REPLICAÇÃO E REPARO DO DNA

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GENÉTICA E EMBRIOLOGIA 
Vanessa Berto 
REPLICAÇÃO E REPARO DO DNA 
OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM 
• Saber a importância do entendimento do pro-
cesso replicativo e de reparo do DNA; 
• Conhecer o contexto da vida da célula onde o 
processo replicativo e de reparo ocorrem (euca-
rionte e procarionte); 
• Aprender como se inicia a replicação em euca-
riontes e procariontes; 
• Entender como se desenvolve a replicação em 
eucariontes e procariontes; 
• Reconhecer como termina a replicação em eu-
cariontes e procariontes; 
• Saber os principais mecanismos de reparo do 
DNA; 
• Compreender como as falhas na replicação e no 
reparo podem dar origem a doenças genéticas 
como câncer. 
QUANDO UMA CÉLULA FAZ REPLICAÇÃO? 
 
• A replicação é a capacidade de duplicação do ma-
terial genético de uma célula. É realizada para a 
célula crescer, duplicar, cicatrizar, fazer manu-
tenção, fazer mitose... Divisão celular. 
• Ocorre durante a interfase, na fase S. 
• Reparo é importante para a manutenção da ho-
meostase. 
• Se um dos mecanismos de reparo estiver inade-
quado, poderá haver comprometimento da ho-
meostase do organismo (DNA duplicado com erro 
→ código genético copiado pelo RNAm de forma 
inadequada → código traduzido de forma errada 
→ produção de proteínas inadequadas → prote-
ína inadequada pode comprometer o funciona-
mento das células, dos órgãos e tirar a homeos-
tase do organismo). 
 
REPLICAÇÃO 
• É semiconservativa; 
• Inicia-se em origens fixas; 
• Geralmente é bidirecional a partir de cada origem 
de replicação; 
• A síntese de um novo filamento de DNA ocorre na 
velocidade aproximada de: 
o 3000 nucleotídeos/min (humanos) 
o 30000 nucleotídeos/min (bactérias) 
• Processo muito acurado (para evitar que erros 
ocorram ou, caso ocorram, para repará-los); 
• Média de apenas 1 erro por bilhões de nucleotí-
deos incorporados; 
• Já se conhece a maioria das características prin-
cipais do mecanismo que possibilita replicação 
rápida e acurada do DNA, embora ainda haja 
muitos detalhes moleculares a esclarecer. 
COMO SE INICIA UMA REPLICAÇÃO? 
• Inicia-se em um único local no cromossomo cir-
cular de Escherichia coli 
o Essa origem da replicação controla a replica-
ção do cromossomo inteiro; 
• Nos grandes cromossomos de eucariotos 
o Múltiplas origens controlam coletivamente a 
replicação da molécula gigante de DNA de 
cada do cromossomo; 
• Dados atuais indicam que essas múltiplas ori-
gens de replicação em cromossomos eucarióticos 
localizam-se em sítios específicos; 
• Cada origem controla a replicação de uma uni-
dade de DNA chamada réplicon: 
o Cromossomos procarióticos (maioria): 1 répli-
con 
o Cromossomos eucarióticos: muitos réplicons. 
 
Obs.: Esses pares de base atraem a RNA polime-
rase para dar início à replicação. 
COMO UMA REPLICAÇÃO SE DESEN-
VOLVE? (BACTÉRIAS) 
• A replicação do cromossomo de E. coli é bidireci-
onal, a partir da origem única de replicação; 
• Cada estrutura em forma de Y é uma forquilha 
de replicação; 
• As duas forquilhas se movem em direções opos-
tas (nem sempre é bidirecional), sequencial-
mente em torno do cromossomo circular. 
 
 
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A REPLICAÇÃO PROPRIAMENTE DITA 
• Os detalhes moleculares de muitos fenômenos 
genéticos foram elucidados por meio do estudo 
dos procariotos (preferência: bactéria E. coli); 
• Síntese contínua de um filamento e síntese 
descontínua do outro; 
• Os 2 novos filamentos sintetizados em cada for-
quilha de replicação do DNA estão sendo esten-
didos no mesmo sentido; 
• Esses 2 filamentos têm polaridades opostas; 
• Um é estendido em sentido 5’→3’ e o outro em 
sentido 3’→5’; 
• As enzimas que catalisam a síntese do DNA (DNA 
polimerase) só conseguem adicionar nucleotí-
deos na extremidade 3’ de um filamento de DNA, 
ou seja, sintetizam o DNA somente do sentido 
5’→3’; 
• Filamento líder: é estendido continuamente por 
meio da adição sequencial de nucleotídeos; 
• Filamento descontínuo (lagging): estende-se de 
modo descontínuo pela síntese do DNA. 
 
