Resumo Replicação

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Resumo de bioquímica: Replicação do DNA 
 
● A replicação se trata da duplicação do material genético, ou seja, do DNA, que pode 
ser transcrito em RNA e este por sua vez, possui a mensagem necessária para a 
tradução da informação genética que pode sintetizar proteínas. 
● O dogma central foi expandido, isto porque, existem vírus com enzimas chamadas 
transcriptases reversa que conseguem sintetizar DNA a partir de RNA e por isso, se 
tem a formação de um DNA complementar a partir da duplicação do RNA, portanto, 
os vírus são capazes de replicar seu RNA. 
● Os organismos conseguem duplicar o material genético, ou seja, copiar as 
informações presentes nos genes por meio da replicação do DNA, isto porque, as 
fitas de DNA são complementares entre si e portanto, cada fita serve de molde para 
uma nova fita com sequência previsível com base no molde e complementar, por 
conta das associações entre as bases nitrogenadas. Os mecanismos enzimáticos 
são idênticos em todas as espécies, embora existam diferenças entre procariotos e 
eucariotos. 
● A replicação é um evento semi-conservativo, isto porque, cada fita serve de molde 
para a síntese de uma nova fita. Neste caso, quando se duplica, duas fitas são 
separadas para dar origem a novas fitas complementares às que se separaram. 
Desta forma, metade da fita parental é conservada, sendo o restante a fita 
sintetizada. 
 
● Regras fundamentais da replicação: 
- Tem início na origem (local específico das bactérias em que se tem o ponto de 
origem do processo de replicação) e geralmente ocorre bidirecionalmente em 
bactérias, então a forquilha de replicação caminha para ambos os lados circular do 
material genético da bactéria (cromossomo circular).Na figura abaixo, temos o 
organismo procarioto à esquerda e o eucarioto à direita. 
 
 
- A síntese de DNA sempre procede na direção 5’ para 3’ e é 
semidescontínua, neste caso, é necessário entender que uma das fitas 
estará na direção 3’ para 5’, visando a complementaridade, a outra fita que 
se combina a citada, é 5’ para 3’, gerando assuma a associação de duas 
fitas. Desta forma, é sempre no sentido 5’ para 3’, porque é desta maneira 
que a hidroxila realiza o ataque para formar uma espécie de fita 
complementar, se tratando de uma fita nova de característica contínua, 
também chamada de fita líder. 
 
 
 
- Na figura acima, a fita da parte de baixo tem um problema na questão da direção de 
síntese da nova fita, por isso é necessário sintetizar fragmentos de DNA que serão 
ligados posteriormente. Os fragmentos são chamados fragmentos de Okazaki, e por 
possuir síntese de porções, caracteriza-se a síntese como descontínua e se tem a 
formação de uma fita retardada, é devido esse processo que afirmamos que a 
síntese de DNA é semidescontínua. 
● DNA-polimerases: 
- DNA polimerase de E. coli que foi a primeira polimerase descoberta (1995) e hoje se 
sabe que existem pelo menos 4 outras DNA-polimerases. 
- Requisitos das polimerases: elas necessitam de um molde por não serem capaz de 
sintetizar uma fita de DNA “do zero” e de um iniciador, ou seja, elas só começam a 
atuar se já existir um segmento de nucleotídeo conectado com a fita molde, o 
iniciador é uma sequência de RNA que pareia com a fita molde, podendo ser 
chamado o iniciador de primer por exemplo, que dá segmento ao processo inicial de 
replicação. 
- Todas as polimerases possuem atividade de revisão, ou seja, de checagem do que 
ela introduziu, se o nucleotídeo certo está no lugar adequado, isto para evitar 
possíveis erros na síntese do material genético. 
● Alongamento da nova fita de DNA: 
 
 
- O desoxirribonucleosídeo-5’-trifosfato chega e a hidroxila do carbono 3’ do açúcar ao 
lado realiza o ataque no grupamento fosfato e libera os outros dois grupos fosfato 
(na forma de pirofosfato), gerando a junção do nucleotídeo ( base nitrogenada + 
pentose + grupo fosfato), adicionando o nucleotídeo à fita a ser sintetizada, 
lembrando sempre que a adição depende da conformidade das bases nitrogenadas 
devido à complementaridade. O carbono 3’ sempre deve estar livre para realizar o 
ataque. 
- Estrutura das polimerases: 
 
