REPLICAÇÃO DO DNA

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REPLICAÇÃO DO DNA 
- crescimento/reparo tecidual 
- células-filhas com as mesmas características 
(morfológicas e funcionais) da célula-mãe 
- antes de cada divisão celular: fases - G1, S, G2 e M 
(divisão) 
-> fase S: replicação do DNA 
- a capacidade das células manterem a fidelidade da 
informação, depende da replicação extremamente precisa 
-> MAQUINARIA DE REPLICAÇÃO 
→ elevada taxa: um dos processos mais rápidos que 
ocorrem na célula (aproximadamente 3 mil nucleotídeos 
por segundo - célula bacteriana) 
→ falhas raras: resulta em mutações (1 a cada 109 
nucleotídeos) 
 se a base trocada for numa área de produção de 
proteína, por exemplo, a falha pode ser muito 
comprometedora 
 
CARACTERÍSTICAS GERAIS DA REPLICAÇÃO 
- precisão 
- DNA molde para formação de 2 novas fitas por meiodo 
pareamento das bases nitrogenadas (A/T - C/G) 
- abertura da fita molde -> reconhecimento de um 
nucleotídeo complementar livre -> polimerização 
catalisada por enzimas (DNA polimerase) 
 
REPLICAÇÃO SEMICONSERVATIVA (Watson e Crick) 
SEMICONSERVATIVA - cada uma das moléculas originadas 
contém uma cadeia completa da molécula original e uma 
cadeia nova 
obs. CONSERVATIVA - preserva a molécula original e gera 
uma molécula inteiramente nova 
obs. DISPERSIVA - produz duas moléculas com DNA original 
e novo, intercalados ao longo das cadeias 
 
REPLICAÇÃO “IN VIVO” 
PROCARIOTOS - DNA circular, 1 único ponto de origem 
- E. coli - 1 divisão a cada 40 minutos 
 
EUCARIOTOS - replicação coordenada para mais de um 
cromossomo ao mesmo tempo; múltiplos pontos de 
origem (humanos: aproximadamente 10 mil pontos de 
replicação) 
- levedura - 1 divisão a cada 120 minutos 
- célula vegetal - 1 divisão a cada 29 horas 
- célula animal - 1 divisão a cada 24h (pode durar de 100 a 
200 horas em algumas células; outras células nem se 
dividem) 
 
MECANISMO DE REPLICAÇÃO 
PONTO DE INÍCIO DA REPLICAÇÃO 
- tem início em um sítio específico do cromossomo 
denominado ORIGEM DE REPLICAÇÃO (em E. coli é 
denominado oriC - tem 245 pares de bases - nucleotídeos - 
de tamanho, um conjunto de sequências quase idênticas 
de 13 pares de base em tandem - lado a lado - e um 
conjunto de sítios de ligação para uma proteína - DnaA - 
que promove a deselicoidização do dúplex) 
- bases nitrogenadas sinalizam para o maquinário de 
proteínas identificar a origem 
- forma-se a BOLHA DE REPLICAÇÃO que se expande 
bidirecionalmente em forma de “Y” formando GARFOS ou 
FORQUILHAS DE REPLICAÇÃO que se movem em ambas as 
direções até encontrar o ponto de término 
- origem de replicação: 
→ sequências ricas em A=T 
→ localizadas em sequências específicas do DNA, sempre 
no mesmo ponto do cromossomo 
 
ORIGEM DA REPLICAÇÃO - EUCARIOTOS 
- S-Cdk inicia a replicação do DNA e auxilia a prevenir a 
“rerreplicação” 
S-CDKS (enzima/proteína - S -> fase S; CDK -> quinase 
dependente de ciclina) 
obs. CDKs - controle dos check-points: autorizam ou não a 
célula para avançar no ciclo celular (passar de fase para 
fase), vê se a célula está apta 
 atua em G1 para enviar a célula para fase S 
 além da extrema precisão que deve ser o processo 
de replicação, é necessário que o controle do Ciclo 
Celular verifique: 
a. replicação do DNA inicia no 
momento correto 
b. apenas uma vez por ciclo 
 Cdc6: proteínas regulatórias que promovem a 
ligação de proteínas adicionais para formar o 
complexo pré-replicativo 
→ é uma enzima 
obs. complexo pré-replicativo: ORC + Cdc6 
 formado em G1, mas a célula ainda não 
está pronta pra duplicar o DNA (só 
acontece em S), então: 
 S-Cdks aciona a fase S e fosforila a Cdc6 (que é 
degradada) para evitar outro reconhecimento de 
ORC (complexo de reconhecimento de origem) 
 → quando a Cdc6 é degradada, o ORC fica 
ativo para a replicação poder ocorrer 
 
