Replicação do DNA e DNA-polimerase

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Concepção I Genética Lucas Silva 
 
▪ O DNA é replicado durante a fase S da interfase e 
a enzima central envolvida é a DNA-polimerase, 
que catalisa a junção de desoxirribonucleosídeos 
5’-trifosfatados (dNTPs) para formar a cadeia 
crescente de DNA. 
▪ O DNA é separado das histonas, são duplicados 
tanto as moléculas de DNA quanto as proteínas 
histonas e esse processo de replicação dura em 
média 8 horas. 
▪ A sobrevivência de uma espécie requer 
estabilidade genética, principalmente durante o 
processo de replicação. 
▪ Acidentes aleatórios e erros podem acontecer, 
alterando a sequência de nucleotídeos – que se 
não forem corrigidos podem ocasionar mutações. 
 
Obs.: Nosso DNA sofre muitas mutações, porém 
muitas dessas mutações não atinem os genes (a 
maioria ocorre no DNA não codificante). 
 
Características da replicação: 
 A natureza 
semiconservativa do DNA ocorre devido ao fato 
de que cada nova molécula de DNA apresentar 
uma fita filha nova e uma fita parental velha. 
▪ As pontes de hidrogênio são quebradas e as bases 
são expostas para que a DNA polimerase consiga 
fazer duas fitas idênticas. 
▪ Cada uma das duas fitas de DNA é usada como 
molde para formação da fita de DNA 
complementar. Desta maneira a dupla hélice da 
molécula de DNA pode ser copiada precisamente. 
 
 
 Locais específicos na 
sequência do DNA, nos quais determinadas 
proteínas (helicase especificas) se ligam para 
iniciar a replicação. → Forquilha de Replicação. 
o Eucariontes: Múltiplas origens 
o Procariontes: Origem única 
▪ Para ser ativada, a origem de replicação é 
reconhecida por um complexo proteico chamado 
Complexo de reconhecimento de origem (ORC). 
Esse complexo liga-se às origens e sinaliza para 
que outras proteínas reguladoras (helicase) se 
liguem também. 
▪ Existe também as proteínas do Complexo pré-
replicativo (Pré-RC) que quando se liga a uma 
origem de replicação, o ORC é fosforilado e o 
processo de replicação se inicia. Após a replicação, 
o complexo Pré-RC se desliga da origem e impede 
a leitura dessa mesma origem. 
▪ A replicação dos eucariontes ocorre em múltiplos 
pontos para otimizar o tempo de replicação 
devido a grandeza do material genético. (levaria 1 
ano para replicar tudo se começasse em um único 
ponto). Ao contrario dos procariontes, que possui 
um material genético muito menor, logo 
apresenta apenas um ponto de origem. 
▪ A origem de replicação é sempre a mesma. E o 
DNA utiliza sequencias especificas de 
nucleotídeos para sinalizar as enzimas o ponto de 
origem da replicação. 
▪ A origem de replicação corresponde a uma 
sequência de 9/13 nucleotídeos de pares de 
Adenina e Timina, uma vez que é mais fácil abrir 
essas bases (2 ligações de hidrogênio), 
demandando menos energia. 
▪ A helicase abre a dupla hélice e origina a forquilha 
de replicação, que é o local da replicação. Cada 
uma das diversas forquilhas que são abertas nos 
pontos de origem se encontram e concluem a 
replicação, gerando novas moléculas de DNA. 
 
 
Concepção I Genética Lucas Silva 
 É a região do DNA 
na qual todas as proteínas envolvidas se reúnem 
para realizar a síntese das fitas-filhas. 
▪ Nessas forquilhas, a máquina de replicação se 
desloca sobre o DNA, causando a abertura das 
duas fitas da dupla-hélice e usando cada uma das 
fitas como molde para produzir uma fita nova. 
▪ Duas forquilhas de replicação são formadas a 
partir de cada origem de replicação. 
 
 A replicação do DNA ocorre para 
os dois lados da molécula, acelerando ainda mais 
o processo. A replicação é bidirecional a partir da 
origem de replicação. 
 
