Replicação do DNA

“O que não dá prazer não dá proveito. Em resumo, senhor, estude apenas o que lhe agradar.”

William Shakespeare

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Replicação: ação ou processo de duplicação ou reprodução. Uma entidade original dá origem a cópias com propriedades semelhantes.

Ocorre na fase S da interfase

Replicação semiconservativa

Como os dois filamentos de nucleotídeos em uma molécula de DNA são complementares (adenina com timina; guanina com citosina), durante a replicação, cada filamento pode servir como molde para a síntese de um novo filamento. Cada um dos filamentos originais permanece intacto (conservados), apesar de não estarem mais combinado na mesma molécula.

Assim, durante um evento de duplicação são produzidas duas moléculas novas de DNA, cada uma delas consistindo de uma fita “velha” (do duplex original) e uma “nova” (recém-sintetizada) .

Replicação em eucariotos

Etapas: iniciação, alongamento e término

Iniciação:

1- Proteínas iniciadoras se ligam à única origem de replicação (oriC) e fazem com que um curto trecho de DNA se deselicoidize.

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2- A deselicoidização do curto trecho de DNA permite que Helicases( quebram pontes de hidrogênio entre as bases das duas fitas de DNA deselicoidização) e SSBs(estabiliza os filamentos separados de DNA, evitando sua reelicoidização) se liguem aos filamentos separdos do DNA. A DNA girase diminui a força torcional(resultado da deselicoidização), fazendo e fechando cortes na dupla-hélice do DNA.

Alongamento

-Síntese do DNA a partir da DNA polimerase III.

As DNA polimerases (enzimas que sintetizam DNA) precisam de um nucleotídeo com um grupo 3’-OH ao qual um novo nucleotídeo possa ser adicionado. Ou seja, as DNA polimerases adicionam apenas nucleoítideos à ponta 3’-OH do filamento em crescimento.

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Por isso, há a necessidade de iniciadores (primers) para começar a síntese da nova fita de DNA a partir da fita molde:

-uma enzima chamada primase sintetiza um trecho de nucleotídeos de RNA (primers) que fornece um grupo 3’-OH ao qual a DNA polimerase III possa adicionar nucleotídeos.

Assim, a DNA polimerase III inicia a síntese de DNA adicionando nucleotídeos à ponta 3’-OH do pimer e do filamento em crescimento na direção 5’3’.

À medida que o DNA se desenrola, uma fita molde é exposta no sentido 5’3’ e a outra fita é exposta no sentido 3’5’, devido à polaridade inversa das fitas (lembra-se?). Então...

... se a DNA polimerase possui somente uma atividade no sentido 5’ -> 3’ da fita de DNA como é possível haver replicação nas duas fitas do DNA em um mesmo sentido?

Resposta: Um filamento é sintetizado continuamente(replicação contínua) e outro descontinuamente(replicação descontínua).

Na replicação contínua, o novo filamento é chamado de filamento leading.

Na replicação descontínua são produzidos curtos fragmentos curtos de DNA chamados fragmentos de Okazaki. Cada fragmento de Okazaki terá um primer e o filamento formado pela união dos fragmentos de Okazaki é chamado de filamento "lagging”

Quando a DNA pol III encontra o primer seguinte ela pára e a DNA polimerase I remove os primers dos filamentos sintetizados e os substitui por nucleotídeos de DNA. Possui função de polimerase5’3’(síntese de DNA) e de exonuclease 3’5’( remoção de nucleotídeos para correção de erros).

O grupo 3’-OH do último nucleotídeo adicionado pela DNA pol I não é ligado ao grupo 5’-fosfato do primeiro nucleotídeo adicionado pela DNA pol III. A DNA ligase une esses nucleotídeos por catalisar uma ligação fosfodiéster entre eles.

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Término

Em algumas moléculas de DNA , a replicação é terminada sempre em que se encontram 2 forquilhas de replicação. Em outras, proteínas de término TUS ligam-se às sequências específicas de término, bloqueando o movimento da Helicase, parando a forquilha de replicação.

