REPLICAÇÃO DO DNA

Replicação = cópia que reproduz com exatidão o original (o que faz o DNA quando se duplica).

A vida das células que se dividem passa por duas etapas que se alternam ciclicamente: a interfase e a mitose. A primeira inclui as fases G1, S e G2. A replicação ocorre na fase S. A condensação do DNA é máxima na metáfase e na anáfase, que passa a se chamar cromossomo depois da separação. Assim, a duplicação constitui o prólogo da divisão celular.

Importância: processo biológico fundamental da reprodução requer a transmissão fiel da informação genética dos pais para os filhos; Portanto a replicação acurada do DNA genômico é essencial para a existência de todas as células e organismos.

Propriedade do DNA - Replicação ou autoduplicação: capacidade de fazer cópias de si mesmo;

A replicação do DNA ocorre antes do desenrrolamento das duas cadeias da dupla hélice, cada uma das quais é usada como modelo para sintetizar as cadeias novas. A síntese ocorre somente na direção 5’ 3’.

Ocorre no núcleo celular; Processo Semiconservativo.

A Replicação é Semiconservativa:

Ciclo CelularCiclo Celular Duplicação do DNA

(Fase S)

DNA - não é sintetizado isoladamente como fita livre – mas um molde padrão formado por uma fita pré-existente.

A Replicação tem algumas semelhanças com a transcrição:

Da mesma forma que o RNA, o DNA é sintetizado na direção 5’ 3’; Utiliza como modelo uma cadeia de DNA preexistente; Enzimas equivalentes às RNA polimerases, chamadas DNA polimerases, agregam os

sucessivos nucleotídeos (também um por vez) na extremidade 3’ em crescimento.As DNA polimerases catalisam as ligações fosfodiéster que se produzem entre OH do C3’ da desoxirribose de um nucleotídeo e o fosfato ligado ao C5’ do nucleotídeo recém-chegado;

As Diferenças entre a Replicação e a Transcrição:

O DNA é uma molécula dupla e não simples como o RNA; Na síntese do RNA, o DNA é transcrito somente nos setores que correspondem aos genes

ativos, enquanto na replicação não fica nenhum setor do DNA sem duplicar-se; Para a síntese do RNA, as cadeias do DNA se separam transitoriamente na zona onde se

produz a transcrição, e por isso se forma uma espécie de “bolha” que se desloca na direção 5’ 3’. O RNA copia somente uma das duas cadeias do DNA e, conforme progride a transcrição, se destaca da cadeia que lhe serve de modelo. Na replicação, as duas cadeias servem de molde e uma vez separadas não voltam a se juntar;

A replicação exige um número consideravelmente maior de enzimas do que na transcrição.

Fidelidade da Replicação:

Complementaridade de bases

Atividade corretora das DNAs polimerases – exonucleásica 3´à 5´

Início da Replicação:

A replicação ocorre sentoriamente (unidades de replicação):O DNA não é sintetizado globalmente e sim a partir de múltiplos setores ao longo da molécula (laços). No entanto, não há interrupção da continuidade do DNA, pois a condição unitária de sua molécula não é perdida.

A duplicação do DNA é gerada a partir de múltiplas origens de replicação (seqüências específicas - pb A=T):

- Ao longo de cada cromossomo aparecem no DNA múltiplas origens de replicação, o que permite uma duplicação em 7h (fase S) e não em 30dias, não surgindo todas simultaneamente;- Origens de replicação = ARS (DNA especiais) + ORC (complexo de seis proteínas);- O ORC além de participar da ativação das origens de replicação, impede que o DNA se reduplique durante a fase G2, evitando que a célula comece a mitose com um número de moléculas de DNA acima do normal.

- E. Coli – uma origem de replicação;- Eucariotas – múltiplas origens de replicação.

A Forquilha da Replicação: a replicação do DNA é um processo bidirecional, não somente porque as duas cadeias são sintetizadas em direções opostas, mas também porque as duas forquilhas avançam em direções divergentes.

Direção da Replicação:

• As duas fitas são sintetizadas no sentido 5’ ® 3’Fita líder – contínua: se constrói sem maiores complicações, mediante a agregação contínua de nucleotídeos em sua extremidade 3’ à medida que a forquilha se desloca;

Fita atrasada – descontínua: cresce na direção contrária ao avanço da forquilha.

Fitar líder – cresce na direção 5’ 3’, na mesma direção da zona de replicação, sendo sintetizada de forma contínua a partir um primer, catalisado por uma RNA polimerase específica (DNA primase).Fita secundária – cresce na direção oposta a zona de replicação e de modo descontínuo. Os pequenos fragmentos de DNA copiados próximo a zona de replicação que servem como elo de ligação para formar uma fita única são chamados fragmentos de Okazaki (DNA polimerase alfa). A cadeia descontínua necessita que a DNA primase fabrique muitos primers, um para cada fragmento de Okazaki.

