Replicação de DNA e Cromossomos

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Replicacao
do dna e dos cromossomos 
Características básicas da replicação de 
DNA in vivo - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 
- A replicação de DNA é semiconservativa, 
inicia-se em origens fixas e geralmente é 
bidirecional a partir de cada origem de 
replicação. 
Em seres humanos, a síntese de um novo 
filamento de DNA ocorre na velocidade 
aproximada de 3.000 nucleotídeos por minuto. 
Sem dúvida, é essencial que o maquinário 
celular responsável pela replicação de DNA 
seja muito rápido, mas é ainda mais 
importante que seja muito acurado. De fato, a 
f idel idade de repl icação do DNA é 
extraordinária, com uma média de apenas um 
erro por bilhões de nucleotídeos incorporados. 
Assim, a maioria dos genes de gêmeos 
idênticos é realmente idêntica, mas alguns são 
modificados por erros de replicação e outros 
tipos de mutações. 
Replicação semiconservativa de moléculas de 
DNA 
Quando Watson e Crick deduziram a 
estrutura em dupla-hélice do DNA com seu 
pareamento de bases complementares, eles 
imediatamente reconheceram que a 
especificidade do pareamento de bases 
poderia ser o fundamento de um mecanismo 
simples de duplicação do DNA. Portanto, 
depois de seu artigo sobre a estrutura em 
1 Maria Eduarda Santiago Nascimento
dupla-hélice do DNA, eles publicaram um artigo descrevendo o mecanismo de replicação da dupla-
hélice. 
Os dois filamentos complementares da dupla-hélice se desenrolam e se separam, e que cada 
filamento guia a síntese de um novo filamento complementar. A sequência de bases em casa 
filamento parental é usada como molde, e as restrições de pareamento de bases na dupla-hélice 
determinam a sequência de bases no filamento recém-sintetizado. A adenina, por exemplo, no 
filamento parental serve de molde, graças a seu potencial de ligação de hidrogênio, para a 
incorporação de timina no filamento complementar nascente. Esse mecanismo de replicação do 
DNA é chamado de replicação semiconservativa (porque há conservação de metade da molécula 
parental) para distingui-lo dos mecanismos de replicação conservativos ou dispersivos. 
Origens da replicação 
Controla a replicação do cromossomo inteiro. Nos grandes cromossomos de eucariotos, múltiplas 
origens controlam coletivamente a replicação em cromossomos eucarióticos localizam-se em 
sítios específicos. Cada origem controla a replicação de uma unidade de DNA chamada réplicon; 
assim, a maioria dos cromossomos procarióticos contém um único réplicon, ao passo que os 
cromossomos eucarióticos geralmente contêm muitos réplicons. 
A origem única de replicação, chamada oriC, tem 245 pares de nucleotídeos de comprimento, no 
E. coli, e contém duas sequências repetidas conservadas diferentes. Há uma sequência de 13 pb* 
presente como três repetições consecutivas. Essas três repetições são ricas em pares de A:T, 
facilitando a formação de uma região localizada de separação dos filamentos denominada bolha de 
replicação. 
*pb = 
- Os pares de bases A:T são unidos por apenas duas ligações de hidrogênio, ao contrário das 
três ligações existentes nos pares de bases G:C. 
Assim, os dois filamentos de regiões ricas em A:T do DNA afastam-se com mais facilidade, ou 
seja, com menos gasto de energia. A formação de uma zona localizada de desnaturação é uma 
primeira etapa essencial na replicação de todos os DNA bifilamentares. Outro componente 
conservado do oriC é uma sequência com 9 pb repetida quatro vezes e intercalada com outras 
sequências. Essas quatro sequências são locais de ligação de uma proteína que participa da 
formação da bolha de replicação. 
- As múltiplas origens de replicação em cromossomos eucarióticos também parecem ser 
sequências de DNA específicas. 
- A maioria das tentativas de caracterizar as origens de replicação em eucariotos 
multicelulares não teve êxito. 
