 150 a 300 vezes maior de
desenvolvimento de neoplasias, quando comparado à
população geral;
• Instabilidade cromossômica (quebras / rearranjos inadequados
por falta de reparo);
18/01/2018 Replicação do DNA 62
Características Clínicas
• Retardo mental moderado, com dificuldade de
aprendizado;
• Microcefalia, face estreita, orelhas proeminentes,
nariz proeminente;
• Doenças pulmonares crônicas;
• Azoospermia;
• Manchas cafe-au-lait;
• A sobrevida média é de 23 anos (neoplasia é a
principal causa de morte);
18/01/2018 Replicação do DNA 63
Incidência
• Rara - até 2003 foram descritosaproximadamente 220
casos, a maioria em judeus Ahkenazi;
• Doença autossômica recessiva (consanguinidade entre
os pais);
18/01/2018 Replicação do DNA 64
Base Genética
• Está relacionada a alterações no mecanismo de reparo
do DNA;
• Alterações em uma família de genes
denominada RecQ (DNA helicases);
• Mutação no gene BLM, localizado no 15q26.1;
• A proteína codificada pelo gene normal tem uma
atividade DNA helicase e atua na replicação e na
estabilidade genômica (reparo);
18/01/2018 Replicação do DNA 65
Base Genética
• Ocorrem muitas interrupções da replicação - gerando
instabilidade genômica - pode ser letal se uma via alternativa de
resgate da forquilha de replicação não for iniciada;
• Muitas células morrem por não conseguir terminar a replicação
(retardo no crescimento);
• PROBLEMA!!! Algumas células conseguem ativar vias de resposta
restaurando a forquilha quebrada - mutações sem reparo -
oncogenes.
• As células apresentam:
• Um aumento de quebras cromossômicas;
• Aumento na taxa de mutação 10 vezes maior;
• Replicações anormais (retardamento da elongação da forquilha de
replicação e um atraso do momento de replicação, associado a um
aumento no nível de danos no DNA);
18/01/2018 Replicação do DNA 66
Quebras cromossômicas
• Defeitos nos mecanismos de reparo e replicação do
DNA;
• Frequência alta aberrações cromossômicas;
• Incidência alta de câncer;
18/01/2018 Replicação do DNA 67
Obrigado!
18/01/2018 Replicação do DNA 68