Mecanismos de Replicação do DNA Procariótico:

Etapas da Replicação:

1. Iniciação- Reconhecimento das origens de replicação- Abertura da cadeia DNA - Síntese do iniciador (primer)2. Elongação- Síntese das novas fitas de DNA 3. Terminação- Bloqueio da forquilha de replicação (reconhecimento de seqüências específicas)

Replissoma – complexo de enzimas e proteínas necessários à replicação

• Polimerases;• Helicases;• Topo-isomerases;• Proteínas de ligação ao DNA (SSB);• Primases;• Ligases

5’

5’3’

3’

Sentido da replicação

Complexo enzimático da forquilha de replicação: a formação da zona de replicação requer o reconhecimento da origem pelo complexo de pré-formação

• DnaA: requer a utilização de ATP fazendo com que o DNA se dissolva, separando a dupla fita;

• SSB: mantém as duas fitas separadas e protegem o DNA das nucleases que clivam o DNA de fita simples

• DNA-helicases: ligam-se ao DNA fita simples próximo à zona de replicação, movendo-se de modo a forçar as fitas a se separarem ® desenrola a dupla hélice

• Topoisomerases – Catalisam quebras e re-ligações das fitas de DNA à frente da forquilha de replicação - Não requer ATP;

• Primase – DNA polimerase que sintetiza pequenas moléculas de RNA (com aproximadamente 10 nucleotídeos) – iniciadores da fita descontínua;

• DNA ligase – Liga os fragmentos de Okazaki;• DNA polimerase - Responsável pela adição de nucleotídeos (elongação) e reparo

(removendo nucleotídeos errados);- São incapazes de quebrar as pontes de hidrogênio que ligam as duas fitas do DNA;- Requer um modelo ou um primer (segmento de RNA sintetizado pela primase) complementar para iníciação – alongamento;- Polimerase I (êta)- Substitui o RNA dos primers por DNA- Polimerase III (sigma) – Síntese de DNA

A origem de replicação OriC é altamente conservada!

Elongação

• Síntese das fitas contínua e descontínua

Estrutura da origem de replicação bacterianaEstrutura da origem de replicação bacteriana

Separação da fita de DNA

• A elongação da cadeia é catalisada pela DNA polimerase III, utilizando o grupo 3’-OH do iniciador de RNA como aceptor do primeiro desorribonucleotídeo.

- A síntese de DNA estende-se a partir de iniciadores de RNA

- Primase (RNA-polimerase específica): sintetiza fitas curtas de RNA complementares e antiparalelas ao molde- Primossomo (complexo protéico + primase): inicia a formação do fragmento de Okazaki movendo-se junto a fita líder (5’ ® 3’) para sintetizar um primer de RNA

- Síntese dos fragmentos de Okazaki:

Terminação:

Mecanismo de Replicação do DNA Eucarioto:

DNA polimerases em eucariotos:

DNA Polimerase em eucariotos Função

DNA Polimerase α Replicação do cromossomo nuclear (fita lagging)

DNA Polimerase β Reparo de DNA no preenchimento de espaços do cromossomo nuclear. Análoga a Polimerase I

DNA Polimerase γ Replicação de DNA mitocondrial

DNA Polimerase δ Replicação do filamento leader a da lagging do cromossomo nuclear

DNA Polimerase ε Reparo do DNA do cromossomo nuclear

DNA Polimerase ζ Aparentemente reparo de DNA

Telômeros: a replicação dos telômeros é dirigida pela telomerase.

Como se observa na imagem, a cadeia 3’ 5’ do DNA é composta por numerosas , AATCCC consecutivas que, junto com suas complementares TTAGGG da cadeia 5’ 3’, vão se perdendo durante as divisões celulares sucessivas.A recuperação do DNA telomérico começa quando a sequencia AUCCCAAUC do RNA da telomerase une-se a extremidade 3’ da cadeia 5’ 3’, ficando ao lado da cadeia 3’ 5’.

A telomerase é uma DNA polimerase que copia uma sequencia de RNA, comportando-se como uma transcriptase reversa.

Reparação do DNA:

A DNA polimerase corrige os erros que ela mesma comete (“leitura de provas”), para tanto se utiliza da atividade exonucleolítica 3’ 5’ de uma de suas subunidades;

Existe um segundo sistema de reparao a cargo de uma nuclease reparadora (a mesma que remove os primers da síntese contínua e descontínua do DNA): corta a ligação fosfodiéster que conecta o nucleotídeo errado.