Aparentemente essa incapacidade de identificar origens de replicação tem duas razões 
principais. Em primeiro lugar, os ensaios funcionais usados em leveduras - a capacidade da origem 
de propiciar a replicação de um plasmídio ou cromossomo artificial - não produzem resultados 
confiáveis em outros eucariotos. As sequências que propiciam a replicação de plasmídios em 
células de mamíferos, por exemplo, geralmente levam ao início da replicação em locais aleatórios 
ou múltiplos. A segunda razão é que atualmente há indícios consideráveis de que o início da 
2 Maria Eduarda Santiago Nascimento
replicação requer sequências de DNA relativamente longas - até vários milhares de pares de 
bases. 
Forquilhas de replicação 
A estrutura geral dos cromossomos bacterianos em replicação foi determina pela primeira vez 
em 1963, por autorradiografia. Esta mostrou que os cromossomos E. coli são estruturas 
circulares que existem como intermediários em forma de theta durante a replicação. As 
autorradiografias indicaram ainda que o desenrolamento dos dois filamentos parentais 
complementares (necessário para sua separação) e sua replicação semiconservativa é simultâneo 
ou estes intimamente acoplado. Como é preciso que a dupla-hélice parental rode 360º para 
desfazer cada giro da hélice, é imprescindível que haja algum tipo de “pivô”. Esse pivô é uma 
quebra unifilamentar transitória (clivagem de uma ligação fosfodiéster em um filamento de dupla-
hélice) produzida pela ação de enzimas chamadas de topoisomerases. 
A replicação do cromossomo E. coli é bidirecional a partir da origem única de replicação. Cada 
estrutura em forma de Y é uma forquilha de replicação, e as duas forquilhas movem-se em 
direções opostas sequencialmente em torno do cromossomo circular. 
A replicação bidirecional do cromossomo circular de E. coli que acabamos de comentar ocorre 
durante a divisão celular. Não deve ser confundida com a replicação por círculo rolante, que 
medeia a transferência de cromossomos das células Hfr para células F-. 
Replicação bidirecional 
O bacteriófago lambda (fago λ) contém uma única molécula linear de DNA. O cromossomo do 
fago lambda é um pouco incomum porque tem uma região unifilamentar, com 12 nucleotídeos de 
comprimento, na extremidade 5’ de cada filamento complementar. Essas extremidades 
unifilamentares, denominadas “coesivas”, são complementares. Portanto, pode haver pareamento 
das bases das extremidades coesivas de um cromossomo do fago lambda para formar uma 
estrutura circular com ligações de hidrogênio. Um dos primeiros eventos a ocorre depois da 
injeção do cromossomo de um fago lambda em uma célula hospedeira é sua conversão em 
molécula circular fechada por ligação covalente é catalisada pela DNA ligase, enzima importante 
que sela quebras unifilamentares em duplas-hélices de DNA. A DNA ligase é necessária em todos 
os organismos para replicação do DNA, reparo do DNA e recombinação entre moléculas de DNA. 
Da mesma maneira que o cromossomo de E. coli, o cromossomo do fago lambda replica-se em 
sua forma circular por meio de intermediários em formato de theta. 
A característica do fago lambda que facilitou a demonstração da replicação bidirecional é sua 
diferenciação em regiões que contêm alta concentração de adenina e timina (regiões ricas em 
AT) e regiões com grande quantidade de guanina e citosina (regiões ricas em GC). Em particular, 
eles têm alguns segmentos com alto conteúdo de AT. 
Quando as moléculas de DNA são expostas a alta temperatura (100ºC) ou a pH elevado (11,4), as 
ligações de hidrogênio e hidrofóbicas que unem os filamentos complementares na dupla-hélice são 
rompidas, e os dois filamentos se separam - um processo chamado desnaturação. Como os pares 
3 Maria Eduarda Santiago Nascimento
de bases AT são mantidos unidos por apenas duas ligações de hidrogênio, as moléculas ricasem 
AT desnaturam-se com mais facilidade do que as moléculas ricas em GC. 
- A replicação do DNA cromossômico em eucariotos também é bidirecional nos casos em que 
foi estudada. No entanto, a replicação bidirecional não é universal. 
Replicação de DNA em procariotos - - - - 
- A replicação de DNA é um processo complexo, que exige a ação conjunta de um grande 
número de proteínas. 