 
● Outras funções da DNA polimerase 1 
- Possui um sítio ativo responsável pela polimerização, mas além deste, ela também 
tem o sítio de edição 3’>>5’, para fazer o retorno avaliativo para observar se as 
bases nitrogenadas estão de acordo com o ideal, para evitar formas tautoméricas, 
que é quando se tem as bases nitrogenadas com deslocamentos de elétrons que faz 
com que elas assumam estruturas semelhantes à outras bases nitrogenadas, 
pareando com base nitrogenada errada mediante a complementaridade de bases, 
então ela confunde a enzima e a base nitrogenada errada se liga, fazendo parte da 
cadeia e gerando uma forma tautomérica. Contudo, como a forma tautomérica não é 
a mais estável, quando ela se liga na fita, a base nitrogenada volta à sua forma 
normal, evidenciando o erro por não conseguir estabelecer o pareamento. Neste 
momento, a DNA-polimerase percebe o não-pareamento e retorna ao local de 
“adição” e coloca o sítio de edição sobre a base nitrogenada adicionada 
equivocadamente e a remove para que o processo consiga seguir seu fluxo comum, 
isto porque o não-pareamento bloqueia o processo de alongamento da fita a ser 
sintetizada.Por isso, a DNA-polimerase pode ser caracterizada como enzima de 
atividade exonucleásica 3’-5’. 
 
 
 
- Vale salientar que a DNA-polimerase como a 3, se tem uma velocidade de 
introdução de nucleotídeo de cerca de 1000 unidades por segundo. 
 
● A DNA-polimerase e a identificação do pareamento errado: 
 
- Porque no seu sítio ativo deve existir um encaixe perfeito no pareamento das partes, 
por exemplo, o pareamento da citosina com a guanina, que se complementam e por 
isso, conseguem estabelecer seu pareamento e efetivado. Como não existe o 
encaixe perfeito das bases dentro do sítio ativo, a enzima perceber porque alguma 
parte do nucleotídeo permanece para fora da fita, permitindo a sua percepção. 
● Diferentes atividades da DNA-polimerase: 
- É importante não confundir suas atividades de edição no que se relaciona o=ao 
não-pareamento de bases nitrogenadas e o sentido de síntese de novas fitas em 
relação ao esquema 5’>>3’, que corresponde à atividade exonucleásica. Neste caso, 
a DNA-polimerase pode substituir um segmento de DNA ou RNA (tradução de corte) 
e assim, repara o DNA e realiza a retirada do iniciador de RNA (primer), se neste 
caso, se tem como iniciador o RNA, ao final do processo de replicação é necessário 
retirá-lo para que ele não prejudique funções. Como a DNA-polimerase faz isto por 
meio de cortes em determinadas regiões da fita, sua atividade exonucleásica 
também pode ser empregada para realizar reparos em regiões possivelmente 
danificadas. 
● DNA-polimerase III: 
- Principal polimerase de E. coli, que possui 10 subunidades, sendo mais complexa e 
de volume superior, com uma atividade de polimerização muito superior, isto 
significa dizer que a DNA-polimerase III possui capacidade de adicionar maior 
quantidade de unidades nucleotídicas na síntese de fitas. De forma análoga, a 
DNA-polimerase III também possui atividade de edição com maior rapidez nos 
processos tanto de replicação como a atividade de edição e polimerização. 
 
 
 
● Enzimas envolvidas na replicação 
- Complexo inteiro: sistema da DNA-replicase ou replissomo (mais de 20 enzimas ou 
proteínas) e além de polimerases existem as helicases (função de separar a dupla 
fita de DNA, ou seja, enzima que realiza a separação da dupla fita para que elas 
separadas sirva de molde para síntese de DNA), topoisomerases (tem a função de 
aliviar a tensão criada pela supertorção do DNA, no caso, quando se faz a 
separaçãoda dupla fita, é como que a fita ficasse totalmente esticada e assim, 
colocasse sobre a fita uma tensão que pode prejudicar a ação da polimerase, 
impossibilitando a introdução. Então a topoisomerase faz pequenos cortes a cerca 
de 10 nucleotídeos à frente da helicase, para que a tensão seja aliviadas, 
posteriormente, a própria topoisomerase reúne os filamentos de DNA) , proteínas 
de ligação ao DNA de fitas simples (realizam a estabilização das fitas separadas de 
DNA, ou seja, quando a helicase separa as fitas que antes estavam unidas não 
consegue mantê-las estáveis e assim, separadas para que a síntese aconteça) , 
primases (função de síntese dos iniciadores ou primers definidos como as 
sequências de RNA que são os pré-requisitos para que haja a síntese de uma nova 
fita de DNA, por não permitir o acréscimo de novos nucleotídeos na fita) e DNA 
ligases (enzima que possui a função de ligação da fita de DNA após a remoção do 
iniciador, para que na fita sintetizada não exista restos de RNA-primer e está ligada 
aos filamentos de Okazaki). 
● Etapas da replicação: 
● Iniciação 
- A iniciação utiliza várias proteínas para auxiliar no processo de iniciação e 
principalmente as que estão relacionadas a permissão para que tudo comece. 
- A origem de replicação da E. coli, de maneira geral, a origem tem vários sítios de 
replicação podendo ser chamados de sítios R ou sítios I, que podem ser 
caracterizados como os sítios de ligação para a DnaA (proteína responsável por 
fazer a iniciação). 
- DUE: elemento de desenrolamento ou desenovelamento de DNA 
- Sítios IHF e FIS: sítios de ligação para IHF que corresponde ao fator de integração 
ao hospedeiro e FIS que se relaciona ao fator para estimulação de inversão em 
eventos de recombinação e iniciação. 
- O processo de iniciação ocorre quando a DNAa se liga aos sítios R e I, uma tensão 
é gerada na região DUE, provocando a separação da dupla hélice em DUE, ou seja, 
formando duas fitas separadas devido à desnaturação provocada pela DUE, desta 
forma, tem-se a iniciação. Após isso, se tem a ligação de DnaC (proteína carreadora 
da DnaB), sendo esta a provedora da ligação da DnaB (helicase, que se liga e 
assume o papel de separar na forquilha de replicação, as fitas de DNA. 
- Após isso, as polimerases não incorporadas ao sistema, ou seja, ao DNA, para 
introduzir as bases nitrogenadas e geram o alongamento, também são incorporadas 
proteínas de ligação de DNA de fita simples (proteínas que estabilizam as fitas 
separadas e evitam a formação de grampos) e de forma análoga, tem-se a entrada 
de topoisomerases que tem como função o alívio da tensão causada pelo 
superenrolamento e as primases que como intuito de sintetizar o iniciador, 
necessária para que a DNA-polimerase III funcione. 
- Também participam algumas proteínas que causam a hidrólise de ATP das DNAa, 
esta relaciona a DNAa com a fita resultado da separação, quando a separação 
acontece, a DNAa para de interagir de maneira a separar novamente. 
● Alongamento 
- Síntese da fita líder: Síntese do iniciador (segmento de RNA) pela primase (DnaG) e 
em seguida se tem o acréscimo dos desoxirribonucleotídeos ao iniciador pela 
DNA-polimerase III ligada à helicase. 
 
