Replicacao e Reparo do DNA - Topicos

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REPLICAÇÃO DO DNA
- A replicação do DNA é semi-conservativa. Uma fita serve de molde para a formação de uma nova fita complementar.
- A replicação se inicia em um único ponto e ocorre de forma bidirecional, em cromossomos bacterianos.
- Para ocorrer a replicação, é necessária a formação das forquilhas de replicação.
- A replicação sempre ocorre no sentido 5’ ( 3’ da fita formada, o que mostra que a fita de DNA molde é lida do sentido 3’ ( 5’.
- Uma fita é replicada de forma contínua, chamada de fita líder. Nela, a replicação ocorre no “mesmo” sentido do movimento da forquilha.
- A outra fita, chamada de atrasada, é replicada de forma descontínua. Nesse caso, faz-se necessária a presença dos fragmentos de Okazaki, pedaços pequenos de DNA que vão se ligando para formar a nova fita.
- O DNA é degradado por dois tipos de enzimas. As exonucleases e as endonucleases. As exonucleases degradam o DNA a partir de uma extremidade, geralmente, em um sentido, seja ele 5’ ( 3’ ou 3’(5’. As endonucleases, ao contrário, fragmentam o DNA em qualquer que seja a região do DNA.
Obs.: Existem certos tipos de endonucleases que degradam sequências nucleotídicas específicas, por exemplo, as endonucleases de restrição.
- As enzimas que formam o DNA são as chamadas DNA polimerases. A E. coli possui pelo menos quatro polimerases.
- Na ação das polimerases são necessários dois requisitos: 1) Uma fita molde; 2) um iniciador, o qual geralmente é uma sequência ribonucleotídica. A extremidade 3’ do iniciador é chamada terminal do iniciador.
- O número de nucleotídeos processados antes que a polimerase se dissocie é chamada processividade.
- A replicação é muito precisa. Para que uma base seja acoplada, é necessário, no caso da DNA polimerase I, que, além da formação correta das pontes de hidrogênio entre as bases, a ligação entre as bases tenha uma geometria correta que permita o acoplamento com a enzima.
- Caso haja erro no pareamento dos nucleotídeos, a atividade exonucleásica 3’(5’ da polimerase retira o nucleotídeo despareado e a polimerase começa novamente. Essa atividade é chamada de revisora.
- A atividade exonucleásica 5’(3’ da DNA polimerase um é a responsável pela atuação dessa enzima nos mecanismos de reparo, replicação e recombinação.
- Na E. coli são encontrados 5 tipos de polimerase: DNA polimerase I, DNA polmerase II, DNA polimerase III, DNA polimerase IV, DNA polimerase V. A DNA polimerase I é responsável por mais de 90% da atividade da DNA polimerase. A DNA polimerase II atua no sistema de reparo do DNA, a DNA polimerase III é a principal enzima de replicação do DNA e as DNA polimerase IV e V participam de um mecanismo de reparo não muito usual.
- Para que ocorra a replicação, é necessária a atuação de uma série de proteínas e enzimas, inclusive a DNA polimerase, complexo este chamado de sistema da DNA replicase ou repliossomo.
- Durante a replicação, é preciso que as fitas parentais se descolem, o que é feito pela helicase. Essa separação acaba gerando uma tensão topológico, a qual é alividada pelas topoisimerases. As fitas são estabilizadas pelas proteínas de ligação do DNA de fita simples (SSB).
- Antes que a DNA polimerase possa produzir o DNA, os iniciadores devem estar aderidos à fita molde. Tais moléculas são, geralmente, fragmentos de RNA, e são produzidos pelas iniciases.
- Ao término da replicação, os fragmentos de RNA devem ser removidos da fita de DNA, sendo esta uma das atividades da DNA polimerase I.
- Após a retirada dos fragmentos de RNA, a DNA ligase.
- A hélice é aberta em uma região onde há quatro repetições de uma sequência de nove pares de bases. Então, o DNA é reconhecido é desnaturado na região onde há três repetições de treze pares ricos em ligações A==T. Tal processo requer ATP e uma proteína bacteriana HU, semelhante à histona.
- A regulação da replicação do DNA se deve à metilação e a interações com a membrana plasmática bactriana.
- A replicação da fita líder e da fita atrasada terminam ao mesmo tempo. Na fita líder, o processo ocorre normalmente. No caso da fita atrasada, a replicação ocorre de maneira fragmentada, com a participação dos fragmentos de Okazaki. Cada fragmento de Okazaki, para ser ligado ao restante do produto da replicação precisa de um primer de RNA (iniciador) formado pela iniciase. Quando esse primer é acoplado ao restante da fita, a DNA polimerase I retira-o da cadeia e insere uma sequência de DNA.
- A justificativa para o fato da replicação das duas fitas terminar ao mesmo tempo se deve ao fato de que ambas são replicadas pela mesma polimerase. Isso ocorre pelo fato da fita atrasada formar uma alça. Dessa forma, a fita complementar também é formada no sentido 5’(3’. (Figura 25-14)
- Nos eucariotos, a replicação ocorre em diversas origens de replicação. Existem polimerases análogas às bacterianas: DNA polimerase α, DNA polimerase δ, DNA polimerase ε.
- A DNA polimerase α é uma proteína de subunidades múltiplas. A subunidade menor possui uma atividade iniciadora e a subunidade maior detém a atividade polimerásica. Essa enzima não possui atividade exonucleásica 3’(5’, ou seja, revisora. Acredita-se que ela atue na formação de pequenos fragmentos de iniciação dos fragmentos de Okazaki.
- A DNA polimerase δ possui atividade revisora e atua de maneira análoga à DNA polimerase III.
- A DNA polimerase ε substitui a DNA polimerase δ em alguns casos. No reparo do DNA, por exemplo. Acredita-se que ela possa atuar de maneira análoga à DNA polimerase I.
- Há uma proteína semelhante à SSB, a RPA.
- A replicação termina com a formação dos telômeros, regiões finais do cromossomo.
 
REPARO DO DNA
- Em geral, a fita molde é metilada para identificá-la frente às enzimas de reparo.
- Pode ocorrer em casos de despareamento, e pode ser por excisão de bases, excisão de nucleotídeos e ocorrer de forma direta.
- No despareamento é quando, em geral, a fita formada possui um nucleotídeo que não se pareia com o da fita molde.
- Por excisão de bases ocorre com a ação marcante da enzima DNA Glicosilase. Esta reconhece lesões e cliva a ligação N-glicosídica, retirando a base defeituosa. A base a ser colocada no lugar da que foi retirada é posta pela ação da enzima DNA polimerase I, no caso da E. coli.
- No caso da excisão de nucleotídeo, há uma dupla incisão. A lacuna formada é preenchida pela DNA polimerase I, na E. coli, e DNA polimerase ε, nos eucariotos. A lacuna é selada pela DNA ligase.
- Muitas vezes, o reparo se dá não pela excisão de uma base ou nucleotídeo, ocorrendo de forma direta.
- Quando um erro ocorre nas duas fitas, de forma que uma não possa sinalizar o erro na outra, o reparo se dá através de um molde do cromossomo homólogo, processo este chamado reparo de recombinação do DNA.
- Quando o erro é bastante significativo, um outro mecanismo fica disponível: o reparo sujeito a erros. Esse é método é significativamente menos preciso e ocorre uma alta taxa de mutação.