- Os detalhes moleculares de muitos fenômenos genéticos foram elucidados por meio do estudo 
dos procariotos. Para atingir esse objetivo, o procarioto de preferência foi a bactéria E. coli. 
Síntese contínua de um filamento e síntese descontínua do outro 
A autorradiografia e a microscopia eletrônica indicam que os dois novos filamentos sintetizados 
em cada forquilha de replicação do DNA estão sendo estendidos no mesmo sentido. Como esses 
dois filamentos têm polaridades opostas, um é estendido em sentido 5’ —> 3’ e o outro em 
sentido 3’ —> 5’. Entretanto, as enzimas que catalisam a síntese do DNA (DNA polimerases) só 
conseguem adicionar nucleotídeos na extremidade 3’ de um filamento de DNA - ou seja, 
sintetizam o DNA somente no sentido 5’ —> 3’. 
Em cada forquilha de replicação, os dois filamentos-filhos são estendidos de modos diferentes. 
Um filamento, o chamado filamento líder, é estendido continuamente por meio da adição 
sequencial de nucleotídeos à sua extremidade 3’. O outro, chamado filamento descontínuo (ou 
lagging), estende-se de modo descontínuo pela síntese do DNA, em pulsos. O filamento 
descontínuo cresce pela síntese de segmentos curtos de DNA, cada qual sendo estendido pela 
adição de nucleotídeos à sua extremidade 3’. Após isso, os muitos segmentos se juntam em uma 
cadeia longa e contínua. A síntese de ambos os filamentos em crescimento ocorre no entorno da 
forquilha de replicação. Entretanto, a atividade de síntese do filamento líder move-se em direção 
à forquilha, ao passo que a do filamento lagging afasta-se dela. À medida que a forquilha se abre, 
a síntese do filamento lagging é reiniciada no DNA molde recém-exposto. O próximo segmento 
curto do lagging de DNA, portanto, será criado no entorno da forquilha. Segmentos criados 
anteriormente localizam-se à distância do filamento lagging em formação. 
A primeira evidência desse mecanismo descontínuo de replicação do DNA surgiu em estudos nos 
quais intermediários na síntese do DNA foram marcados radioativamente pela cultura de células 
de E. coli e de células de E. coli infectadas pelo bacteriófago T4. Os DNA marcados foram 
isolados, desnaturados e caracterizados por medida da velocidade de sedimentação em gradientes 
de moléculas de sacarose durante centrifugação de alta velocidade; grande parte do marcador 
foi encontrada em pequenos fragmentos de DNA, com 1.000 a 2.000 nucleotídeos de 
comprimento. Esses pequenos fragmentos de DNA foram batizados de fragmentos de Okazaki 
em homenagem ao casal Okazaki, que os descobriram. Em eucariotos, os fragmentos de Okazaki 
têm apenas 100 a 200 nucleotídeos de comprimento. Quando são usados períodos maiores de 
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marcação, encontra-se maior quantidade do marcador em grandes moléculas de DNA, 
provavelmente do tamanho dos cromossomos de E. coli ou do fago T4. 
Fechamento covalente de cortes no DNA por DNA ligase 
Se o filamento lagging de DNA for sintetizado de maneira descontínua, conforme descrito na 
seção anterior, será necessário um mecanismo para unir os fragmentos de Okazaki e produzir 
os grandes filamento de DNA existentes em cromossomos maduros. Esse mecanismo é garantido 
pela enzima DNA ligase. A DNA ligase catalisa o fechamento covalente de cortes (perda de 
ligações fosfodiéster; sem perda de bases) nas moléculas de DNA usando a energia do 
dinucleotídeo nicotinamida adenina (NAD) ou trifosfato de adenosina (ATP). A ligase da E. coli usa o 
NAD como cofator, mas algumas DNA ligases usam o ATP. 
