Histórico e Replicação do DNA

Prévia do material em texto

Base molecular da 
hereditariedade: natureza 
química, replicação, transcrição 
e tradução do DNA 
Cientistas que contribuíram para a 
compreensão da estrutura do DNA 
Experimento de Griffith - 1928 
Experimento de Avery, Macleod e McCarty - 
1944 
 
1. 
 
A estrutura primária do DNA – 
bases nitrogenadas – proporções 
de Chargaff et al (1948) 
anel de 6 lados ligado a um anel 
de 5 lados (DNA e RNA) 
Apenas um anel de 6 lados 
Tipos de nucleotídeos (base 
nitrogenada (N) + pentose + fosfato) 
Experimento de Hersey e Chase - 
1952 
Experimento de Hersey e Chase 
Experimento de Rosalind Franklin 
- 1953 
Pulo do gato de Watson e Crick – dupla 
hélice - 1953 
 
Investigaram a estrutura do DNA com dados 
disponíveis de outros pesquisadores 
 
Testaram as diferentes possibilidades de 
rearranjo químico criando modelos de 
arames e placas de ferro 
 
Em um dos modelos, a disposição química 
dos 4 nucleotídeos era compatível com a 
foto 51 do raio X 
Grande sacada!!! A-T e G-C (mas Chargaff 
já havia visto isso antes) 
O modelo de Watson e Crick é uma 
dupla hélice - 1953 
 
Características: 
1- dupla fita com dois filamentos 
2- os dois filamentos tem sentidos inversos 
3- giro para a direita – corrimão (DNA A e B) 
4- apresenta dois sulcos diferentes (interagir 
com proteinas reguladoras) 
5- ocorrem 10 pb por giro da hélice 
6 - bases nitrogenadas empilhadas para 
dentro e ... 
7- ...interagem por pontes de hidrogênio 
 
Modelo químico e a replicação – se é 
complementar, deve replicar (Watson e Crick) 
DNA e estruturas secundárias 
DNA A – ocorre na presença de pouca água / 
Menor e mais larga que o DNA B / não existe sob 
condições fisiológicas normais / giro p direita. 
 
 
 
 
DNA B – Watson e Crick / qdo muita água 
circunda a molécula / Estrutura predominante nas 
células / giro para direita / estrutura fina e longa 
 
 
 
 
DNA Z – hélice com giro para esquerda / resulta 
quando o DNA é colocado em solução SALINA. 
Pode ter um papel na expressão diferencial de 
genes (encontraram anticorpos específicos para o 
DNA Z+muito RNA). 
Replicação do DNA – inicialmente 
foram propostos 3 modelos 
..a molécula de DNA 
original é totalmente 
conservada 
..ambos os 
filamentos de DNA 
quebram-se e a fita 
original não é 
conservada 
..os dois filamentos 
servem de molde para a 
síntese de um novo DNA 
Replicação do 
DNA é 
semiconservativa 
- 
 modelo de 
Meselson e Stahl 
 
 - 
 centrifugação do 
DNA em meio 
salino 
Replicação do DNA é semiconservativa - 
modelo de Meselson e Stahl 
Modos de replicação 
Replicação teta (letra grega teta) – ocorre no DNA circular / 
única origem e bidirecional / E. coli e outras bactérias 
 
Modos de replicação 
Replicação em circulo rolante – única origem e 
unidirecional / ocorre em E. Coli e alguns vírus 
 
Modos de replicação – 
linear - eucariotos 
Modos de replicação – a adição de 
bases 
• Existem 5 DNA polimerases em E.coli. 
 
• A primeira DNA polimerase purificada foi a DNA 
polimerase I e apresenta 3 atividades: 
 
• Uma atividade de polimerase que catalisa o 
crescimento da cadeia no sentido 5’3’. 
 
• Uma atividade de exonuclease 3’5’, que remove 
bases mal pareadas. 
 
• Uma atividade 5’3’, que remove primers dos 
filamentos leading/lagging. 
 
Enzimas da replicação 
• A DNA polimerase II pode reparar o DNA danificado e reinicia 
a replicação após o DNA danificado ter sido reparado. 
 
• A DNA polimerase III, juntamente com a DNA polimerase I, 
está envolvida na replicação do DNA de E.coli e atua 
fortemente na polimerização. 
 
• O complexo total, ou holoenzima, da DNA polimerase III 
contém pelo menos 20 subunidades polipeptídicas diferentes. 
 
• As DNA polimerase IV e V atuam no reparo do DNA e na 
síntese translesão. 
Enzimas da replicação 
Replicação em E.coli- 
início 
 
• Proteínas iniciadoras (DnaA) ligam-se 
à oriC (245pb) e faz com que um curto 
trecho de DNA se desenrole; 
 
 
• Dna A corta inicialmente o DNA (agora 
fica unifilamentar) e em seguida a 
helicase continua e ... 
 
• ...as proteínas de ligação unifilamentar 
(SSBs, single strand binding proteins) 
se liga às fitas separadas para evitar 
recoilidização ou formação de 
grampos na fita única. 
 
