Replicação do DNA

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Replicação do DNA 
Abertura da dupla fita
DNA helicase 
Reaproximação Tensão
Ruptura
Perda de
informações
genéticas
Ação das topoisomerases
Proteínas ligadoras de fita simples
Se ligam a fita simples, impedindo a
reaproximação
Fitas separadas
Girase
Giros na molécula
Relaxamento
Impede a ruptura 
Construção das novas fitas de DNA 
DNA polimerase 
Enzima
Une os monômeros através
de ligações fosfodiéster 
Adiciona nucleotídeos à
extremidade 3'OH livre 
Primer
Ou iniciador, iniciam os 10 primeiros nucleotídeos, no
fim são removidos e substituídos.
EX: enzima RNA primase
Direção da síntese: 5'-3'
Helicase abre e são adicionados nucleotídeos.
Helicase abre e adiciona-se o primer que polimeriza em 3'- 5'
1.
2.
Formação de fragmentos de Okazaki
Serão unidos por DNA-ligase formando a fita contínua
O material genético é transmitido da célula-mãe para células-filhas na
divisão celular, o que depende da capacidade de replicação das moléculas
de DNA bifilamentar, em geral, as moléculas constituídas por centenas de
milhões de pares de nucleotídeos são duplicadas com poucos erros.
Propagação da informação genética
O DNA é o material genético dos organismos celulares, capaz de se replicar para ser transmitido de uma célula a outra, contendo informações para
orientar atividades celulares e guiar desenvolvimento, atividade e comportamento, com possibilidade de se modificar para se adaptar às circunstâncias. 
O processo de replicação baseia-se na natureza complementar dos
filamentos que constituem as moléculas bifilamentares de DNA, mantidos
unidos por ligações de H fracas entre pares de bases específicas. Quando as
ligações se rompem, os filamentos separados servem de molde para a
síntese de novos filamentos, montados pela incorporação gradual de
nucleotídeos opostos aos do molde, seguindo a regra de pareamento de
bases. No fim, cada filamento molde faz par com um filamento recém-
sintetizado, criando 2 moléculas duplas idênticas a partir da catalização de
algumas enzimas. 
É essencial que o mecanismo celular de replicação do DNA seja rápido e
preciso, com correção de erros durante e imediamente após a replicação. 
A síntese de DNA tem 3 etapas: INICIAÇÃO DA CADEIA, EXTENSÃO DO
ALONGAMENTO DA CADEIA e FINALIZAÇÃO DA CADEIA. 
Características básicas da replicação de DNA
A replicação do DNA está diretamente relacionada à técnica de PCR (reação
em cadeia polimerase) motivada pela divisão celular, assim, a célula apenas
replica quando ela for dividir - na mitose, as células filhas são geneticamente
idênticas a célula mãe, logo tem o mesmo DNA e a mesma quantidade de
cromossomos (necessidade de replicação).
 
Na replicação a partir de 1 molécula geram-se 2 moléculas, formando sempre
o dobro de células (2 células originam 4 células, que geram 8, e assim
sucessivamente). Além disso é preciso que essas células formadas ao final do
processo tenham a mesma quantidade de cromossomos da célula mãe - isso
se antes da divisão houver replicação. 
Na interfase, ocorre SÍNTESE DE DNA majoritariamente, cujo objetivo final é a
transmissão de material genético para as células-filhas.
Uma das características do processo de replicação é a semi-conservação
(parcialmente conservativo) pois 1/2 do material genético é da fita mãe e a
outra metade é uma fita nova, assim, os 2 filamentos complementares da
dupla hélice se desenrolam e se separam, e cada 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, havendo
conservação de 1/2 da molécula parental. 
Tipos de replicação 
LEGENDA: há uma dupla fita
que se separa e cada um das
fitas são usadas como molde
para a construção da nova
fita, então metade do material
genético da fita mãe (semi-
conservativa).
IMPORTÂNCIA: por conta da replicação semi-conservativa, pode-se
estabelecer vínculos genéticos, linhagens evolutivas, fazer teste de DNA,
verificar a derivação do vírus (se há uma nova variante) e descoberta de uma
nova espécie. 
Replicação semi-conservativa
Nesse caso, a dupla-hélice parental
seria conservada e uma nova
dupla hélice seria sintetizada,
assim, a replicação do DNA resulta
em uma molécula formada por 2
fitas originais de DNA (idênticas à
molécula original de DNA) e outra
molécula formada por 2 novas fitas
com a mesma sequência de
molécula original. 
