Genetica - Estrutura e Replicação do DNA

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RESUMO GENÉTICA 
Aula 1 – DNA: Estrutura e Replicação 
 
 Funções do material genético: 
 Genotípica (REPLICAÇÃO)  Estocar e transmitir a informação 
genética. 
 Fenotípica (EXPRESSÃO GÊNICA)  Controle do desenvolvimento do 
fenótipo. 
 Evolutiva (MUTAÇÃO)  Passível de mudanças para adaptação. 
 
 Estrutura do DNA  Ácido desoxirribonucleico. Uma molécula formada por 
duas fitas polinucleotídicas complementares em dupla-hélice, responsável 
por armazenar e transmitir as informações genéticas. Os nucleotídeos ligam-
se pelo Fosfato e pela Desoxirribose para formar uma cadeia ou fita. 
 
 Ligações químicas do DNA: 
 
 Ligação Fosfodiéster  Ligação covalente entre o Fosfato e a Pentose; 
 Ligação Glicosídica  Ligação covalente entre a Pentose e a Base 
Nitrogenada; 
 Pontes de Hidrogênio  Ligação fraca oiuinteração entre as Bases 
Nitrogenadas. 
 A destruição das ligações Fosfodiéster e Glicosídica é chamada de 
Degradação e a destruição das Pontes de Hidrogênio de Desnaturação. 
 
 3 níveis de compactação do DNA: 
 Colar de contas; 
 Solenóide; 
 Arcabouço de proteínas. 
 
 
 
 DNA Polimerase  Enzima que cataliza a síntese de uma nova fita de DNA 
usando os desoxinucleotídeos como substrato e a uma das fitas como molde. 
 DNA pol I  reparo de DNA, remoção dos fragmentos de RNA na fita 
recém-sintetizada; 
 DNA pol II  reparo de DNA; 
 DNA pol III  síntese de cadeias de DNA. 
 
 
 DNA primer (iniciador)  sequência de RNA já ligada à fita molde. 
 
 
 
 Molde de DNA  molde para orientar a síntese. 
 
 
 
 
Replicação do DNA  É o processo através do qual o DNA é duplicado 
antes que a célula sofra o processo de divisão. Ocorre de forma semiconservativa, é 
iniciada em origens únicas e geralmente ocorre de forma bidirecional, a partir de 
cada origem de replicação. A fidelidade da replicação é muito grande, com uma 
média de apenas um erro por bilhão de nucleotídeos incorporados após a síntese e 
correção de erros durante e imediatamente após a replicação. A replicação do DNA é 
um processo semiconservativo, pois cada uma das suas moléculas recém-formadas 
conserva uma das cadeias da molécula que a originou e forma uma cadeia nova, 
complementar ao seu molde. 
 
 
 Processo da replicação  O DNA começa a ser sintetizado pela extensão de 
extremidade 3’ do iniciador. Essa é uma característica universal do DNA e 
do RNA. A fita molde irá orientar qual dos quatro nucleosídeos trifosfatados 
será adicionado. As duas fitas possuem uma orientação antiparalela, o que 
significa que a fita molde para a síntese de DNA tem orientação oposta à fita 
de DNA que está sendo sintetizada. 
A síntese do DNA é catalisada pela enzima DNA-polimerase. Ela utiliza um 
único sítio ativo para catalisar a síntese do DNA. O pareamento correto das 
bases é necessário para que a DNA-polimerase catalise a adição do 
nucleotídeo. Ambas as fitas do DNA são sintetizadas juntas na forquilha de 
replicação, com orientação antiparalela. 
Durante o processo de replicação, as pontes de hidrogênio são catalizadas e 
os nucleosídeos livres unem-se a elas, respeitando sempre a regra do 
emparelhamento: Adenina-Timina, Citosina-Guanina. À medida que se 
encaixam nas cadeias do DNA, vão formando duas novas cadeias, 
obedecendo a regra da replicação semi-conservativa. 
 
