Replicação do DNA

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Bruna Siqueira de Arruda - Medicina
RE���C�ÇÃO D� ���
Es��ut��� �o D�A:
DNA: cadeia polimérica de nucleotídeos
Nuc����íde��
Composto por:
● Grupo fosfato → podem possuir de 1 a 3 fosfatos
● Pentose → açúcar com 5 carbonos (ribose no RNA e desoxirribose no DNA)
Nucleosídeo: termo que se refere a uma molécula formada por uma pentose e
por uma base nitrogenada; nucleotídeo sem o grupo fosfato.
Exemplo: Pode-se se referir a um nucleotídeo como nucleosídeo trifosfato
(especifica quantos fosfatos há).
● Bases nitrogenadas → adenina e guanina (purinas); timina, citosina e uracila
(pirimídicas).
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Div��ão c����ar
Para que haja divisão celular, a célula necessita duplicar todos os seus constituintes,
principalmente o material genético, essencial para a transmissão de informações. A
replicação é um processo extremamente importante de preparação. As etapas da
divisão celular são, basicamente, essas:
G1 → célula metabolicamente ativa, produzindo seus constituintes.
S → início de síntese de nova molécula de DNA, utilizando o seu próprio como molde;
REPLICAÇÃO DO DNA.
G2 → célula metabolicamente ativa, aumentando em volume e organelas, alterando
estrutura, conferência do material genético duplicado.
Rep����ção d� D�A
As�e�t�� ��ra��
● Para que haja replicação, é necessário fazer com que as fitas de DNA se abram
(que as interações entre si sejam desfeitas), de modo com que cada fita
parental torne-se molde para uma nova fita.
● A nova estrutura de DNA formada é semiconservativa, ou seja, possui uma
fita molde e uma fita nova (fruto da replicação).
● A partir da fita molde, os nucleotídeos são adicionados pareando as
bases nitrogenadas (nucleotídeos livres - ATP, GTP).
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Os nucleotídeos existem livremente na forma de desoxirribonucleosídeo
5-trifosfato (dNTP).
Na região do carbono 3’ da molécula de dNTP, há um OH, a partir do qual é possível
que haja ligações químicas entre os dNTPs.
Por ação enzimática, o OH é retirado do dNTP (além do OH, também é retirado um
hidrogênio do grupo fosfato, então é possível concluir que essa reação libera uma
água). Assim, 2 dNTPs se unem por ligação fosfoéster, possibilitando a formação de
uma cadeia nucleotídica.
Por já haver uma ligação fosfoéster no nucleotídeo que está sendo ligado (entre o
grupo fosfato e a pentose), pode-se dizer que os nucleotídeos possuem uma
ligação FOSFODIÉSTER.
Lembrar sempre: A LIGAÇÃO FOSFOÉSTER ACONTECE SEMPRE ENTRE O
CARBONO 3’ E O GRUPO FOSFATO.
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O fato do nucleotídeo ser sempre adicionado no carbono 3’ explica o porquê do
crescimento da fita ser no sentido 5’ → 3’.
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En�i�� D�A-po����ra��
A DNA-polimerase catalisa a adição de dNTPs à extremidade 3’ da fita nova que está
sendo construída, promovendo a ligação fosfoéster. A ação dessa enzima exige
energia, que provém da saída de pirofosfato (dois grupos fosfatos) do nucleotídeo,
que age como fonte energética para que a ligação fosfoéster seja formada.
A enzima em questão possui dois sítios catalítico para diferentes reações:
1. Sítio de polimerização (P) → reconhece o OH livre do carbono 3’ para fazer a
ligação fosfoéster.
2. Sítio de exonuclease (E) → remove ou degrada nucleotídeos da extremidade.
O DNA é replicado com alta fidelidade, tendo seus erros reconhecidos pela
DNA-polimerase com o sítio de exonuclease.
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A reparação do DNA pode acontecer tanto no sentido 5’ → 3’, quanto no sentido
3’ → 5’ (“voltando o caminho de ida da replicação”).
O reparo de pareamento incorreto está relacionado com a geometria dos
pareamentos, que é verificada pela DNA-polimerase. Se houver incorreções,
uma reação de exonuclease é ativada para remover ou degradar o nucleotídeo.
