Biologia Molecular: Replicação do DNA

Processo em que cada cadeia de DNA dá origem a uma cadeia filha igual à que lhes deu origem, por meio de um processo semiconservativo.


Oi biologuínhos, tudo bem?! Hoje voltei com mais um post de Biologia Molecular, essa matéria que está ganhando meu coração aos pouquinhos…. E como no post anterior falamos sobre DNA e RNA, hoje falaremos sobre um dos processos que ocorre com a molécula de DNA: a replicação.


EM QUE MOMENTO OCORRE A REPLICAÇÃO DE DNA? POR QUE OCORRE? A replicação do DNA ocorre na fase S da interfase (período em que a célula está se preparando para a divisão, seja via mitose (para crescimento, regeneração…) ou meiose (formação de células reprodutivas)).

Mas por que será que isso ocorre justamente nesse momento?! A resposta é simples: quando ocorre a divisão celular, o material genético presente na célula-mãe deve ser suficiente para gerar 2 células filhas (mitose) ou 4 células filhas (meiose), e para isso é necessária a replicação, ou duplicação, do DNA.

Logo, a replicação é processo que promove a produção de duas novas moléculas de DNA a partir de uma “fita-mãe”. Podemos considerá-lo como um processo semi-conservativo, tendo em vista que cada novo DNA carrega uma fita do “DNA-mãe”.


Então já sabemos que a replicação do DNA ocorre na fase S da Interfase e é um processo semi-conservativo, ou seja, a fita “antiga” serve de molde para que sejam produzidas duas fitas novas. O DNA é uma molécula extremamente extensa e se encontra toda enrolada dentro do envoltório nuclear, então: será que temos algum ponto específico em que inicia a replicação ou é um evento aleatório?


Sim: existe um ponto específico! Os pontos de origens aparecem tanto em eucariotos, quanto em procariotos e são denominados “réplicons”. Nos procariotos, é encontrado apenas 1 local de origem, denominado “olho de replicação”, ou seja, só apresentam 1 réplicon. A replicação dos procariotos é bidirecional.


Já nos eucariotos temos a presença de muitos réplicons, tendo em vista que o DNA eucariótico é maior, logo, tendo vários pontos de origem, a replicação ocorre de forma mais rápida. O genoma humano, por exemplo, apresenta de 10.000 a 100.000 réplicons! A replicação dos eucariotos pode ser unidirecional ou bidirecional.


Mas qual a característica desse local de origem?! Basicamente, temos duas características que garantem o reconhecimento desse local de origem: a primeira é a presença da seguinte sequência que aparece 4 vezes ao longo do DNA, formada por 9 pares de bases – 5′ TTA T(C ou A)C A(C ou A)A 3‘. Essa região é denominada como “caixas de DNA-A” pois funciona como sítio de reconhecimento para a enzima responsável por iniciar a abertura da dupla hélice (DNA-A e DNA-B). Outra característica é a presença de sequência rica em adenina e timina, aparecendo 3 vezes ao longo do DNA e sendo constituído por 13 pares de bases.


ETAPAS DA REPLICAÇÃO DE DNA

I- Complexo inicial Momento em que o DNA-A (por atração molecular enzima-substrato) se liga ao local de origem, formando o que chamamos de DNA-A: ORIC. A DNA-A é uma enzima formada por 20-40 monômeros, isto é, pode ser classificada como um polímero.


II- Complexo aberto

Quando o DNA-A se liga ao DNA ocorre a atração da enzimaDNA-Bque é uma helicase, ou seja, promove a abertura efetiva da dupla hélice, quebrando as ligações de hidrogênio da molécula de DNA.

III- Complexo pré-priming

Proteínas SSB impedem o fechamento da fita de DNA que foi aberta na etapa anterior.


IV- Ação da primase

A enzima DNA polimerase ou, simplesmente, primase formaprimers de RNAao longo do DNA, atuando como iniciador para, posteriormente, ser produzida a nova fita de DNA. Porém, a primase não atua sozinha: ao mesmo tempo que a fita vai se abrindo (via helicase), os primers de RNA vão sendo formados. Esse trabalho conjunto entre a enzima primase+helicase chamamos de primossomo.


V- Produção de DNA

Primeira coisa que precisamos destacar sobre essa replicação que, efetivamente, acontecerá agora: ela sempre ocorre no sentido3′-5′, SEMPRE MESMO! Quando observamos a fita em processo de replicação temos aforquilha de replicação: região de junção entre duas cadeias molde.


Nesse momento, temos a ação de 3 enzimas muito importantes: RNAse H, DNA polimerase e DNA ligase. ARNAse Hé responsável por identificar e remover cada iniciador de RNA. Já aDNA polimerase IIIforma, efetivamente, a molécula nova de DNA, aquela que complementa a cadeia molde. Por fim, aDNA ligaseliga fragmentos de Okazaki.


Mas o que são os “fragmentos de Okazaki“? São pequenos pedaços de DNA que aparecem transitoriamente durante a síntese. Temos que lembrar que, enquanto uma fita de DNA é produzida de forma contínua (fita líder), a outra é produzida de forma fragmentada (fita atrasada), tendo a presença de fragmentos de Okazaki que posteriormente serão ligados pela enzima DNA ligase.


MECANISMOS DE REPLICAÇÃO


Processo semi-conservativo as duas novas fitas de DNA contém uma fita do DNA antigo em cada.


Regiões de origem A replicação só se inicia nos locais de origem (sequências específicas).


Movimento da forquilha de replicação Pode ser unidirecional ou bidirecional.


Direção da replicação Sempre 5′-3′


Semidescontinuidade de replicação Uma fita é replicada continuamente e outra é de forma fragmentada.


PODEM OCORRER ERROS AO LONGO DA REPLICAÇÃO? Sim, e quando ocorre é chamado de mutação. Porém, as mutações raramente aparecem graças à atividade autocorretora: as polimerases de DNA só adicionam um novo nucleotídeo se o último estiver corretamente emparelhado (caso não esteja, o último nucleotídeo é removido por uma ação exonucleotídica no sentido 3′-5′, oposto ao sentido da replicação). É importante que essa atividade autocorretora exista para garantir a alta fidelidade de replicação do DNA e mantém estabilidade genética ao longo das gerações.


Referências:

-Aulas da Professora de Biologia Molecular da Universidade de Taubaté (UNITAU): Marisa Cardoso;

Biologia Molecular – USP

Biologia Molecular

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