- Síntese dos filamentos de Okazaki: Para a que os filamentos de Okazaki sejam 
gerados, a polimerase atua na presença do iniciador para manter a direção 5’ para 
3’, além do iniciador, é necessária a presença de proteínas de ligação de fita de 
simples que estabilizam a fita que foi separada, desta forma, a síntese da fita 
retardada ou tardia tem o sentido contrário ao deslocamento da helicase e portanto, 
na direção oposta a abertura da forquilha. Então a primase sintetiza o iniciador para 
cada novo fragmento de Okazaki, a medida que a polimerase percorre na direção 
5’-3’, ela sintetiza parte ou fragmento da fita tardia até que esta encontra o iniciador 
utilizado na síntese de uma outra porção, quando ela encontra o iniciador, a 
DNA-polimerase III é retirada e a síntese daquele fragmento para, simultaneamente, 
outra porção do fragmento já está sendo sintetizado no sentido da fita que acabou 
de perder a polimerase III, então outro iniciador começa a ser sintetizado na região 
anterior. A fita líder possui uma velocidade de síntese semelhante a fita retardada, 
isto porque se tem a presença de um laço que conecta ambas as sínteses de 
maneira que os dois aparatos enzimáticos e a forquilha de replicação estão 
intimamente conectados. A velocidade da fita retardada consegue se igualar a 
velocidade da fita líder porque no caso da fita tardia, as vezes é possível observar a 
presença de dois complexos enzimáticos responsáveis pela síntese dos filamentos 
de Okazaki. 
 
 
 
 
 
 
 
 
- Estrutura do complexo enzimático dos fragmentos de Okazaki 
 
 
 
 
- A velocidade da síntese acima é extremamente alta, correspondendo a cerca de 
1000 a 2000 nucleotídeos, e mesmo sendo rápida assim,erros na síntese são 
mínimos, tendo em vista a capacidade da polimerase de edição e identificação dos 
erros. 
- A incorporação e remoção dos iniciadores é um ponto importante para efetivar a 
produção de filamentos de DNA, esta é intermediada pela DNA-polimerase I ou pela 
RNase H1, da seguinte forma: 
 
● Terminação: 
- A forquilha vai percorrendo e separando as fitas, enquanto isso acontece a 
incorporação dos novos nucleotídeos, até que a forquilha encontre algumas 
armadilhas, fazendo com que existem sequências conservadas, que fazem com que 
a forquilha não consiga continuar no seu trajeto, fazendo com que a abertura das 
fitas seja parada e assim, tem-se a finalização da síntese das fitas retardadas e 
líder. 
● Diferenças entre a replicação dos eucariotos e procariotos: 
- Em eucariotos o processo é mais complexo 
- A velocidade na síntese de fitas nos eucariotos é bem menor, cerca de 100 
nucleotídeos por segundo, isto porque o DNA de eucariotos possui maior estrutura e 
assim, se encontra mais empacotado (histonas) 
- O fragmentos de Okazaki são menores justamente devido ao volume do DNA. 
- Diferentes tipos de DNA-polimerases 
- Múltiplas origens de replicação.