Reação catalisada por DNA ligase 
Primeiro, o monofosfato de adenosina (AMP) do intermediário ligase AMP forma uma ligação 
fosfoéster com 5’-fosfato no corte e, 
depois, um ataque nucleofílico pelo grupo 3’-
OH no corte no átomo proximal do DNA 
produz uma ligação fosfodiéster entre os 
nucleotídeos adjacentes no sítio do corte. A 
DNA ligase sozinha não tem atividade em 
rupturas no DNA com perda de um ou mais 
nucleotídeos - denominados falhas (gaps). As 
falhas só podem ser preenchidas e vedadas 
pela ação combinada de uma DNA polimerase 
e uma DNA ligase. A DNA ligase tem papel 
essencial não só na replicação de DNA, mas 
também no reparo e na recombinação do 
DNA. 
Iniciação da replicação do DNA 
A replicação do cromossomo de E. coli começa 
em oriC, a sequência única em que é iniciada a 
replicação, com a formação de uma região 
localizada de separação de filamentos 
denominada bolha de replicação. Essa bolha de 
replicação é formada pela interação de 
proteínas pré-iniciadoras com oriC. A primeira 
etapa da pré-iniciação parece ser a ligação de 
quatro moléculas do produto do gene dnaA - 
proteína DnaA - às quatro repetições de 9 
pares de bases (pb) em oriC. Em seguida, as 
proteínas DnaA ligam-se de maneira 
cooperativa para formar um cerne de 20 a 
5 Maria Eduarda Santiago Nascimento
40 polipeptídeos com DNA de oriC enrolado sobre a superfície do complexo proteico. A 
separação do filamento começa nas três repetições consecutivas de 13 pb em oriC e propaga-
se até a criação da bolha de replicação. Um complexo de proteína DnaB (a DNA helicase 
hexamérica*) e proteína DnaC (seis moléculas) une o complexo de iniciação e contribui para a 
formação de duas forquilhas de replicação bidirecionais. A proteína DnaT também está presente 
no complexo de proteína de pré-iniciação, mas sua função é desconhecida. A proteína DnaA 
parece ser a principal responsável pela separação localizada dos filamentos em oriC durante o 
processo de iniciação. 
*DNA helicase hexamérica = 
Iniciação de cadeias de DNA com iniciadores de RNA 
Todas as DNA polimerases conhecidas têm necessidade absoluta de um grupo 3’-OH livre na 
extremidade do filamento de DNA estendido e um filamento-molde de DNA apropriado 
(especificando o filamento nascente complementar) para que sejam ativas. Nenhuma DNA 
polimerase conhecida é capaz de iniciar a síntese de um novo filamento de DNA sem uma 
extremidade 3’ para trabalhar. Portanto, é preciso que haja algum mecanismo especial para 
iniciar a síntese de novas cadeias de DNA, uma vez formada a bolha de replicação. 
A RNA polimerase, uma enzima complexa que catalisa a síntese de moléculas de RNA a partir de 
moldes de DNA, é capaz de iniciar a síntese de novas cadeias de RNA em locais específicos no 
DNA. Quando isso ocorre, forma-se um híbrido RNA-DNA no qual o RNA nascente está ligado por 
hidrogênio ao molde de DNA. Como as DNA polimerases são capazes de estender cadeias de DNA 
ou RNA contendo um grupo 3’-OH livre, os cientistas começaram a testar a ideia de que a 
síntese de DNA poderia ser iniciada pelo uso de indicadores de RNA. Os resultados comprovaram 
essa ideia. 
- Pesquisas subsequentes mostraram que cada nova cadeia de DNA é iniciada por um iniciador 
(primer) de RNA curto sintetizado por DNA primase. 
A DNA primase de E. coli é o produto do gene dnaG. Em procariotos, esses iniciadores de RNA 
têm 10 a 60 nucleotídeos de comprimento, ao passo que em eucariotos são mais curtos, com 
apenas cerca de 10 nucleotídeos de comprimento. Os iniciadores de RNA oferecem os grupos 3’-
OH livres necessários para extensão covalente de cadeias polinucleotídicas por DNA polimerases. 
Em E. coli, a enzima que catalisa a replicação semiconservativa do cromossomo é uma polimerase 
denominada DNA polimeraseIII. A DNA polimerase III catalisa o acréscimo de 
desoxirribonucleotídeos aos iniciadores de RNA, seja de modo contínuo no filamento líder, seja de 
maneira descontínua pela síntese de fragmentos de Okazaki no filamento lagging. A DNA 
polimerase III para de estender um fragmento de Okazaki quando colide com o iniciador de RNA 
do fragmento de Okazaki precedente. 
