Buscar

1 Replicação do DNA

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você viu 3, do total de 4 páginas

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Prévia do material em texto

1 
 
Replicação do DNA: 
 Função do DNA: 
 Genotípica: armazena informações genéticas, podendo transmitir para os filhos 
(hereditariedade). 
 Fenotípica: determina o fenótipo, influenciada pela expressão gênica. 
 Evolutiva: sofre mutações (nem sempre são maléficas) para produzir variabilidade genética 
(maior ou menor aptidão a uma certa característica, adaptando-se ao meio). 
 Observação: antes de cada divisão celular ocorre replicação do DNA (fase S). A capacidade 
das células manterem a fidelidade da informação, depende da replicação extremamente 
precisa (células filhas aptas). 
 Maquinaria de replicação: 
- Elevada taxa: um dos processos mais rápidos ocorrem na célula (adição de 3000 
nucleotídeos por segundo). 
- Falhas raras: resulta em mutações (1 a cada 109 nucleotídeos) raras, pois é, na maior parte 
das vezes, muito preciso (vários erros são concertados no próprio processo). 
 
 Estrutura da molécula de DNA: macromolécula helicoidal longa com duas cadeias paralelas de 
nucleotídeos (dupla hélice). Composição do nucleotídeos de grupo fosfato (P), desoxirribose e 
base nitrogenada (4 tipos). Pode ter alterações de acordo com o tipo celular. Principais funções: 
 Ligação fosfodiéster: liga os nucleotídeos de uma mesma fita; grupo OH do C3 do açúcar de 
um nucleotídeo + grupo fosfato ligado à OH do C5 do açúcar do nucleotídeo seguinte. Faz o 
esqueleto tridimensional ser forte e dá base ao arcabouço. 
 Pontes de hidrogênio: entre as bases nitrogenadas; mantem a dupla hélice unida; A = T (2) e 
G = C (3); deixa a molécula mais estável. 
 Dupla hélice: fitas complementares A e T, C e G; fitas antiparalelas 5’ 3’ e 3’ 5’, com 
polaridades opostas. 
 
 Características gerais do processo de replicação: precisão; DNA molde para formação de 2 novas 
fitas por meio do pareamento das bases nitrogenadas (A/T – C/G) que permite às fitas filhas 
serem complementares geneticamente às fitas de origem; abertura da dupla hélice da fita molde, 
reconhecimento de um nucleotídeo complementar livre, polimerização catalisada por enzimas 
(DNA polimerase). 
 
 Replicação: 
 Semiconservativa (Watson e Crick): cada uma das moléculas originadas contém uma cadeia 
completa da molécula original e uma cadeia nova. 2 bandas: 1 leve e 1 intermediária. 
 Conservativa: preserva a molécula original e gera uma molécula inteiramente nova. 2 bandas: 
1 leve e 1 pesada. 
 Dispersiva: produz duas moléculas com DNA original e novo, intercalados ao longo das 
cadeias. 1 banda: intermediária. 
 
 Replicação semiconservativa: no experimento de Meselson e Stahl (1958), E. coli foi cultivada em 
um meio contendo o isótopo pesado do nitrogênio (15N) em vez da forma normal (14N); após 
muitas gerações (DNA bem marcado com 15N) as bactérias foram cultivadas em um meio com 
14N; centrifugadas após 1ª e 2ª divisão celular; resultado compatível apenas com o modelo 
semiconservativo (2 bandas: 1 leve e 1 intermediária). 
2 
 
 
 Replicação “in vitro”: 
 Procariotos: E. coli realiza 1 divisão a cada 40 minutos; DNA circular e 1 único ponto de origem 
de replicação. 
 Eucariotos: replicação coordenada para mais de um cromossomo ao mesmo tempo; múltiplos 
pontos de origem (humanos: 10.000 pontos de replicação para que todo o material seja 
replicado). 
- Levedura: 1 divisão a cada 120 minutos. 
- Célula vegetal: 1 divisão a cada 29 horas. 
- Célula animal: 1 divisão a cada 24 horas; pode durar de 100 a 200 horas em algumas células. 
 