Síntese da nova fita: 5’→3’ 
Leitura da fita molde: 3’→5’ 
• Após a ação da DNA helicase (desenrola a dupla 
fita), é preciso manter a dupla fita na forma uni-
filamentar estendida para replicação (não permi-
tir que ela volte a se enrolar); 
• Esse estado é mantido por um revestimento de 
proteína de ligação ao DNA unifilamentar 
(proteína SSB) 
o Sem a cobertura de proteína SSB, poderia ha-
ver renaturação dos filamentos complementa-
res ou formação de estruturas em grampo in-
trafilamentares por ligações de hidrogênio en-
tre segmentos curtos de sequências nucleotí-
dicas. 
• DNA topoisomerase catalisa as quebras transi-
tórias das moléculas de DNA, mas usam ligações 
covalentes entre si para se fixarem nas molécu-
las clivadas. Há 2 tipos de topoisomerases: 
o Enzima DNA TOPOISOMERASE I produzem 
quebras ou cortes unifilamentares temporá-
rios no DNA 
o Enzima DNA TOPOISOMERASE II (GIRASE) 
produzem quebras bifilamentares transitórias 
no DNA 
o Uma importante consequência dessa dife-
rença é que as atividades da topoisomerase I 
desfazem uma super hélice do DNA de cada 
vez, ao passo que as enzimas topoisomerases 
II desfazem e criam duas super hélices por vez 
 
 Obs.: ANTIBIÓTICOS 
 
• Cada nova cadeia de DNA é iniciada pro um ini-
ciador (primer) de RNA curto sintetizado por 
RNA primase (PRIMOSSOMO); 
• A DNA primase de E. coli é produto do gene 
DNAG 
o Procariotos: iniciadores com 10 a 60 nucle-
otídeos de comprimento; 
o Eucariotos: iniciadores com cerca de 10 nu-
cleotídeos de comprimento 
• Os iniciadores de RNA oferecem os grupos 
3’-OH livres necessários para extensão cova-
lente de cadeias polinucleotídicas por DNA po-
limerases 
o DNA POLIMERASE III: catalisa o acréscimo 
de desoxirribonucleotídeos aos iniciadores 
de RNA; modo contínuo (filamento líder) ou 
descontínuo (formação dos fragmentos de 
Okazaki) 
o DNA POLIMERASE I: faz a excisão dos inici-
adores de RNA e a substituição deles por ca-
deias de DNA) 
• DNA ligase: catalisa a formação de uma ligação 
fosfodiéster entre os fragmentos de Okazaki 
• Na E. coli, há no mínimo 5 DNA polimerases: 
o DNA POLIMERASE I: reparo do DNA; 
o DNA POLIMERASE II: reparo do DNA; 
o DNA POLIMERASE III: atividade de polime-
rase 5’→3’ e atividade de exonuclease 3’→5’ 
o DNA POLIMERASE IV: replicação do DNA 
lesado; 
o DNA POLIMERASE V: replicação do DNA 
lesado. 
• Os organismos eucarióticos codificam ainda 
mais polimerases (identificadas pelo menos 
15 DNA polimerases diferentes) 
o Denominadas Α, Β, Γ, Δ, Ε, Κ, Ξ, Η, Θ, Κ, Λ, 
Μ, Σ, Φ E REV1; 
o Duas ou mais DNA polimerases (α, δ e/ou ε) 
atuam em conjunto para levar a cabo 
o A replicação semiconservativa do DNA nu-
clear 
o DNA polimerase G é responsável pela repli-
cação do DNA em mitocôndrias 
 
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o DNA polimerases β, ε, κ, ζ, η, θ, κ, λ, μ, σ, φ 
e rev1são enzimas de reparo do DNA ou têm 
outras funções metabólicas. 
o Algumas DNA polimerases eucarióticas não 
têm a atividade de exonuclease 3' → 5’ pre-
sente na maioria das DNA polimerases pro-
carióticas. 
RESUMINDO... 
1. Helicase e topoisomerase vão abrindo a du-
pla fita 
- Helicase abre as pontes de hidrogênio e 
desenrola o DNA 
- Topoisomerase quebra a fita, desenrola e 
depois monta 
2. Chegam as proteínas estabilizadoras SSB 
3. Primer-iniciador (sequência de RNA), inse-
rido pela RNA primase, atrai a DNA poli-
merase III 
4. Chega a DNA polimerase III fazendo a in-
serção dos novos nucleotídeos com base na 
fita molde e dando início à replicação 
5. Na fita descontínua, surgem os fragmentos 
de Okasaki, que contêm primer de RNA 
6. DNA polimerase I faz a retirada dos pri-
mers de RNA na fita descontínua 
7. DNA ligase faz a junção dos fragmentos 
 