Em seguida, os iniciadores de RNA são excisados* e substituídos por cadeias de DNA. Essa etapa 
é realizada pela DNA polimerase I em E. coli. Além da atividade da polimerase 5’ —> 3’, a DNA 
polimerase I tem duas atividades de exonuclease*: uma atividade de exonuclease 5’ —> 3’, que 
apara os filamentos de DNA a partir das terminações 5’, e uma atividade de exonuclease 3’ —> 
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5’, que cliva nucleotídeos das terminações dos filamentos de DNA. Portanto, a DNA polimerase I 
tem três atividades enzimáticas específicas, e as três são importantes na replicação do 
cromossomo de E. coli. 
*Excisados = 
*Exonuclease = 
Desenrolamento de DNA com helicases, proteínas de ligação ao DNA e topoisomerases 
A replicação semiconservativa requer que os dois filamentos de uma molécula de DNA parental 
sejam separados durante a síntese de novos filamentos complementares. Já que uma dupla-
hélice de DNA contém dois filamentos que não podem ser separados sem que sejam 
desenrolados, volta por volta, a replicação do DNA requer um mecanismo de desenrolamento. 
Considerando-se que cada giro, ou volta, tem aproximadamente 10 pares de nucleotídeos de 
comprimento, é preciso que a molécula de DNA seja rodada 360º uma vez para cada 10 pares 
de bases replicados. O processo de desenrolamento conta com a participação de enzimas 
denominadas DNA helicases. A principal DNA helicase replicativa em E. coli é o produto do gene 
dnaB. As DNA helicases desenrolam moléculas de DNA usando energia derivada do ATP. 
Depois que os filamentos de DNA são desenrolados pela DNA helicase, é preciso mantê-los na 
forma unifilamentar estendida para replicação. Esse estado é mantido por um revestimento de 
proteína de ligação ao DNA unifilamentar (proteína SSB). A ligação da proteína SSB ao DNA 
unifilamentar é cooperativa; ou seja, a ligação do primeiro monômero de SSB estimula a ligação de 
outros monômios em locais contínuos na cadeia de DNA. Em vista da cooperatividade de ligação da 
proteína SSB, toda a região unifilamentar de DNA é rapidamente revestida por proteína SSB. 
Sem a cobertura de proteína SSB, poderia haver renaturação dos filamentos complementares 
ou formação de estruturas em grampo intrafilamentares por ligações de hidrogênio entre 
segmentos curtos de sequências nucleotídicas complementares ou parcialmente complementares. 
Essas estruturas em grampo impedem a atividade das DNA polimerases. Na E. coli, a proteína 
SSB é codificada pelo gene ssb. 
Os eixos de rotação necessários durante a replicação das moléculas circulares de DNA são 
garantidos por enzimas chamadas DNA topoisomerases. As topoisomerases catalisam quebras 
transitórias das moléculas de DNA, mas usam ligações covalentes entre si para se fixarem nas 
moléculas clivadas. Há dois tipos de topoisomerases : (1) enzimas DNA topoisomerases I produzem 
quebras ou cortes unifilamentares temporários no DNA, e (2) as enzimas DNA topoisomerase II 
produzem quebras bifilamentares transitórias no DNA. Uma importante consequência dessa 
diferença é que as atividades da topoisomerase I desfazem uma super-hélice no DNA de cada 
vez, ao passo que as enzimas topoisomerases II desfazem e criam duas super-hélices por vez. 
A quebra unifilamentar transitória produzida pela atividade da topoisomerase I garante um eixo 
de rotação que possibilita o giro independente dos segmentos de DNA em lados opostos da 
quebra, e a ligação fosfodiéster no filamento intacto serve de pivô. As enzimas topoisomerase I 
usam a energia de maneira eficiente. Elas conservam a energia das ligações fosfodiéster clivadas 
armazenando-as em ligações covalentes entre si próprias e os grupos fosfatos nos locais de 
clivagem; depois, reutilizam essa energia para fechar as quebras. 
