Estrutura dos ácidos nucléicos e replicação do DNA

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Estrutura dos ácidos nucléicos e replicação do DNA 
Genoma: corresponde a todo material genético (DNA) contido no organismo. 
A estrutura do DNA tem três níveis de complexidade: 
 Estrutura primária: nucleotídeos 
 Estrutura secundária: dupla hélice 
 Estrutura terciária: cromossomos 
Estrutura primária - nucleotídeos: 
Nucleotídeos são formados por: 
 Açúcar (desoxirribose) 
 Grupo fosfato 
 Base nitrogenada 
Açúcar – desoxirribose: 
 Pentoses: 5 átomos de carbono 
 Anel de 5 lados: ligados a átomos de H 
 C5’ – fora do anel 
 Tem um oxigênio a menos no C2’, comparado com a ribose 
Grupo fosfato: 
 1 átomo de fósforo ligado a 4 átomos de O 
 Carga negativa 
 Ligado ao átomo de C5’ da desoxirribose 
Bases nitrogenadas: 
 Purinas: anéis de 6 lados ligados a um anel de 5 lados 
 
 Adenina Guanina 
 Pirimidinas: anéis de 6 lados 
 
 
 
 
 Citosina Timina 
 
 A desoxirribose se liga através do C5’ ao fosfato 
 A desoxirribose se liga através do C1’ ao 
hidrogênio da base nitrogenada 
 Açúcar + base = nucleosídeo 
 Uma água é perdida na síntese de um 
nucleotídeo 
 
 
Nucleotídeos: 
 
 Todos são iguais em relação ao açúcar e ao fosfato 
 As bases se diferenciam entre as purinas e as pirimidinas 
 Ou seja, o que diferencia um nucleotídeo do outro são as bases 
Estrutura secundária – dupla hélice: 
Os nucleotídeos formam a estrutura secundária. Para isso, precisa haver ligações entre eles. A ligação 
são as pontes de hidrogênio, que vão ocorrer sempre entre uma purina e uma pirimidina. 
 
 A guanina e a citosina se ligam formando 3 pontes de hidrogênio. 
 A adenina e timina se ligam formando 2 pontes de hidrogênio. 
O açúcar e o fosfato vão se ligar através de ligações fosfo-diéster. 
 
 
 Molécula estável 
Ligação fosfo-diéster 
 Bases nitrogenadas 
T – A = 2 pontes H 
C – G = 3 pontes H 
 Ligações açúcar-fosfato 
5’-fosfato-3’-OH 
 Polaridade inversa 
5’-3’ 
3’-5’ 
 
 
A extremidade 3’OH fica livre para que o próximo nucleotídeo se ligue a ele. 
As fitas de DNA são antiparalelas. Elas são assim para que o DNA consiga fazer a sua espiral e 
proteger as pontes de hidrogênio, que são internas. 
As ligações fosfo-diéster são fortes, e por isso ficam externamente, enquanto que as internas, as 
pontes de hidrogênio, são fracas. 
A dupla hélice apresenta dois tipos de sulcos aos quais se ligam as proteínas da cromatina 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Os sulcos são os locais de entrada das enzimas que vão participar dos processos que vão ocorrer 
nesse DNA. 
Quais eram os modelos para explicar a replicação do DNA? 
 
Replicação semiconservativa: 
 
 
 
 
 
 
Tem-se uma molécula, que a partir de uma forquilha de 
replicação, que é o ponto aonde começa a separação das duas 
fitas, vão ser criadas duas novas fitas complementares à 
molécula parental. 
 
 
 
 
Replicação bacteriana e eucariótica: 
 
 
Bacteriana: como o DNA é 
pequeno, as bactérias têm um 
ponto de origem único e a 
replicação vai acontecendo. 
Esse DNA é replicado todo de 
uma vez, formando duas 
moléculas novas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Eucariotos: tem vários pontos de origem, já que o 
DNA é muito grande. São abertos vários pontos de 
origem, e essa replicação acontece no sentido 
bidirecional e oposto. Essa replicação vai se 
encontrando, e no final, tem-se o DNA recém-
sintetizado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Replicação de DNA: 
 Síntese de uma nova fita de DNA – 3000 nucleotídeos/min 
 Processo rápido e preciso = < 1 erro a cada bilhão de nucleotídeos 
 Ocorre durante a interfase, na fase S 
Requisitos da replicação: 
 Molde DNA unifilamentar – deselicoidização 
 Matéria prima (dNTPs) para a síntese da nova fita 
 Enzimas e proteínas – “ler” o molde e montar a nova fita de DNA 
 