SÍNTESE DA NOVA FITA DE DNA 
- incorporação de um nucleotídeo na extremidade 3’ OH 
livre pela enzima 
DNA POLIMERASE 
 catalisa a formação de ligações fosfodiéster 
(mesma cadeia) entre os nucleotídeos ligando a 
região 3’ OH de um com a região 5’ P do outro 
 → SÓ SINTETIZA NO SENTIDO 5’ -> 3’ 
- 
- a síntese do DNA é semidescontínua 
→ se a DNA polimerase só sintetiza no sentido 5’ -> 3’, 
devido a natureza da polaridade invertida do DNA, a 
síntese de uma das fitas é contínua (líder) enquanto a da 
outra fita é descontínua (retardada) 
 
FITA LÍDER: sintetizada continuamente no sentido 5’ -> 3’ 
em direção ao movimento do garfo de replicação 
obs. para isso, a fita molde precisa ser ter início com 3’ e 
fim com 5’ 
 
FITA LENTA: sintetizada no sentido 5’ -> 3’ em direção 
OPOSTA ao movimento do garfo de replicação 
obs. fita molde: 5’ -> 3’ 
- os pequenos fragmentos só podem ser sintetizados após 
movimento do garfo sobre uma extensão razoável da 
hélice, implicando sempre um atraso em relação à fita líder 
- em 1968, Reiji Okazaki explicou a incompatibilidade 
aparente entre a replicação simultânea das duas fitas 
antiparalelas e o fato da DNA polimerase só adicionar 
nucleotídeos no sentido 5’ -> 3’ 
- a existência de fragmentos descontínuos de DNA com 
1000 bp a 2000 bp foram denominados FRAGMENTOS DE 
OKASAKI 
- são unidos posteriormente por uma enzima específica 
formando a longa cadeia do DNA 
 
RESUMO 
- a replicação é semiconservativa 
- o início da replicação ocorre no sítio de origem de 
replicação (não é aleatório) 
- quantidade de origens de replicação: procariotos (1); 
eucariotos (milhares) 
- a replicação ocorre bidirecionalmente na molécula de 
DNA 
- a replicação só ocorre no sentido 5’ -> 3’ (DNA polimerase 
só consegue polimerizar nesse sentido) 
- a replicação não ocorre da mesma forma nas duas fitas da 
molécula de DNA 
→ fita líder: replicação contínua em direção ao garfo de 
replicação 
→ fita lenta: replicação descontínua em direção oposta ao 
garfo de replicação 
 
PRINCIPAIS ENZIMAS ENVOLVIDAS NA REPLICAÇÃO DO 
DNA 
- a complexidade do processo de replicação do DNA requer 
inúmeras proteínas com funções específicas 
1. helicases 
2. proteínas SSB 
3. primase 
4. DNA polimerase 
5. DNA ligase 
6. topoisomerases 
7. telomerases (em eucariotos) 
 
HELICASES 
- auxiliam na abertura da dupla hélice do DNA separando 
as fitas em até 1000 pares de nucleotídeos por segund 
- promovem o rompimento das pontes de hidrogênio 
deselicoidizando o DNA na presença de ATP (pois 
necessitam de energia para fazer isso) 
- duas enzimas podem trabalhar em conjunto: uma na fita 
líder, outra na fita lenta 
→ ex. DnaB em E. coli 
→ depende da espécie do organismo 
 
PROTEÍNA SSB (Single-Strand Binding - ligação na fita 
simples) 
- proteínas de ligação à fita simples do DNA, proteínas de 
ligação unifilamentar ou proteínas desestabilizadoras de 
hélices 
- ligam-se fortemente de forma cooperativa às fitas 
simples do DNA (sem encobrir as bases), estabilizando a 
conformação distorcida e prevenindo a formação do 
dúplex 
→ para as bases de uma única fita não fazerem a 
complementariedade entre si 
 
 
 
PRIMASE 
- a DNA polimerase pode ampliar a cadeia mas não pode 
começar a cadeia 
- a síntese deve ser iniciada a partir de um curto 
oligonucleotídeo que gera um segmento dúplex 
- capaz de sintetizar pequenos fragmentos de RNA 
complementares a uma região específica do DNA 
→ RNA iniciadores ou primers 
- sintetiza o primer deixando uma extremidade 3’-OH livre 
disponível para a DNA polimerase alongar a cadeia 
- conforme ocorre a formação da fita filha, esses primers 
vão sendo retirados (até pq eles podem conter uracila, que 
não faz parte do DNA) 
FITA LÍDER: apenas um primer é preciso no início da 
replicação 
FITA LENTA: cada vez que a DNA polimerase completa um 
fragmento de Okasaki um novo primer é adicionado 
obs. eucariotos: primers com aproximadamente 10 nt. 
(nucleotídeos) 
→ na fita descontínua são produzidos em intervalos de 100 
a 200 nt. 
obs. E. coli: primers com aproximadamente 50 a 60 nt 
 