 Mecanismos de replicação: 
 Ponto de início da replicação: possuímos 3 milhões de “letras” (pares de bases) organizadas 
em 46 cromossomos (23 pares); tem início em um sítio específico do cromossomo 
denominado origem de replicação (em E. coli é denominado oriC) que é reconhecido, e abre-
se a fita; 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 (pode ser unidirecional se for material pequeno, como em 
alguns vírus). Origem de replicação: sequencias ricas em A=T; localizadas em sequencias 
específicas do DNA, sempre no mesmo ponto do cromossomo para reconhecimento dos 
pontos de origem de replicação. 
 Origem de replicação: 
- Procariotos: oriC (E. coli) tem 245 pb (pares de bases) de tamanho, um conjunto de 
sequencias quase idênticas de 13 pb em tandem que se repetem (sequencias de 13 unidades 
que mostra onde é o ponto de partida/origem de replicação, que será reconhecido) e um 
conjunto de sítios de ligação para uma proteína (DnaA) que promove a deselicoidização do 
duplex. 
- Eucariotos: S-Cdk inicia a replicação do DNA e auxilia a prevenir a “rerreplicação” (antes de 
terminar o processo anterior). Complexos de reconhecimento da origem são proteínas que 
reconhecem e sinalizam para ocorrer a replicação formando complexo pré-replicativo 
(fosforilação); S-Cdks atuam em G1 para enviar a célula para a fase S; além da extrema 
precisão que deve ser o processo de replicação, é necessário que o controle do ciclo celular 
verifique se a replicação do DNA inicia no momento correto e se ocorre apenas uma vez por 
ciclo; Cdc6 proteínas regulatórias promovem a ligação de proteínas adicionais para formar o 
complexo pré-replicativo; S-Cdks acionam a fase S e fosforilam a Cdc6 para evitar outro 
reconhecimento de ORC. 
 Síntese da fita nova de DNA: incorporação de um nucleotídeo na extremidade 3’OH livre pela 
enzima. DNA polimerase catalisa a formação de ligações fosfodiéster entre os nucleotídeos 
ligando a região 3’OH de um com a região 5’P do outro (só sintetiza no sentido 5’ 3’). 
Baseando-se na fita líder, ocorre a síntese da nova. 
 Síntese do DNA é semidescontínua: se a DNA polimerase só sintetiza no 5’ 3’, devido à 
natureza da polaridade invertida do DNA, a síntese de uma das fitas é continua (líder; 
sintetizada continuamente no sentido 5’ 3’ em direção ao movimento do garfo de 
replicação) enquanto a da outra fita é descontínua (retardada/lenta; sintetizada no sentido 
5’ 3’ em direção oposta ao movimento do garfo de replicação, adicionando aminoácidos). 
Os pequenos fragmentos só podem ser sintetizados após movimento do garfo sobre uma 
extensão razoável da hélice, implicando sempre em um atraso em relação à fita líder. Ocorre 
3 
 
adição de primers (iniciador, pela DNA primase) na fita contínua; na descontínua ocorre 
adição de primers e DNA polimerase alternadamente. 
 Crescimento da fita lenta: 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’; 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. 
 
