Replicação do DNA

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DNA
replicação
UFRRJ – Dep. de genética
Disciplina – Genética Básica
Profa Marilene
Marilene.ufrrj@gmail.com
Descoberta de Watson e Crick
• Descoberta mais importante do século XX
• Prêmio Nobel para Maurice Wilkins (1962)
“Não escapou à nossa percepção 
que o pareamento específico que 
postulamos sugere imediatamente 
um possível mecanismo de cópia 
para o material genético” (Watson 
e Crick, 1953)
Estrutura do DNA
Replicação do DNA 
• Os modelos hipotéticos da replicação
• Semiconservativa ( o modelo de Watson e Crick) - dupla hélice 
contém um filamento original e um recém-sintetizado
• Conservativa – a mólecula parental é conservada e uma única dupla 
hélice é sintetizada constituindo dois filamentos recém sintetizados
• Dispersiva – as moléculas constituem em filamentos cada um 
contendo segmentos tanto DNA parental tanto do recém-sintetizado 
Experimento de Meselson-Stahl
• O modelo de replicação é semiconservativo, dispersivo ou 
conservativo???
• Meselson e Stahl (1958) 
Ideia
• Permitir que duas moléculas parentais contendo uma densidade 
conhecida se repliquem em um meio contendo nucleotídeos de 
densidade diferentes.
• Se o DNA se replica semiconservativamente a molécula terá peso 
intermediário.
Replicação do DNA
• Resultado após duas gerações fitas com peso intermediário tanto 
quanto de baixa densidade foram encontrados – como previsto por 
Watson e Crick.
• Concluiu-se que: o DNA se replica semiconservativamente
Replicação do DNA
Replicação semiconservativa
• DNA é uma dupla hélice
• O desenrolar dos dois filamentos irá expor as bases únicas de cada 
filamento
• Pareamento com nucleotídeos livres
• A – T e C – G
• Cada filamento será um molde
• Cada mólecula de DNA possui uma cadeia parental e uma recém 
sintetizada
Replicação do DNA
Replicação semiconservativa
do DNA
Forquiha de replicação
• um zíper, ou forquilha, de replicação será encontrado na molécula de 
DNA durante a replicação.
• O que é forquilha? É o local no qual a dupla hélice é desenrolada para 
produzir os dois filamentos únicos que servem como moldes para a 
cópia.
Replicação do DNA
• Como as bases nitrogenadas são levadas para o molde da dupla 
hélice?
• Uma enzima adiciona desoxirribunocleotídeos à ponta 3’ de uma 
cadeia crescente de DNA.
• O substrato para a polimerase são: dATP, dGTP, dCTP e dTTP.
Replicação do DNA
• Cinco DNA polimerases são conhecidas em E. coli
• Três atividades:
1. polimerase – catalisa o crescimento da cadeia no sentido 5’ para o 3’
2.exonuclease – 3’ para 5’, que remove os pareamentos errados de 
bases
3. exonuclease – 5’ para 3’, que degrada a dupla hélice da DNA
Pol III é quem catalisa a síntese na forquilha 
de replicação
Replicação do DNA
A DNA polimerase pode sintetizar
a cadeia, mas não pode iniciar a
replicação.
Esquema geral da replicação do DNA
• DNA polimerase III se move atuando na forquilha de replicação
• A dupla hélice está continuamente se desenrolando adiante da enzima 
para expor outros trechos de DNA.
• A DNA polimerase só atua adicionando nucleotídeos na ponta 3’ crescente.
Lembre-se que a fita tem polaridade inversa:
3’ – 5’
5’ – 3’ 
Como a replicação ocorre para o filamento 5’-3’?
Replicação do DNA
• A maquinaria da replicação requer que a síntese de ambos os 
filamentos ocorra na forquilha de replicação.
• A síntese que se move se afastando do forquilha não vai durar muito.