 Erros de replicação  Em sua maioria, os erros são rapidamente removidos e 
corrigidos por uma série de enzimas do sistema de reparo do DNA que 
primeiro reconhecem que filamento na dupla hélice recém-sintetizada 
contém a base incorreta e então a substitui pela base complementar correta. 
A replicação do DNA precisa ser um processo extremamente preciso, pois a 
carga de mutação sobre um organismo é intolerável, embora ocorra a uma 
taxa de menos de uma mutação de par de bases por divisão celular. 
 
 
 
 Compactação do DNA  Cromatina é o conteúdo interno do núcleo da célula 
que não está em divisão, sendo possível a sua observação à microscopia 
óptica. Numa célula eucariótica, quase todo o DNA está compactado na 
cromatina. O DNA é "empacotado" na cromatina para diminuir o tamanho da 
molécula (de DNA), e para permitir maior controle por parte da célula de tais 
genes. Grande parte da cromatina é localizada na periferia do núcleo, 
possivelmente pelo fato de uma das principais proteínas associadas com a 
heterocromatina ligar-se a uma proteína da membrana nuclear interna. A 
cromatina é formada a partir da molécula de DNA de dupla hélice 
complexada com proteínas básicas - as histonas - e proteínas ácidas não-
histônicas. 
 4 níveis de compactação da cromatina: 
1) Estrutura primária  Associação da dupla hélice do DNA com um grupo 
específico de histonas. Duas cópias de cada uma das quatro histonas (H2A, 
H2B, H3, H4) constituem um octâmero, em torno do qual um segmento de 
dupla hélice de DNA se enrola, como uma linha em torno de um carretel. O 
octâmero circundado por duas voltas de DNA constitui um nucleossomo. 
Cerca de 140 bases de DNA estão associadas a cada centro de histonas. Após 
um segmento de DNA curto (20 a 60 bases), forma-se o centro seguinte de 
complexo de DNA, e assim por diante, conferindo à cromatina a aparência de 
contas num cordão. Este primeiro nível de compactação reduz o tamanho da 
molécula de DNA em 6 a 7 vezes. 
 2) Solenóides  A histona H1 tem papel na organização da cromatina 
ocupando lugar na região entre os nucleossomos, forçando o material a outro 
tipo de compactação, em estruturas secundárias helicóides, denominadas 
solenóides. O solenóide corresponde à compactação de 6 a 7 nucleossomos. 
Essa nova fibra é a unidade fundamental da organização da cromatina. O 
solenóide é capaz de condensar aproximadamente 1200 bases de DNA. 
3) Alças  Com a formação do solenóide, tem lugar a ação de proteínas não-
histônicas, que formam estruturas em alças ou domínios. As alças podem ser 
o início de espessamentos parecidos com nós, denominados cromômeros. À 
medida que os cromossomos se condensam mais, os cromômeros adjacentes 
fundem-se em estruturas maiores, que depois se tornam às bandas 
cromossômicas. 
4) Cromossomos  Encontramos essas formas na metáfase, quando há a 
maior condensação da cromatina. É o enrolamento final, do qual participa a 
topoisomerase II. 
 
 Como a informação contida no DNA é capaz de codificar proteínas?  Ao ler 
pequenos segmentos da molécula e fazer a transcrição do DNA em RNA, 
depois o RNA é traduzido em sequência de aminoácidos. 
 
 
 
 
Helicase  A helicase ou DNA helicase é uma enzima que promove a abertura 
da hélice de DNA, separando-o em duas fitas simples para que possa 
sofrer replicação. A helicase quebra as ligações de hidrogênio entre as bases 
azotadas (purinas ou pirimidinas) de ambas as cadeias de DNA, fazendo com 
que estas se separem. Esta enzima move-se ao longo da cadeia dupla de DNA 
utilizando energia da hidrólise de ATP para separar as duas cadeias da 
molécula. 
 
Topoisomerase  A topoisomerase é uma enzima que desempenha 
importante papel nos processos de replicação e empacotamento de DNA. 
Seria uma nuclease reversível. Ela catalisa uma quebra nas moléculas de DNA, 
mas usa ligações covalentes para segurar as moléculas de DNA que foram 
quebradas.