A DNA-polimerase é dividida em classificações em relação a procariontes e
eucariontes.
Em Procariontes:
● DNA-polimerase III: mais importante e rápida no processo de polimerização;
possui função de exonuclease.***************** principal
● DNA-polimerase II: parecida com a III, porém mais lenta; relacionada com o
reparo de lesões na molécula de DNA.
● DNA-polimerase I: mais lenta; função principal de reparo (exonuclease);
preenche espaços deixados pela remoção de primers.
Em eucariontes:
● DNA-polimerase alfa: replicação da fita descontínua do cromossomo nuclear.
● DNA-polimerase delta: replicação do filamento contínuo do cromossomo
nuclear; PRINCIPAL QUE FAZ A POLIMERIZAÇÃO DA FITA DE DNA***********
● DNA-polimerase épsilon: reparo do DNA
● DNA-polimerase beta: reparo do DNA
Todas as DNA-polimerases possuem duas propriedades de extrema importância.
São elas:
● Somente sintetizam DNA na direção 5’ → 3’, adicionando dNTP à hidroxila do
carbono 3’ da cadeia crescente.
● Não possuem a capacidade de iniciar a síntese de DNA “de novo”, ou
seja, sem que haja uma hidroxila livre pronta para ser ligada ao grupo fosfato.
Assim, é necessário que haja um primer.
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Primer é uma sequência de nucleotídeos de RNA que marca o início da
replicação, possibilitando a ação da enzima DNA-polimerase. Ao contrário da
síntese de DNA, a síntese de RNA pode ser iniciada “de novo”.
A PCNA (eucariotos) ou cinta deslizante (procariotos) interage com a DNA
polimerase, mantendo-a presa ao DNA (impede que a DNA polimerase se solte).
A PCNA é um marcador utilizado na clínica para observar se está tendo replicação
adequada ou não, pois ela se eleva quando há replicação (DNA polimerase não,
sempre está).
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Com� ��o�t��� a ��p���ação?
Origem de replicação:
● Posição onde a hélice inicia a sua abertura (separação das duas fitas).
● Região rica em pares adenina e timina (A-T), interações mais facilmente
desfeitas por realizarem duas ligações de hidrogênio - citosina e guanina
realizam três ligações de hidrogênio, por isso são mais difíceis de serem
desfeitas.
Forquilha de replicação:
● Região ativa na síntese de DNA (produção da fita nova), onde se
encontram as enzimas de replicação.
● Em cada forquilha, é possível observar a abertura da dupla hélice e a replicação,
ou seja, as duas fitas molde e as duas fitas novas sendo sintetizadas.
Obs.: a forquilha forma uma estrutura em Y.
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A enzima DNA-helicase quebra as ligações de hidrogênio entre as bases
nitrogenadas permitindo a separação das fitas parentais. Essa enzima precisa estar
associada à hidrólise de ATP para agir.
Para manter e estabilizar a fita aberta, a proteína fator replicativo A (em
eucariotos) ou a proteína ligadora de fita simples(em procariotos). Essas
proteínas são denominadas SSB e evitam, temporariamente, o repareamento das
bases.
Pela propriedade de antiparalelismo das fitas parentais, as fitas novas não podem
ser sintetizadas na mesma direção, isto é, as duas em sentido da forquilha ou em
sentido contrário, tendo em vista que isso exigiria que uma fosse produzida em
sentido 3’ → 5’, o que não é possível pela posição do carbono 3’ que recebe a ligação
com o grupo fosfato.
A fita que se direciona à forquilha de replicação é chamada de fita contínua ou
líder (cadeia leading) e utiliza somente um primer para a replicação toda.
A fita nova que vai em sentido contrário da forquilha de replicação é chamada de
fita descontínua ou retardada (cadeia lagging). Nela, os primers vão sendo
colocados aos poucos, no decorrer da separação das fitas parentais, formando
fragmentos de Okazaki (pedaços de DNA recém-sintetizados).
Então, as fitas que estão sendo produzidas estão no mesmo sentido (5’ → 3’), mas não
na mesma direção (uma em direção a forquilha e outra em direção contrária da
forquilha).