• Filamento de replicação contínua ou leading – 3’ – 5’
• Filamento de replicação descontínua ou leagging – 5’-3’
Replicação do DNA
Replicação do DNA
3’ - 5’
Filamento contínuo
Como a replicação ocorre para o filamento 5’-3’?
• O crescimento também ocorre na ponta 3’
• Polimerase sintetiza um segmento – e move-se para a ponta 5’
• Trechos curtos de DNA recém-sintetizados (1000 a 2000 
nucleotídeos) – fragmentos de recém sintetizados
Replicação do DNA
Replicação do DNA
Lembre-se a DNA polimerase pode ampliar uma cadeia, mas não pode 
começar uma cadeia!
• A síntese é iniciada por um primer
• Primer – cadeia curta de oligonucleotídeos
• Sintetizada por um grupo de proteínas chamado primossomo - enzima 
primase (RNA polimerase)
• Filamento contínuo só um primer é necessário!
• Filamento descontínuo cada fragmento de okazaki precisa de um 
primer!
Replicação do DNA
• A DNA pol I remove os primers
• A DNA ligase une as pontas catalisando uma ligação fosfodiéster
Replicação do DNA
Lembre-se que a DNA polimerase também tem função de revisar a 
fita de DNA em síntese
• Menos de um erro por 1010 nucleotídeos inseridos
• Motivo da precisão:
• A DNA pol I e III são também exonucleases – 3’-5’
Estudando o replissomo - peculiaridades
procariontes
• E. coli
• Genoma tem 5 milhões pb
• Cerca de 2000 nucleotídeos/segundo
• Duas forquilhas de replicação
• Complexos subunitários – holoenzima polimerase III e muitas 
proteínas acessórias.
Ex: Grampo deslizante - circunda o DNA – mantém a DNA pol III ligada 
a molécula de DNA 
SSB (proteína de ligação unifilamentar) – estabiliza o desenrolar da fita
Helicases - rompem as pontes de hidrogênio
Proteínas de ligação unifilamentar – impedem a 
restruturação da dupla hélice
Topoisomerases – liberam a tensão da torção 
extra causada pela desilicoidização. Ex: girases.
• Onde a replicação se inicia?
• Origens
• Procariontes - E. coli – oriC
• Ligação da DNAa – sequência de 13pb
• Eucariotos e procariotos – processo 
de replicação semelhantes: 
semiconservativo, filamento continuo 
e descontínuo...
• Os componentes do replissomo são 
bem similares
• Porém tem função adicional em 
eucariontes: Pode desmontar e 
remontar os complexos proteína-DNA 
chamado nucleossomos
Estudando o replissomo - peculiaridades
eucariontes
• O replissomo tem que desmontar os nucleossomos e remontá-los
• Distribui-se aleatoriamente as Histonas das molécula parental
• CAF-1 (fator 1 de montagem da cromatina) – proteína que se liga a 
novas histonas e as conduz para a forquilha de replicação
• Ligada a PCNA antígeno nuclear de proliferação celular
• Eucariontes
• ORC – complexo de reconhecimento de 
origem
• Leveduras – 3 proteínas para começar a 
motantar o replissomo
• Cdc6 e Cdt1 + ORC recrutam a 
helicase...
• Cdc6 e Cdt1
• São sintetizadas durante a mitose 
avançada
• O replisssomo só poderá ser 
montado antes da fase S
• Na fase S – a Cdc6 e a Cdt1 são 
degradadas
• Leveduras 
• Bactérias terminam a replicação em 20-40 min
• Eucariontes – 1,4h em leveduras a 24h em células animais
• Os eucariontes têm muitas origens de replicação
• Ex: leveduras – 400 origens em 16 cromossomos
Término da replicação
• A síntese do filamento contínuo ocorre até a ponta
• E quanto ao descontínuo?
• Quando o último primer é removido resta uma ponta unifilamentar
• Praticamente todos os eucariontes têm
• TTGGGG
• Humanos
• De 10 a 15kb da sequência TTAGGG