 
▪ Uma mesma fita de DNA é sintetizada de forma 
continua e descontinua (depende do sentido da 
replicação). 
o 5’ → 3’ Replicação contínua 
o 3’ → 5’ Replicação descontinua 
 DNA-polimerase, 
Primases, Topoisomerases, Ligases e Helicases 
▪ Bases: 
o Desoxicitidina – Trifosfato (dCTP) 
o Desoxiadenosina – Trifosfato (dATP) 
o Desoxiguanosina – Trifosfato (dGTP) 
o Desoxitimidina – Trifosfato (dTTP) 
▪ Co-fatores (íons) – Um dos mais importantes é o 
magnésio, que compõe a DNA-polimerase. 
 
DNA-polimerase e a replicação 
 Complexo enzimático constituído por 20 cadeias 
polipeptídicas que apresenta dois sítios catalíticos 
e, portanto, um mesmo complexo realiza a 
replicação das duas fitas ao mesmo tempo. (Isso 
explica a descontinuidade) 
o DNA-polimerase I, II, III... → Procariontes 
o DNA-polimerase α, δ, ε... → Eucariontes 
 
▪ Alta processividade, potência catalítica e 
fidelidade 
▪ Adiciona nucleotídeos trifosfato às extremidades 
3’OH livre – Atividade polimerase que catalisa o 
crescimento sempre no sentido 5’ para 3’. É 
devido a essa característica da DNA-polimerase 
que há formação de uma molécula descontinua. 
▪ Essa enzima catalisa a adição de nucleotídeos à 
extremidade 3’ de uma cadeia crescente de DNA 
pela formação da ligação fosfodiéster entre a 
extremidade 3’ e o grupo 5’-fosfato do 
nucleotídeo a ser incorporado. 
▪ Os nucleotídeos entram na reação inicialmente 
como trifosfatos de nucleosídeos que fornecem 
energia para a polimerização. 
 
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▪ Essa enzima é incapaz de fazer o DNA do zero 
(precisa ter extremidade 3’OH livre). Logo, é a 
Primase que resolve esse problema adicionando 
os primers (sequências de RNA com 7 
nucleotídeos) e assim fornece a extremidade 3’ 
pareada como ponto de início para que a DNA-
polimerase consiga iniciar a replicação. 
▪ Na fita contínua, apenas um primer de RNA é 
necessário para começar a replicação. No entanto, 
na fita descontinua novos iniciadores são 
continuamente necessários. 
▪ Uma DNA-polimerase de reparo substitui o RNA 
(não tem uracila) por DNA usando as 
extremidades dos fragmentos de Okazaki como 
iniciadores e a Enzima DNA-Ligase une a 
extremidade 5’-fosfato à extremidade 3’-OH do 
próximo fragmento. 
 
▪ A DNA-polimerase apresenta atividade 
exonulease 3’ para 5’ que remove bases 
incorretas. Devido a velocidade podem ocorrer 
pareamentos indesejáveis e que precisam ser 
reparados. (1 erro a cada 10 mil nucleotídeos – 
esses erros ocorrem devido a tautomeria das 
bases nitrogenadas). 
▪ A correção de erros ocorre ao mesmo tempo que 
a síntese de DNA. A polimerase, antes de adicionar 
o próximo nucleotídeo, verifica se o nucleotídeo 
inserido antes está pareado de forma correta. Se 
não estiver, a polimerase remove o nucleotídeo 
mal pareado e faz a correção. 
 
 
▪ Somente uma das fitas de DNA é sintetizada de 
maneira continua, na direção da replicação da 
forquilha. A outra fita é formada de pedaços 
curtos e descontínuos de DNA que são 
sintetizados no sentido inverso. A DNA-
polimerase gira a fita de DNA que está no sentido 
5’-3’ para inverter a sua polaridade (3’ – 5’) e ela 
conseguir adicionar as bases nucleotídeos no 
sentido correto. 
▪ Esses pedaços de DNA recém-sintetizados são 
chamados de Fragmentos de Okazaki e são unidos 
pela ação da DNA ligase, formando uma fita 
intacta. 
 