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A enzima DNA-primase é responsável pela síntese de primers. Os nucleotídeos
posteriores do primer são adicionados pela DNA-polimerase. Em eucariotos, aDNA-polimerase alfa estão associadas nesse processo, adicionando cerca de 2 a 3
nucleotídeos posteriores ao primer, porém é a DNA-polimerase delta a
principal responsável por alongar a fita, tanto a contínua quanto a descontínua.
Em procariotos, a DNA-polimerase tipo III é a principal enzima replicativa,
atuando tanto na síntese da fita contínua quanto na da descontínua
Para que os fragmentos de DNA da fita descontínua sejam unidos, os primers (RNA)
devem ser retirados por exonucleases (eucariotos) ou RNase H (procariotos).
Diante da retirada dos primers, a enzima DNA-ligase é responsável por unir os
fragmentos de Okazaki, formando ligações fosfodiésteres (entre o último
nucleotídeo de um fragmento de okasaki e o primeiro nucleotídeo de outro
fragmento); para que essa união seja possível deve haver moléculas de ATP.
Os espaços deixados pelos primers retirados são preenchidos por nucleotídeos pela
ação da DNA-polimerase delta (eucariotos) e da DNA-polimerase tipo III
(procariotos).
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Durante o processo de replicação, à medida que as fitas parentais são desenroladas,
as regiões do DNA à frente da forquilha de replicação são forçadas a girar. Esses giros
resultariam numa supertorção e forte tensionamento, o que é evitado pelas
enzimas topoisomerases.
As enzimas topoisomerases provocam a quebra numa região à frente da forquilha
de replicação. Vale ressaltar que essas enzimas catalisam reações reversíveis, isto é,
podem quebrar e também ressintetizar a porção do DNA (desfaz e refaz). Há dois
tipos de topoisomerases, sendo elas:
Topoisomerase I → causa quebra em UMA fita de DNA.
Topoisomerase II → causa a quebra nas DUAS fitas de DNA.
As quebras relacionadas com as topoisomerases servem como pontos de
desenrolamento, permitindo que as fitas de DNA girem livremente e impedindo a
supertorção do DNA.
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Obs.: Mesmo os cromossomos eucarióticos, compostos por moléculas lineares de
DNA (e não circulares como as dos seres procariontes), necessitam da ação de
topoisomerases. Caso contrário, os cromossomos girariam continuamente durante a
replicação do DNA.
A enzima DNA primase não adiciona primer até o fim da fita de DNA na fita
descontínua , ou seja, o final não seria replicado se dependesse dela. Entra em cena,
então, a enzima telomerase, responsável por replicar a região telomérica
(telômero).
A telomerase reconhece a sequência repetitiva que compõe os telômeros, ligando-se
a ela. Através de um primer que leva consigo, a telomerase adiciona as repetições
teloméricas à fita molde (síntese de DNA dependente de RNA; transcrição reversa). A
partir daí, por ação da enzima DNA-polimerase, há o alongamento da fita
descontínua de DNA que está sendo construída. Pode-se dizer que a enzima
telomerase é uma transcriptase reversa, tendo em vista que a partir de uma
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sequência de nucleotídeos de RNA (primer) consegue produzir DNA. Desse modo, o
telômero é replicado e continua mantendo a sua função protetora do DNA.
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Forms
https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLSfqtQbT_HoaxWcTC1yVsNOQ6zYT23k14JdEMT8SvpUU_jMbNg/view
form
Vídeo REPLICAÇÃO:
https://www.youtube.com/watch?v=T3RK7w0nfOc&t=125s
Animação sobre a Replicação do DNA
DÚVIDA (email Arthur)
Os primers de RNA da fita descontínua são retirados durante o processo de replicação ou no final? (imagem livro
me confundiu)
https://forms.gle/4KG8k51UFcCNdKYh6
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https://www.youtube.com/watch?v=T3RK7w0nfOc&t=125s
https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLSfqtQbT_HoaxWcTC1yVsNOQ6zYT23k14JdEMT8SvpUU_jMbNg/viewform
https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLSfqtQbT_HoaxWcTC1yVsNOQ6zYT23k14JdEMT8SvpUU_jMbNg/viewform