7 Maria Eduarda Santiago Nascimento
As enzimas DNA topoisomerases II, induzem quebras bifilamentares transitórias e acrescentam 
super-hélices negativas ou removem super-hélices positivas, duas por vez, por um mecanismo 
que consome energia (ATP). Para levar a cabo esse processo, elas cortam os dois filamentos de 
DNA, fixam-se nas extremidades do sítio de clivagem por ligações covalentes, passam a dupla-
hélice intacta através do corte e selam o ponto de quebra. Além de relaxarem o DNA super-
helicoidal e introduzirem super-hélices negativas no DNA, as enzimas topoisomerases II podem 
separar moléculas circulares de DNA entrelaçadas. 
A topoisomerase tipo II mais bem caracterizada é uma enzima denominada DNA girase em E. coli. 
A DNA girase é um tetrâmero com duas subunidades a codificadas pelo gene gyrA (antes, nalA, 
de ácido nalidíxico) e duas subunidades ß (antes, cou, de coumermicina) especificadas pelo gene 
gyrB. O ácido nalidíxico e a coumermicina são antibióticos que bloqueiam a replicação do DNA em E. 
coli mediante inibição da atividade de DNA girase. O ácido nalidíxico e a coumermicina inibem a 
síntese de DNA por ligação às subunidades a e ß, respectivamente, da DNA girase. Portanto, a 
atividade da DNA girase é necessária para que haja replicação do DNA em E. coli. 
DNA polimerases múltiplas 
As DNA polimerases são enzimas que catalisam a extensão covalente nas terminações 3’ das 
cadeias polinucleotídicas em crescimento. Todas as polimerases necessitam de DNA preexistente 
com dois componentes essenciais, um com função iniciadora e o outro com função de molde. 
1. O DNA iniciador oferece uma terminação com 3’-OH livre à qual são acrescentados 
nucleotídeos durante a síntese de DNA. Nenhuma DNA polimerase inicia a síntese de novas 
cadeias de DNA. Todas as DNA polimerases necessitam de um grupo 3’-OH livre em uma 
cadeia polinucleotídica preexistente. Elas catalisam a formação de uma ponte fosfodiéster 
entre o grupo 3’-OH na extremidade da cadeia de DNA iniciadora e o 5’-fosfato do 
desoxirribonucleotídeo recebido. 
2. O DNA molde tem a sequência nucleotídica que especifica a sequência complementar da 
cadeia de DNA em crescimento. As DNA polimerases necessitam de um molde de DNA cuja 
sequência de bases determina, pelo seu potencial de pareamento de bases, a síntese de 
uma sequência de bases complementares no novo filamento. 
A reação catalisada por DNA polimerases é um ataque nucleofílico pelo grupo 3’-OH na 
terminação do filamento iniciador no átomo de fósforo nucleotidil ou interno do precursor do 
trifosfato de nucleosídio com a eliminação de pirofosfato. Esse mecanismo de reação explica a 
necessidade absoluta das DNA polimerases de um grupo 3’-OH livre no filamento do DNA iniciador 
que é estendido por ligação covalente e determina que o sentido de síntese é sempre 5’ —> 3’. 
A E. coli contém no mínimo cinco DNA polimerases: DNA polimerase I, DNA polimerase II, DNA 
polimerase III, DNA polimerase IV e DNA polimerase V. As DNA polimerases I e II são enzimas de 
reparo do DNA. Ao contrários delas, a DNA polimerase III é uma enzima complexa constituída de 
muitas subunidades diferentes. Do mesmo modo que a DNA polimerase I, a DNA polimerase III tem 
atividade de polimerase 5’ —> 3’ e atividade de exonuclease 3’ —> 5’; no entanto, tem uma 
exonuclease 5’ —> 3’ ativa apenas no DNA unifilamentar. As DNA polimerases IV e V 
8 Maria Eduarda Santiago Nascimento
caracterizadas mais recentemente, com a polimerase II, têm papéis importantes na replicação do 
DNA lesado, e a polimerase usada depende do tipo de lesão. 