Concepção I Genética Lucas Silva 
 
 
Complexo de proteínas 
 Abrem a dupla fita de DNA para que 
ocorre a replicação. 
 Desenrola a dupla hélice. Ela gira o 
DNA no sentido contrario (esquerda) para diminuir a 
tensão sobre o DNA ainda em dupla hélice para evitar 
a quebra. 
 Liga os fragmentos de Okazaki 
(fragmentos descontínuos) 
 Síntese do RNA primer. Não tem uracila, 
é apenas porque o primer é uma fita simples que se 
liga ao DNA. Todos os primers são retirados depois. 
 
▪ A dupla-hélice deve estar aberta à frente da 
forquilha de replicação e as proteínas 
responsáveis por essa abertura são a DNA-
helicase, que utiliza energia do ATP para separar a 
dupla-hélice e Proteína ligadora de fita simples 
(Proteína SSB), que se liga na fita de DNA exposta 
pela helicase, evitando o repareamento das bases. 
 
 
 
▪ Ainda temos a proteína grampo deslizante, que 
atua mantendo a DNA-polimerase firmemente 
ligada ao DNA-molde enquanto sintetiza novas 
fitas de DNA. O grampo deslizanteé removido e 
recolocado cada vez que um novo fragmento de 
Okazaki é produzido. 
▪ Já a enzima DNA-topoisomerase atua aliviando a 
tensão da supertorção na parte do DNA que ainda 
não foi replicada. 
 
 
Replicação dos telômeros: 
▪ Os telômeros apresentam sequencias que não 
apresentam genes e servem de proteção para os 
genes que estão dispostos mais internamente nos 
cromossomos. 
▪ A retirada do último primer nas pontas dos 
cromossomos deixa a ponta da fita descontinua 
com a extremidade 5’ e, portanto, a DNA-
polimerase não consegue polimerizar essa ponta, 
pois ela só adiciona nucleotídeos na ponta 3’. 
▪ A enzima telomerase (transcriptase reversa) 
acrescenta uma fita de RNA simples, tanto na 
parte que está maior da molécula mãe quanto da 
molécula filha e isso adiciona uma extremidade 3’ 
para que a DNA-polimerase possa finalizar a 
replicação da parte final que importa do DNA. 
▪ Esse processo cria uma nova extremidade com 
ponta 5’, porém agora de uma sequência “não-
funcional” do DNA (telômero) e assim, uma 
enzima pode quebrar a fita de DNA que ficou 
sozinha. 
 
 
 
 
Concepção I Genética Lucas Silva 
▪ A TELOMERASE NÃO ESTÁ PRESENTE EM 
CÉLULAS SOMANTICAS, ela é ativa nas células 
germinativas (o gene da telomerase fica inativo 
nessas células), e, portanto, a cada replicação o 
DNA das células somáticas diminuiu e esse 
encurtamento dos telômeros começa, com o 
tempo, a atingir genes importantes. Isso causa 
senescência das células e, consequente, dos 
tecidos e dos indivíduos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Síndrome de Werner – Envelhecimento 
precoce 
▪ Causada por mutação no gene WRN (cromossomo 
8) e que está relacionado à ausência de helicase. 
O que impede que o DNA seja aberto e replicado. 
Isso ocasiona a apoptose das células e não há 
renovação dos tecidos e, consequentemente, 
ocorrerá o envelhecimento precoce. 
▪ Características: Baixa estatura, pele seca e 
enrugada. Calvície prematura, cabelos brancos, 
olhos proeminentes e crânio de maior tamanho. 
 
Síndrome de Hutchinson–Gilford 
(progéria) 
▪ Caracterizada por um envelhecimento altamente 
acelerado devido a uma mutação no Gene LMNA 
(1q22) – lócus 22, do cromossomo 1. Com isso, 
ocorre mutação nas lâminas nucleares dos 
cromossomos, que servem para dar suporte 
durante a abertura dos núcleos. Dessa forma, as 
células não se dividem e não haverá regeneração 
tecidual.