 Principais enzimas envolvidas na Replicação do DNA: a complexidade do processo requer 
inúmeras proteínas com funções específicas, que podem estar trabalhando ou não ao mesmo 
tempo. 
 DNA-Helicases: após reconhecimento do início da replicação, auxiliam na abertura da dupla 
hélice do DNA separando as fitas em até 1000 pares de nucleotídeos por segundo; promovem 
o rompimento das pontes de hidrogênio deselicoidizando o DNA na presença de ATP; duas 
enzimas podem trabalhar em conjunto, uma na fita líder e outra na fita lenta. Ex. DnaB em E. 
coli (só na fita líder ou só na lenta). 
 Proteínas SSB (single-strand binding): proteínas de ligação à fita simples do DNA, proteínas de 
ligação unifilamentar ou proteínas desestabilizadoras de hélice; ligam-se fortemente de 
forma cooperativa às fitas simples do DNA (sem encobrir as bases), estabilizando a 
conformação distorcida e prevenindo a formação do dupléx. Protege a modificação por 
radicais livres (pró-oxidantes) ou erros no processo de replicação, por exemplo. 
 Primase: sintetiza os primers/RNA iniciadores; a DNA polimerase podeampliar a cadeia mas 
não pode começar uma cadeia; a síntese deve ser iniciada a partir de um curto 
oligonucleotídeo que gera um segmento dupléx; 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. Na fita líder apenas um primer é preciso no início da replicação e na fita lenta cada 
vez que a DNA polímerase completa um fragmento de Okasaki, um novo primer é adicionado. 
Eucariotos possuem primers com 10 nt (nucleotídeos), e na fita descontínua são produzidos 
em intervalos de 100 a 200 nt. E. coli possui primers com 50 a 60 nt; em E. coli a primase está 
ligada a helicase e outras proteínas formando um complexo com o DNA molde denominado 
Primossomo. 
 DNA polimerase: descoberta em 1957 por Arthur Kornberg; enzima que catalisa a reação de 
replicação do DNA; sintetiza a nova cadeia, movendo-se no DNA molde no sentido 5’ 3’; 
catalisa a formação de ligações fosfodiéster entre os nucleotídeos ligando a região 3’OH de 
um com a região 5’P do outro. 
- Procariotos (E. coli): DNA polimerase I tem três atividades, sendo polimerase (catalisa o 
crescimento da cadeia no sentido 5’ 3’), exonuclease 5’ 3’ (apara o DNA, promove a 
excisão dos primers e polimerização) e exonuclease 3’ 5’ (remove bases pareadas erradas); 
DNA polimerase II para reparo do DNA; DNA polimerase III sendo principal enzima de 
polimerização (forma holoenzima Pol I e mais 20 subunidades); DNA polimerase IV e V para 
reparo do DNA (descobertas recentemente). 
- Eucariotos: identificadas pelo menos 15 DNA polimerases diferentes; denominadas α, β, γ, 
δ, ε, κ, ξ, η, θ, κ, λ, μ, σ, ϕ e Rev1. Polimerases α e δ: funções similares a Polimerase I da E. 
coli. Polimerase γ: responsável pela replicação do DNA em mitocôndrias. Polimerases β, ε, κ, 
ζ, η, θ, κ, λ, μ, σ, ϕ e Rev1: reparo do DNA ou têm outras funções metabólicas. Algumas DNA 
polimerases não têm a atividade de exonuclease 3' → 5'. 
4 
 
 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. Desfazem 
as torções do DNA gerado pelo desenovelamento do DNA pela DnaB (helicase); removem 
laçadas no DNA. Tipo I provoca uma quebra unifilamentar (uma fita) no DNA (ex. Topo I e 
Topo III em E. coli); Tipo II provoca uma quebra em ambos os filamentos do DNA (ex. DNA 
girase em E. coli). 
- Replicação nas pontas dos cromossomos: na fita contínua a replicação estende-se até as 
pontas dos cromossomos; na fita descontínua, no final, um trecho fica sem primer. Em 
eucariotos existem sequencias especiais de nucleotídeos nos telômeros que atraem 
telomerase; em humanos a sequência é GGGTTA (cerca de 10 mil nucleotídeos). 
 Telomerases (em eucariotos): adiciona as unidades repetidas às pontas dos cromossomos; faz 
com que não diminua-se o tamanho dos telômeros e não perca a especificidade; leva uma 
pequena molécula de RNA que atua como um molde para a polimerização na extremidade 
telomérica 3’OH; é membro de uma classe de enzimas das transcriptases reversas (que 
sintetizam DNA a partir de RNA).

Outros materiais