Os organismos eucarióticos codificam ainda mais polimerases - e até hoje já foram identificadas 
pelo menos 15 DNA polimerases diferentes. Duas ou mais DNA polimerases (alfa, sigmae/ou 
epsilon) atuam em conjunto para levar a cabo a replicação semiconservativa do DNA nuclear. 
- Nenhuma dessas DNA polimerases inicia a formação de novas cadeias de DNA de novo, e 
toda a síntese de DNA ocorre na direção 5’ —> 3’. 
A DNA polimerase III, a “replicase” em E. coli, é uma enzima multimérica (enzima que tem muitas 
subunidade) ou holoenzima. O cerne catalítico sintetiza filamentos de DNA bastante curtos em 
vista de sua tendência a diminuir o molde de DNA. Para sintetizar as moléculas de DNA longas 
presentes nos cromossomos, é preciso eliminar essa frequente dissociação da polimerase do 
molde. A subunidade ß da DNA polimerase III forma uma pinça dimérica que impede a replicação e 
possibilita que a DNA polimerase III deslize ao longo do DNA enquanto permanece presa a ele. A 
holoenzima DNA polimerase III, responsável pela síntese de ambos os filamentos de DNA 
nascentes em uma forquilha de replicação, contém no mínimo 20 polipeptídeos. 
Revisão 
Os organismos vivos desenvolveram um mecanismo de revisão durante a síntese da cadeia de 
DNA nascente para resolver o possível problema de fidelidade insuficiente durante a replicação 
do DNA. O processo de revisão inclui a varredura das terminações das cadeias de DNA nascente 
à procura de erros e sua correção. Esse processo é realizado pelas atividades de exonuclease 3’ 
—> 5’ das DNA polimerases. Quando um DNA molde-iniciador tem um erro de pareamento 
terminal (não pareamento ou pareamento errado de uma base ou uma sequência de bases na 
extremidade 3’ do iniciador), a atividade de exonuclease 3’ —> 5’ da DNA polimerase corta as 
bases não pareadas. Quando é produzida uma terminação com pareamento de bases correto, a 
atividade de polimerase 5’ —> 3’ da enzima reinicia a síntese por acréscimo de nucleotídeos à 
extremidade 3’ do filamento iniciador. 
Sem revisão durante a replicação de DNA, as alterações teriam se acumulado em seus genes 
durante os bilhões de divisões celulares ocorridos desde que eram pequenos embriões até se 
tornarem adultas. Na verdade, a identidade dos genótipos de gêmeos idênticos depende tanto da 
revisão do DNA durante a replicação quanto da atividade de um arsenal de enzimas de reparo do 
DNA. Essas enzimas fazem a varredura contínua do DNA à procura de vários tipos de danos e 
executam o reparo antes que as transformações causem alterações genéticas hereditárias. 
Primossomo e replissomo 
A iniciação dos fragmentos de Okazaki no filamento lagging é executada pelo primossomo, 
complexo proteico que contém DNA primase e DNA helicase. O primossomo move-se ao longo da 
molécula de DNA, impulsionado pela energia do ATP. À medida que avança, a DNA helicase 
desenrola a dupla-hélice parental, e a DNA primase sintetiza os iniciadores de RNA necessários 
para iniciar sucessivos fragmentos de Okazaki. Os iniciadores de RNA são estendidos por ligação 
covalente com o acréscimo de desoxirribonucleotídeos pela DNA polimerase III. As DNA 
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topoisomerases produzem quebras transitórias no DNA que servem como pivôs para o 
desenrolamento do DNA e mantêm o DNA desentrelaçado. A proteína de ligação ao DNA 
unifilamentar recobre o DNA pré-replicativo desenrolado e o mantém estendido para a DNA 
polimerase III. Os iniciadores de RNA são substituídos por DNA pela DNA polimerase I, e os cortes 
unifilamentares deixados pela polimerase I são fechados pela DNA ligase. 