Replicação conservativa
 Neste tipo, segmentos de ambos
os filamentos da molécula de DNA parental seriam conservados e usados
como moldes para a síntese de segmentos complementares que seriam
unidos para criar novos filamentos - ou seja, cada fita individual é uma
colcha de retalhos do DNA novo e do original, resultando em 2 moléculas
híbridas de DNA parental e da molécula filha. 
Replicação dispersiva
Ocorre quando as moléculas são expostas a alta temperatura ou pH
elevado, as ligações de hidrogênio e hidrofóbicos que unem os filamentos
complementares na dupla hélice são quebradas e os 2 filamentos se
separam (desnaturação), em geral, apresenta 1 bolha de replicação com 2
forquilhas de replicação que se movimentam e replicam o DNA em 2 sentidos
opostos.
Replicação bidirecional 
Layane Silva 
procariotos eucariotos1 cromossomo 46 cromossomos
O DNA possui uma dupla fita fechada e helicoidal, ambas ligadas por pontes
de hidrogênio, os nucleotídeos presentes estão conectados por ligações
fosfodiéster, no entanto, para que a fita de DNA seja duplicada é preciso
abri-las, utilizando componentes moleculares que auxiliam esse processo - o
principal deles é a DNA helicase que age no início da replicação. 
Abertura da dupla fita 
presença dos nucleossomos que faz com que os fragmentos de Okazaki
dos eucariontes sejam menores do que os dos procariontes.
o cromossomo das bactérias contém um único replicon, enquanto os
cromossomos dos organismos eucarióticos contêm vários.
REPLICAÇÃO EM PROCARIOTOS: seres mais simples (como bactérias)
apresentam apenas 1 ponto de início de replicação, assim, possuem DNA
circular com apenas 1 cromossomo que forma 2 cromossomos circulares.
Assim, os 2 novos filamentos sintetizados em cada forquilha de replicação
estão sendo estendidos na mesma direção, como a síntese está ocorrendo
na extremidade 5' de um filamento (3' - 5') e na extremidade 3' do outro
filamento (5' - 3'). Contudo, as enzimas que catalisam a replicação do DNA, as
DNA polimerases tem necessidade de um grupo 3'-hidroxila livre (só ocorre
síntese em 5'-3'), por isso é preciso um eixo de rotação. 
REPLICAÇÃO EM EUCARIOTOS: seres mais complexos possuem DNA com
maior quantidade de cromossomos (46) e, consequentemente, uma maior
quantidade de moléculas de DNA para replicar, por isso, existem múltiplas
origens (pontos de início da replicação ricos em adenina e timina) ao longo
de toda a molécula de DNA, para que o processo seja mais rápido e efetivo,
pois há mais DNA - existem múltiplos pontos de origem de replicação pois há
maior quantidade de DNA que é também mais complexo.
OUTRAS DIFERENÇAS ENTRE EUCARIOTOS E PROCARIOTOS:
a necessidade de desempacotar o DNA das histonas para replicá-lo, que faz
com que a forquilha de replicação no DNA eucariótico se mova com
velocidade 10 vezes menor do que no DNA procariótico, ou seja, a cerca de
100 nucleotídeos por segundo.
O material genético é formado por: A (adenina), T (timina), G (guanina) e C
(citosina), existem ligações entre A - T com 2 pontes de H (ligação mais fraca)
e entre G - C com 3 pontes de hidrogênio. 
Para a replicação do DNA é necessário haver inicialmente a desnaturação
(quebra da dupla fita), sendo mais fácil separar A - T com apenas 2 pontes de
hidrogênio, por isso que, evolutivamente, os pontos ricos em A - T tornaram-
se os pontos de origem da replicação, a partir dos quais são formados as
bolhas de replicação - passíveis de observação ao microscópio eletrônico, e
indicam que o material genético está sendo replicado. 
Origens de replicação 
Estabeleceu-sea existência de um local de início ou origem de replicação no
cromossomo circular, em geral, os bacterianos tem origem única por
cromossomo, controlando a replicação de todo o cromossomo. Nos grandes
cromossomos de eucariotos, múltiplas origens controlam coletivamente a
replicação da molécula gigante de DNA de cada cromossomo em sítios
específicos.