OBS: Cada forquilha de replicação ativa requer cinco componentes básicos:

-Helicases, para desenrolar o DNA

-proteínas SSBs, para manter os filamentos nucleotídicos separados para permitir a replicação

-A topoisomerase girase, para remover a força frente à forquilha de replicação

-primase, para sintetizar primers

-DNA polimerase para sintetizar os filamentos leading e legging

Replicação em eucariotos

O DNA de eucariotos possui várias origens de replicação.

Essas origens de replicação são reconhecidas por um complexo multiproteína chamado ORC ( complexo de reconhecimento de origem). A presença de ORC na origem serve para recrutar outras duas proteínas, Cdc6 e Cdt1. Ambas a as proteínas mais o ORC recrutam a helicase replicativa, chamada de complexo MCM e juntos formam um complexo pré-replicação( pré-RC).

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Fatores de permissão de replicação (RLFs) se ligam ao pré-RC, para permitir a replicação do DNA.

Daí, duas proteínas quinases(aquelas que fosforilam!) atuam sobre pre-RC, sendo uma delas a cyclin B-CDK.

Fosforilação pela cyclin B-CDK causa:

• Desligamento de Cdc6p do complexo

• Dissociação de algumas proteínas MCM (RFLs)

• Ativação de Cdc7p-Dbf4p que fosforila o complexo MCM.

A fosforilação do complexo MCM coloca a célula em estágio S.

Ocorre então a deselicoidização de um trecho curto de DNA e recrutamento de proteínas necessárias paras síntese de DNA, como por exemplo, a DNA v polimerase.

A replicação eucariótica também possui helicases,proteínas de ligação unifilamentar e topoisomerases. Essas enzimas funcionam na deselicoidização do DNA eucariótico mais ou menos do mesmo modo que nos procariotos.

Ocorre replicação contínua e descontínua com produção de primers no iníco de cada filamento.

As células eucarióticas possuem vários tipos de DNA polimerases que participam na replicação, combinação e reparo do DNA.

DNA pol Função

a Sintetiza primer seguido de um trecho curto de DNA

b Reparo do DNA

g Replicação do DNA mitocondrial

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d Replicação do DNA nuclear (fita contínua)

e Desconhecido. Provavelmente reparo e replicação do DNA

Uma vez que um primer, na ponta do cromossomo, tenha sido removido, ele não pode ser substituído porque não há um trecho adjacente de DNA replicado para fornecer um grupo 3’-OH para a adição de nucleotídeos de DNA pela polimerase. Isso produz um espaço na ponta do cromossomo, sugerindo que o cromossomo deva se tornar progressivamente mais curto a cada rodada de replicação. A enzima telomerase é a responsável pela replicação das pontas dos cromossomos (telômeros).

Os telômeros possuem muitas cópias de uma sequência rica em G repetida. A telomerase(composta por RNA e ptns) párea com a sequência curta e repetida do telômero e fornece um molde para a síntese de cópias dessas repetições do telômero. A telomerase move-se no DNA e mais repetições são sintetizados no telõmero. Após isso, pode ocorrer replicação convencional com a produção de primer de RNA na ponta 5’ do molde ampliado ou a ponta do molde ampliado pode dobrar-se sobre si mesma, formando uma alçaterminal por pareamento não convencional de bases.Essa alça pode fornecer um grupo 3’-OH para a ligação de nucleotídeos de DNA.

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Resumindo e Comparando:

A replicação do DNA, tanto em procariontes como em eucariontes, usa um mecanismo semiconservativo e emprega a síntese de filamentos de replicação contínua e descontínua. As diferenças mais óbvias são que os eucariontes têm: 1) múltiplas origens de replicação,; 2) mais tipos de DNA plomerases, com funções diferentes; e 3) montagem de nucleossomos logo após a replicação do DNA.