À medida que uma forquilha de replicação se move ao longo de uma dupla- hélice parental, dois 
filamentos de DNA (o filamento contínuo e o filamento descontínuo) são replicados na série 
altamente coordenada de reações já descritas. O aparelho de replicação completo que se move 
ao longo da molécula de DNA em uma forquilha de replicação é o replissomo. O replissomo contém 
a holoenzima DNA polimerase III; um centro catalítico replica o filamento contínuo, o segundo 
centro catalítico replica o filamento descontínuo, e o primossomo desenrola a molécula de DNA 
parental e sintetiza os iniciadores de RNA necessários para a síntese descontínua do filamento 
lagging. Para que os dois centros catalíticos da holoenzima polimerase III sintetizam tanto o 
filamento líder quanto o filamento atrasado nascentes, acredita-se que o filamento atrasado 
forme uma alça que se estende do primossomo até o segundo centro catalítico da DNA 
polimerase III. 
Em E. coli, o término da 
replicação ocorre em 
vários locais variáveis nas 
regiões denominadas terA 
e terB, que bloqueiam o 
avanço da forquilha de 
replicação nos sentidos 
anti-horário e horário, 
respectivamente. Então, 
as DNA topoisomerases ou 
enzimas de recombinação especial facilitam a separação das moléculas nascentes de DNA. O DNA 
é condensado no nucleoide, ou genoma dobrado, de E. coli, em parte pela super-helicoidização 
negativa produzida por DNA girase. 
Aspecto específico da replicação de 
cromossomos eucarióticos - - - - - - - - - - - - - - - 
Telomerase 
Na extremidade da molécula de DNA replicada de maneira descontínua, não haveria filamento de 
DNA para oferecer um grupo 3’-OH livre (iniciador) para polimerização dos 
desoxirribonucleotídeos depois da excisão do iniciador de RNA do fragmento de Okazaki terminal. 
A consequência da incapacidade de sintetizar após a retirada desse iniciados de RNA será 
10 Maria Eduarda Santiago Nascimento
observada na rodada seguinte de replicação cromossômica, quando o filamento agora encurtado 
do DNA servir como molde para a síntese de um novo filamento “parceiro”. O novo DNA dúplex 
não terá as sequências correspondentes àquelas do iniciador de RNA da rodada de replicação 
anterior. Essa perda de sequências é irreparável. Pior do que isso, é cumulativa. Após rodadas 
sucessivas de replicação, os cromossomos “encolherão” a partir de suas extremidades. A 
estrutura especial dos telômeros proporciona um ótimo mecanismo para que uma enzima que 
contém RNA, chamada telomerase, previna o encurtamento das extremidades cromossômicas. 
- Os telômeros dos seres humanos, que contêm a sequência repetida consecutiva TTAGGG, 
serão usados para ilustrar como a telomerase trabalha nas extremidades dos cromossomos. 
A telomerase reconhece a sequência de telômeros ricos em G na extremidade 3’ e estende-se 
no sentido 5’ —> 3’, uma unidade repetida por vez. A telomerase não preenche a lacuna oposta 
à extremidade 3’ do filamento-molde; ela apenas estende a extremidade 3’ do filamento-molde. A 
característica específica da telomerase é o seu molde de RNA intrínseco. Depois que a 
telomerase acrescenta várias unidades repetidas ao telômero, a DNA polimerase catalisa a 
síntese do filamento complementar. Não fosse a atividade da telomerase, haveria encurtamento 
progressivo dos cromossomos lineares. Se as deleções das terminações abrangessem um ou mais 
genes essenciais, esse encurtamento do cromossomo seria letal. 
- Uma alteração observada em muitas células cancerosas é a expressão dos genes 
codificadores da telomerase, que não são expressos na maioria das células somáticas. 
Portanto, uma linha de tratamento do câncer foi tentar desenvolver inibidores da telomerase 
de modo a promover a perda dos telômeros dos cromossomos nas células cancerosas e a 
morte dessas células. Contudo, outras células cancerosas não tem telomerase ativa, o que 
dificulta esse procedimento.
11 Maria Eduarda Santiago Nascimento
	Características básicas da replicação de DNA in vivo - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
	Replicação de DNA em procariotos - - - -
	Aspecto específico da replicação de cromossomos eucarióticos - - - - - - - - - - - - - - -