ASPECTOS IMPORTANTES PARA SEREM 
CONSIDERADOS NOS EUCARIONTES 
• Há menos informações disponíveis sobre are-
plicação de DNA em organismos eucarióticos; 
• As informações disponíveis são suficientes para 
concluir que há similaridades entre os proces-
sos em eucariontes e procariontes; 
o Os iniciadores de RNA e os fragmentos de 
Okasaki são mais curtos em eucariotos; 
o Os filamentos líder e lagging replicam-se 
por mecanismo contínuo e descontínuo; 
• Alguns aspectos da replicação de DNA são ex-
clusivos dos eucariotos: 
o A síntese de DNA ocorre somente na fase S; 
o Múltiplas origens de replicação; 
o Usam 2 ou mais polimerases diferentes 
o DNA eucariótico é acondicionado em nu-
cleossomos (histonas), o que diminui a veloci-
dade da duplicação. 
COMO OCORRE A REPLICAÇÃO DA PARTE 
FINAL DO CROMOSSOMO? 
Telômeros → telomerase 
• DNA polimerase não replica o segmento de DNA 
terminal do filamento lagging de um cromos-
somo linear; 
• Sem filamento de DNA para oferecer um grupo 
3’-OH livre (iniciador) para a polimerização dos 
desoxirribonucleotídeos, o que pode deixar al-
guns nucleotídeos sem a replicação, ocasio-
nando o encurtamento do filamento de DNA; 
• Filamento agora encurtado do DNA, servirá de 
molde para a síntese de um novo filamento 
“parceiro”; 
• O novo DNA não terá as sequências correspon-
dentes àquelas do iniciador de RNA da rodada 
de replicação anterior; 
• Essa perda de sequências é irreparável e cumu-
lativa; 
• Os cromossomos “encolherão”; 
• Telomerase: previne o encurtamento das ex-
tremidades cromossômicas e, consequente-
mente, o envelhecimento celular. 
 
RELAÇÃO ENTRE COMPRIMENTO DO TE-
LÔMERO E ENVELHECIMENTO EM SERES 
HUMANOS 
• Obtida em estudos de indivíduos com distúrbios 
denominados progérias, que são caracterizados 
por envelhecimento prematuro; 
FORMA MAIS GRAVE DE PROGÉRIA 
SÍNDROME DE HUTCHINSON-GILFORD 
• Senescência → surgimento de rugas, calvície e 
outras manifestações de envelhecimento; 
• Começa imediatamente após o nascimento e, ge-
ralmente, há morte na adolescência; 
• Essa síndrome é causada por uma mutação do-
minante no gene codificador da lamina A, prote-
ína que participa do controle do formato do nú-
cleo das células; 
• Não se sabe por que essa mutação causa enve-
lhecimento prematuro. 
FORMA MENOS GRAVE DE PROGÉRIA 
SÍNDROME DE WERNER 
• Senescência começa na adolescência e a morte 
geralmente sobrevém na faixa de 40 anos; 
• Causada por uma mutação recessiva no gene 
WRN, que codifica uma proteína participante dos 
processos de reparo do DNA; 
• Indivíduos com ambas as formas de progérias 
têm telômeros mais curtos e exibem capacidade 
proliferativa diminuída quando cultivadas em 
cultura. 
 
MECANISMOS DE REPARO DO DNA 
• Reparar os erros da replicação 
o DNA POL III: 1 erro a cada 105 pares de ba-
ses; 
o REVISÃO DNA POL I: 1 erro a cada 107 pares 
de bases; 
o MMR: 1 erro a cada 1010 pares de bases. 
 
 
 
 
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TIPOS DE REPARO 
 
 
 
DEFEITOS EM GENES DA VIA DE REPARO 
POR EXCISÃO DE NUCLEOTÍDEOS (NER) 
• Síndrome de Cokayne 
o Fotossensibilidade 
o Disfunção neurológica progressiva 
o Déficit intelectual 
• Xeroderma pigmentoso 
o Sensibilidade à UV 
o Câncer de pela 
o Envelhecimento precoce 
DEFEITOS EM GENES DA VIA DE REPARO 
DE MALPAREAMENTO (MMR) 
- Genes homólogos de MultS e MultL 
• Câncer colorretal hereditário sem polipose 
(HNPCC) ou Síndrome de Lynch 
o Presente em 1 a cada 200 pessoas 
DEFEITOS EM GENES DA VIA DE REPARO 
DE QUEBRA DE FITA DUPLA 
- Proteína p53 
• Mutação na p53 está envolvida com diversos 
tipos de cânceres 
o A p53 reconhece danos no DNA, especial-
mente quebras de dupla fita 
o Ativa proteínas de reparo ou apoptose 
• Síndrome de Li-Fraumeni 
o Predisposição para vários cânceres 
CÂNCER × REPARO 
• Notável coincidência entre estudos de muta-
ções que predispõem ao câncer e estudos de 
mutações em proteínas de reparo; 
• Defeito no reparo → aumenta mutações → au-
menta chance de câncer; 
• Herança autossômica recessiva.