Cada origem controle a replicação de uma unidade de DNA chamada
réplicon, a origem (oriC) é rica em pares de base A e T, facilitando a formação
de uma bolha de replicação para separação dos filamentos. 
LEGENDA: bolha de
replicação de DNA
vista no microscópio,
que passa a crescer e
se aproximar de
outras bolhas
formando forquilhas.
O segmento de DNA que se replica a partir de uma origem de replicação é
chamado replicon, já os sítios específicos nos quais o DNA é desenrolado e a
iniciação da replicação ocorre são chamados de origens de replicação.
Durante o processo, as bolhas inicialmente pequenas, crescem e se
aproximam umas das outras formando bifurcações, chamadas forquilhas de
replicação, assim, gradualmente, a replicação acontece até que seja possível
replicar toda a molécula de DNA - deve haver obrigatoriamente a mesma
quantidade de cromossomos nas 2 células filhas formadas.
1. a proteína iniciadora bacteriana
DnaA se liga ao DNA na região das
sequências repetidas de 9
nucleotídeos e interagem com o
DNA nas regiões repetidas de 13
nucleotídeos;
2. forma complexo pela interação
do DNA com as proteínas DnaA, que
faz com que a hélice de DNA se
abra em uma região adjacente; 
3. DnaA recruta proteínas de
replicação adicionais para o DNA
de fita simples, incluindo a DNA
helicase (DnaB) e a proteína
carregadora da helicase (Dna C) -
separadas pela interação com
proteínas SSB;
4. conjunto das proteínas DnaB e
DnaC se liga à extremidade oposta
da região aberta da hélice,
originando a um segundo complexo
de início de replicação;
5. interações proteína-proteína
entre a helicase e os componentes
da forquilha de replicação
promovem a organização da
maquinaria de replicação, com
proteínas se unem então a cada um
dos 2 complexos;
Etapas de formação do replissomo 
6. helicase recruta a primase do DNA, que vai interagir com cada uma das
cadeias do DNA e sintetizar o primer das cadeias leadings das forquilhas de
replicação opostas;
7. cada primossomo se juntam 2 polimerases III do DNA, interagindo com uma
das cadeias moldes na forquilha;
8. a montagem dos 2 replissomos que passam a se mover a partir da origem
de replicação, em sentidos opostos (replicação bidirecional).
Quebra Tensão Ruptura Perda de informação genética
Ação das topoisomerases 
X X 
 Existem varios tipos de DNA polimerase (polímero + ase 
 - enzima), sendo a principal delas a DNA polimerase III, 
 as outras enzimas atuam na polimerização, mas 
 possuem funções mais específicas dentro do processo
dereplicação, a exemplo da remoção de primers e correção de erros
associados ao processo de polimerização. 
Enzima responsável por desfazer a dupla-hélice do DNA a partir da quebra
de pontes de hidrogênio, assim, funciona como um zíper, pois promove a
quebra dessas ligações que ligam as 2 fitas de DNA, separando a fita e
desfazendo o formato helicoidal da dupla fita - atua juntamente com outras
enzimas que participam do processo de abertura da fita de DNA.
Como a DNA helicase abre as fitas, há uma tendência das fitas de se
reaproximarem, visto que a quebra das pontes de hidrogênio gera uma
tensão na região, que em função do formato helicoidal pode não suportar a
tensão e gerar uma ruptura da molécula, causando perda das informações
genéticas para formação de novas proteínas e outros conteúdos para o
organismo inseridos nesta molécula. 
DNA helicase
Grupo de enzimas que atuam desenrolando e relaxando a molécula de DNA,
ou seja, auxiliam na abertura e evitam que a molécula de DNA sofra ruptura.
GIRASE: topoisomerase fundamental para evitar ruptura da molécula de DNA,
pois promove giros na molécula de DNA enquanto ela está sendo aberta
pelo DNA helicase. À medida que a DNA helicase segue em um sentido
quebrando as pontes de hidrogênio até que em determinado ponto com 2
fitas unidas, a girase atua girando a outra parte da fita, abrindo-a.
provocando relaxamento da molécula, evitando possíveis rupturas e
consequentemente a perda da informação genética. 
Topoisomerases
As bases nitrogenadas se complementam e são unidas por pontes de
hidrogênio e são afastadas durante a replicação, ainda com tendência a
reaproximação, no entanto, é necessária a abertura completa da molécula
para dar origem a novas moléculas, em função disso para evitar a
reaproximação após a atuação da DNA helicase utiliza-se as proteínas
ligadoras de fita simples. Estas tem afinidade e ligam-se à fita simples, que
impedem a reconexão dessas fitas, mantendo-as separadas, e, assim, podem
ser utilizadas para moldar e desenhar novas fitas de DNA para o processo
de replicação.