 
DNA topoisomerases em seguida deselicoidizam o DNA e se agrupam 
em três classes: tipo I-5’, tipo I-3’e tipo II. 
tipo I - quebram somente um dos polinucleotídeos 
tipo II (DNA girase) - quebram ambos os polinucleotídeos aliviando a 
tensão 
 
o problema da iniciação e união dos fragmentos de Okazaki 
na fita lagging 
 
 
• A principal complexidade da replicação do DNA é que os dois filamentos 
dissociados da molécula original não podem ser tratados do mesmo modo. 
 
 
• Um filamento é de replicação contínua e outro descontínua. 
5 3 
5 3 
 
• Em ambos filamentos a DNA polimerase III não pode iniciar a síntese de DNA 
sem um grupo 3’-OH (um nucleotídeo preexistente) – chamado de iniciador 
(primer de RNA). 
 
• primers de RNA são adicionados ao filamento contínuo e descontínuo, por 
uma RNA polimerase. 
 
• A RNA polimerase é chamada de primase e atua em conjunto com seis ou 
mais proteínas (formando o primossomo). 
 
No filamento descontínuo (lagging), a DNA polimerase III sintetiza DNA apenas 
por certa distância antes de atingir o primer. 
 
Neste ponto, a DNA polimerase III pára e uma DNA polimerase I entra em ação, 
continuando a síntese de DNA e desempenhando outra função importante, a 
de remoção dos primers, substituindo-os por desoxirribonucleotídeos. 
 
DNA pol I começa a sintetizar DNA antes de encontrar o primer – qdo 
encontra remove as bases do primer (RNA) e substitui por DNA. 
A reação final é a união dos fragmentos de DNA pela DNA ligase. 
Novo modelo de replicação de E. coli 
Replicação do DNA em eucariotos 
As células eucarióticas usam milhares de origens: precisa ser sincronizadas e 13 
DNA polimerases (alta fidelidade e de translesão). 
 
 
Múltiplos sítios: PROBLEMA!!!!! todo o genoma deve ser replicado 
precisamente uma vez e de uma vez no ciclo celular. 
 
Outro problema: A CROMATINA 
Prof. Henrique Santana Costa, M.Sc. 
DNA POLIMERASES NOS EUCARIOTOS 
Em 2008, Alshire e Karpen (Nature) postularam os 2 modos de replicação dos 
nucleossomos: (1) histonas se dividiriam ao meio no momento da replicação e 
cada fita molde receberia a metade de um nucleossomo. A outra metade seria 
sintetizada concomitante a replicação do DNA e 
 
 
(2) formação de novos nucleossomos inteiros, pois na replicação, a distribuição 
de nucleossomos seria alternada na filta mode e fita nova. 
Replicação do DNA em eucariotos 
A cromatina funcional 
• A estrutura da cromatina precisa ser frequentemente 
modificada para permitir replicação e transcrição do 
DNA e para a condensação mitótica/meiótica... 
 
• ....e pode ser regulada por diversas proteínas: 
 
• - Complexos remodeladores da cromatina 
• - Histonas não-canônicas 
• - Histonas modificadas após sua síntese 
• - Outras proteínas que se ligam à cromatina 
 
• A cromatina pode também ser alterada por 
modificações dos nucleotídeos (metilação de 
citosinas) 
Replicação dos 
nucleossomos 
Ocorre durante a fase S, 
imediatamente após a replicação do 
DNA 
 
Podem ser sintetizados de novo ou de 
forma “semi-conservativa” 
 
Para replicar o DNA é preciso 
afrouxar as ligações histonas-DNA, o 
que envolve a ação de complexos 
remodeladores da cromatina e/ou 
acetilação de H3 e H4 
 
Alberts et al. (2004) Biologia Molecular da Célula, Artmed 
Replicação nos telômeros – outro 
problema – DNA linear tem pontas! 
Replicação nos telômeros – outro 
problema – DNA linear tem pontas! 
Quando o primer no final do cromossomo da fita lagging foi removido, ele não 
pode ser substituído por nucleotídeospela 
Falta da hidroxila 3’ 
 
 
 
A fita lagging do telômero é preenchida pela telomerase (uma ribonucleoproteina 
que se complementa com as GGGGTT (leading) na sua parte de RNA) .... 
 
 
...a RNA telomerase fornece um molde para a síntese de cópias adicionais de 
DNA na fita leading (GGGGTTGGGG). 
Replicação nos telômeros 
Replicação nos 
telômeros 
-ainda não está claro como 
lagging é sintetizada 
 
POSSIBILIDADES??? 
 
 
 
1- DNA pol α sintetiza primer 
e novamente tudo começa? 
 
 
2- a ponta unifilamentar 3’ da 
leading dobra sobre si 
mesma fornecendo uma 
ponta 3’ para fechar a fita 5’ 
 
 
4- DNA telomerase com sua 
parte de RNA e ponta 3’ 
funcionaria como um 
“primer”???