Há uma fita molde, que vai ser usada para que seja feita uma fita nova, de acordo com ela. 
Há sempre um nucleotídeo sendo adicionado no sentido 5’-3’ à fita que está sendo sintetizada. 
Os nucleotídeos que estão disponíveis para serem adicionados na fita recém-sintetizada são diferentes 
dos nucleotídeos que estão na fita sintetizada. Esses nucleotídeos possuem 3 grupos fosfato, sendo 
nucleotídeos tri fosfatados. Quando esse nucleotídeo for requisitado pela DNA polimerase para ser 
colocado na fita recém-sintetizada, ele perde 2 fosfatos, que serão liberados e gerarão energia para 
que ocorra essa ligação fosfo-diéster e o nucleotídeo restante se liga à extremidade 3’OH livre. 
Mecanismo de replicação: 
4 estágios: 
 Iniciação 
 Deselicoidização 
 Alongamento 
 Término 
Iniciação: 
Há a formação dos pontos de origem. 
Proteínas iniciadoras: determinam alguns locais de 
origem, promovendo uma dobra neles. 
Helicase: entra no sulco e começa a quebrar as pontes de 
hidrogênio. 
Se não houver alguma enzima atuando, conforme a helicase 
for quebrando, o DNA vai se enrolando de novo. Para 
impedir essa helicoidização novamente, as proteínas de 
ligação unifilamentares vão segurar essas duas fitas separadas. 
Essas 3 proteínas formam o complexo de deselicoidização de DNA. 
Deselicoidização: 
A helicase entra dos dois lados, já 
que haverá a deselicoidização dos 
dois lados (a replicação é 
bidirecional). 
O processo de quebra das pontes de 
hidrogênio promove uma tensão na 
estrutura de dupla fita do DNA. A 
DNA girase segura essa tensão feita 
pela helicase, porque as ligações 
fosfo-diester não podem ser 
quebradas. 
 
 
A DNA polimerase precisa de uma extremidade 3’OH para começar a adicionar os nucleotídeos. A RNA 
primase consegue colocar esses nucleotídeos nessa dupla fita. Ela adiciona um primer de RNA na fita 
para que comece a fita recém-sintetizada. A partir daí, a DNA polimerase vai achar útil o nucleotídeo 
que a RNA primase colocou, e que vai ter uma extremidade 3’OH livre, começando a replicação dos 
nucleotídeos de DNA. A RNA primase coloca nucleotídeos de RNA. 
A fita leading ou contínua é a que está no mesmo sentido (5’-3’) que a DNA polimerase coloca os 
nucleotídeos. 
A RNA primase coloca também o primer na fita anti-paralela, a oposta, que faz o sentido 3’5’. Essa é a 
fita lagging. A DNA polimerase alonga no sentido 5’3’, chegando a bater com o outro primer que a 
RNA primase colocou. 
Há uma fita contínua, aonde a DNA polimerase se acopla no primeiro primer, e continua 
continuamente, até encontrar outra fita, que está vindo no sentido contrário. 
Há uma fita descontínua, porque a DNA polimerase coloca no sentido 5’-3’, mas a fita está no sentido 
3’-5’. Nessa fita, então, haverá pedaços de DNA sendo sintetizados, e sendo espaçados pelos primers. 
Esses pedaços são chamados de fragmentos de Okazaki. 
Alongamento: 
A DNA polimerase III faz a síntese das novas fitas de DNA no 
sentido 5’3’. 
Remoção primers RNA: 
Os primers de RNA vão ter que ser retirados. A DNA 
polimerase I tem atividade de exonuclease. Ela começa a 
substituir esses primers de RNA por nucleotídeos de DNA. 
Término: 
Após o último nucleotídeo do primer de RNA ter sido substituído, 
permanece um corte na sequência açúcar-fosfato do filamento. 
A DNA ligase liga o 3’OH ao fosfato do nucleotídeo da frente, 
selando o espaço na sequência açúcar-fosfato através de uma 
ligação fosfodiéster sem adição de novo nucleotídeo. 
 
 
 
 
 
 
 
Replicação do DNA, Telômeros e Telomerase 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Se não houvesse mecanismos especiais, a replicação do DNA deixaria lacunas por causa dos primers 
nas extremidades dos cromossomos. 
 
A telomerase é uma enzima responsável por fazer os telômeros dos cromossomos. Junto com ela, ela 
trás uma sequência de RNA para ser colocada. Ela estende o telômero na fita molde. Essa extensão vai 
se alongando, e a RNA primase coloca um último primer de RNA. A DNA polimerase vem, refaz todo o 
trechoque a telomerase estendeu, estentendo o tamanho do telômero. 
 
Os telômeros têm a função de proteger o final dos cromossomos e são regiões repetitivas. Não 
codificicam: não são transcritam em RNAm e não são traduzidas em proteínas. 
A cada divisão celular, ocorre a perda de alguns nucleotídeos. Essa perda vai encurtando os telômeros, 
a ponto que quando esse telômero estiver bem pequeno, e a célula poderia sofrer um dano ao DNA, se 
tornando uma célula velha, que entrará em apoptose. Então, o telômero está relacionado ao tempo de 
sobrevivência da célula, ao número de replicações que ela pode sofrer. 
 
 
 
 
Fidelidade Replicação DNA: 
 
DNA Polimerase III – atividade de exonuclease – remove nucleotídeos errados no sentido 3´- 5´ - 
eficiência e precisão da nova molécula de DNA 
A DNA polimerase consegue reconhecer o nucleotídeo que tem que ser colocado. Ela faz isso através 
da estrutura desse nucleotídeo. Ela seleciona os nucleotídeos a ser colocados, e consegue revisar esse 
nucleotídeo. 
Existe um conjunto de enzimas chamadas de enzimas de reparo de DNA que fazem vários tipos de 
reparo. Essas enzimas têm a capacidade de reconhecer erros que podem acontecer no DNA durante o 
processo de replicação ou no próprio DNA e promover, ou diretamente, ou com ajuda de outras 
enzimas a substituição desse nucleotídeo errado. 
 
Referência: 
GARCIA, Paula Sandrin. Aula Estrutura DNA e Replicacao 2020.2. 2021. Apresentação de Slides.