Proteínas ligadoras de fita simples
Protagonista na replicação é
responsável por estabelecer
ligações fosfodiéster entre
nucleotídeos vizinhos/adjacentes
para construção da nova fita de
DNA, logo após a abertura das
moléculas, unindo os monômeros
(nucleotídeos) através de ligações
químicas (fosfodiéster - ligação
entre o açúcar de 1 nucleotídeo e
o fosfato de outro nucleotídeo).
DNA polimerase
DNA é um polímero, formado por monômeros, os que formam o polímero de
DNA são os nucleotídeos, que também são os monômeros para o RNA. 
DNA POLIMERASE III: enzima que catalisa a adição de nucleotídeos à
extremidades 3' de uma fita de DNA, no entanto, só consegue crescer a fita se
ela encontrar uma extremidade 3' OH livre, sempre seguindo o "sentido da
vida" (5'-3'), e precisará de um molde (fita velha) e um iniciador. Além disso, há
mecanismos de mecanismos de correção de erros no sentindo 3'-5', assim, ao
terminar toda a fita, ela é capaz de voltar no sentido contrário da
polimerização e fazer uma revisão do que ela montou, corrigindo os possíveis
erros cometidos. 
PRIMER: a enzima DNA polimerase necessita precisa sempre de um iniciador
(primer) pois ela não consegue começar o trabalho do zero, assim, há uma
fita molde e a nova fita, que ainda não foi adicionada pelo DNA polimerase, e
será adicionada pela enzima RNA primase, que irá colocar os primeiros 10
nucleotídeos de RNA (primers), a partir dos quais a enzima DNA polimerase
continuará o processo, polimerizando a nova fita de DNA até o final - deve
haver obrigatoriamente uma região 3' com hidroxila livre (3'-OH) para
estender a cadeia que estará presente no RNA. 
Posteriormente, haverá uma molécula híbrida com nucleotídeos de RNA e
DNA, por isso, ao final do processo, os primers de RNA serão removidos e
substituídos por nucleotídeos de DNA, pois há diferenças dos nucleotídeos
de DNA (desoxirribonucleotídeos) e RNA (ribonucleotídeos), pois o primeiro
será desoxigenado - deve ser mantido apenas DNA na constituição do
material genético principal.
DNA - nucleotídeos
polímero - monômeros
SÍNTESE CONTÍNUA DE UM FILAMENTO E DESCONTÍNUA DE OUTRO: no nível
molecular, a síntese está ocorrendo em direções físicas opostas (processo
bidirecional), mas os 2 novos filamentos são estendidos na direção 5'-3', a
síntese do filamento contínuo (líder) é contínua, já no filamento descontínuo
(atrasado) cresce pela síntese de fragmentos curtos e pela ligação covalente
destes FRAGMENTOS DE OKASAKI (intermediários na replicação do DNA).
SENTIDO 5'-3': as fitas de DNA são antiparalelas, ou seja, tem sentidos
opostos, assim, a extremidade 3' sempre vai terminar com a pentose (açúcar
do nucleotídeo, já a extremidade 5', sempre irá terminar com o fosfato na
extremidade. 
Sentido da replicação 
Para a DNA polimerase é mais fácil sintetizar a fita líder (fita contínua -
sentido de formação) do que a fita atrasada (descontínua), pois o sentido de
formação acompanha o mesmosentido de abertura dessas fitas,
acompanhando o sentido do trabalho da helicase, logo, à medida que a
helicase vai abrindo a fita, serão adicionados nucleotídeos. Por outro lado, é
mais dificil sintetizar a fita atrasada, pois o sentido é oposto a abertura da
fita, assim, à medida que a helicase vai abrindo a fita, uma primer será
colocado e ele "vai e volta" diversas vezes, fazendo a polimerização no
sentido oposto da abertura, ou seja, a enzima realiza uma manobra para
que a DNA polimerase "trabalhe para trás" a partir da forquilha de
replicação, desse modo, a fita atrasada é formada em fragmentos de
Okasaki. Ao final do processo de replicação, os fragmentos serão unidos por
uma enzima DNA-ligase formando, então, uma fita contínua.