 
 
em E. coli a primase está ligada a helicase e outras 
proteínasformando um complexo com o DNA molde 
denominado primossomo 
 
DNA POLIMERASE 
- descoberta em 1957 por Arthur Kornberg 
- principal função: polimerizar nucleotídeos 
- é uma enzima que catalisa a reação de replicação do DNA 
- sintetiza a nova cadeia na direção 5’ -> 3’ (move-se no 
DNA molde no sentido 3’ -> 5’) 
- catalisa a formação de ligações fosfodiéster entre os 
nucleotídeos ligando a região 3’ OH de um com a região 5’ 
P do outro 
 
 
1. PROCARIOTOS: E. coli 
 DNA polimerase I (três atividades) 
→ polimerase: catalisa o crescimento da cadeia no 
sentido 5’ -> 3’ 
→ exonuclease 5’ -> 3’: apara o DNA, promove a 
excisão dos primers e polimerização 
→ exonuclease 3’ -> 5’: remove bases pareadas 
erradas 
 DNA polimerase II (reparo do DNA) 
 DNA polimerase III (principal enzima de 
polimerização 
→ forma holoenzima (Pol I e mais 20 subunidades) 
 DNA polimerase IV e V (descobertas recentemente 
- reparo do DNA) 
 
obs. alguns autores chamam o maquinário de replicação de 
replissomo 
 
 
2. EUCARIOTOS 
 identificadas pelo menos 15 DNA polimerases 
diferentes 
 denominadas: ,,,,,,,,,,,,, e Rev1 
 polimerases e : funções similares a 
Polimerase I da E. coli 
 polimerase : responsável pela replicação 
do DNA em mitocôndrias 
 polimerases ,,,,,,,,,, e Rev1 : reparo do DNA 
ou têm outras funções metabólicas 
 algumas DNA polimerases não têm a atividade de 
exonuclease 3’ -> 5’ 
obs. é possível comprar DNA polimerase de bactérias 
(principalmente da Thermus aquaticus) para fazer esse 
processo in vitro 
 
DNA LIGASE 
- atua unindo os fragmentos de Okasaki 
- liga os nucleotídeos catalisando a formação da ligação 
fosfodiéster entre a extremidade 5’-P de um nucleotídeo e 
a extremidade 3’-OH do nucleotídeo adjacente 
- DNA ligase sozinha não tem atividade em rupturas no 
DNA com perda de um ou mais nucleotídeos 
→ as falhas só podem ser preenchidas e vedadas pela ação 
combinada de uma DNA polimerase e uma DNA ligase 
 
TOPOISOMERASES 
- a ação das helicases para abrir as forquilhas de replicação 
gera torções no DNA circular que precisam ser removidas 
para permitir que a replicação continue 
- topoisomerases desfazem as torções do DNA gerado pelo 
desenovelamento do DNA pela DnaB (helicase) 
- removem laçadas no DNA 
- dois tipos: 
1. tipo I: provocam uma quebra unifilamentar no 
DNA 
ex. Topo I e Tpo III em E. coli 
2. tipo II: provocam uma quebra em ambos os 
filamentos do DNA 
ex. DNA girase em E. coli 
 
obs. existem antibióticos e antifúngicos que inibem a ação 
das topoisomerases nas bactérias e nos fungos - o DNA se 
enrola e não se replica 
 
REPLICAÇÃO NAS PONTAS DOS CROMOSSOMOS 
FITA CONTÍNUA: replicação estende-se até as pontas dos 
cromossomos 
FITA DESCONTÍNUA: ? 
- no final da fita, um trecho fica sem primer 
- cromossomo fica encurtado? 
- bactérias: DNA circular (não há problema) 
- eucariotos? 
 
RESPOSTA: 
EUCARIOTOS: sequências especiais de nucleotídeos nos 
telômeros -> atraem telomerase (em humanos a sequência 
é GGGTTA - cerca de 10 mil nucleotídeos) 
 
TELOMERASE 
- adiciona as unidades repetidas às pontas dos 
cromossomos 
- leva uma pequena molécula de RNA que atua como um 
molde para a polimerização na extremidade telomérica 
3’OH 
→ não precisa de primer 
- é membro de uma classe de enzimas das transcriptases 
reversas (que sintetizam DNA a partir de RNA) 
obs. envelhecimento - regiões de ponta de cromossomo, 
mesmo que tenha um papel importante das telomerases, a 
cada divisão celular elas vão encurtando -> isso mostra que 
a célula já sofreu tanto processo de divisão que pode ser 
um marcador para o envelhecimento celular e a célula 
pode ser enviada para apoptose 
obs. regiões teloméricas - altas repetições de DNA