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segunda-feira, julho 15, 2013

A REPLICAÇÃO DO DNA

A REPLICAÇÃO DO DNA

Maximiliano Mendes

Antes de começar a ler é importante que você tenha bem fundamentados os conceitos sobre a estrutura da molécula de DNA! Se precisar recordar ou aprender, clique aqui antes: http://maxaug.blogspot.com.br/2013/03/os-acidos-nucleicos-e-os-nucleotideos.html

A replicação do DNA é o processo de Síntese de novas cadeias ou “fitas” de DNA que ocorre antes da divisão celular, na fase S da interfase, e permite que as células filhas tenham a mesma quantidade de moléculas de DNA cromossomal da célula mãe. A partir de uma molécula de DNA, obtêm-se duas, por isso o processo também é chamado de duplicação.

Veremos aqui um resumo simplificado (óbvio!) e baseado na replicação como ocorre na bactéria Escherichia coli:

Inicialmente um complexo enzimático contendo a enzima helicase se liga à molécula de DNA em uma região, uma sequência de nucleotídeos, chamada origem de replicação. Um cromossomo circular bacteriano tem normalmente apenas uma origem de replicação, ao passo que as moléculas de DNA maiores, como as dos cromossomos, têm várias. A enzima helicase separa as duas cadeias de DNA: ocorre a quebra das ligações de hidrogênio que as mantinham unidas.


Helicase separando as duas cadeias de DNA.


Aqui nesse vídeo se pode ver um modelo da helicase atuando:

Em seguida, as chamadas proteínas de ligação à cadeia simples (SSBP – single strand binding proteins) se ligam às cadeias separadas e impedem que elas voltem a se unir.



Antes que a replicação propriamente dita aconteça, ocorre a ligação de uma enzima chamada primase, que sintetizará um fragmento de cadeia simples de RNA, chamado primer ou iniciador de RNA, pareado ao DNA e com nucleotídeos cujas bases nitrogenadas são complementares às da cadeia de DNA que serviu de molde. Isso é necessário para que haja a ligação do complexo enzimático DNA polimerase, responsável por sintetizar uma nova cadeia de DNA: a DNA polimerase não consegue iniciar a síntese de uma nova cadeia de DNA do “zero”, o que ela faz é continuar a sintetizar uma cadeia que já existe, por isso tem de haver esse iniciador. Inicialmente apenas uma primase se liga em apenas uma das cadeias, porém, posteriormente, mais primases se ligarão à outra cadeia de DNA. Após a síntese do iniciador de RNA, a primase se desliga/desassocia da molécula de DNA.



Agora o complexo enzimático responsável pela síntese de novas cadeias de DNA, contendo a enzima DNA polimerase se liga à cadeia de DNA, na ponta do iniciador de RNA, e começa a fazer a leitura das bases nitrogenadas da cadeia de DNA que serve de molde, adicionando à nova cadeia que está sendo sintetizada, nucleotídeos com bases nitrogenadas complementares (lembre-se de que Adenina pareia com Timina e Citosina com Guanina). Em E. coli, a taxa na qual a DNA polimerase adiciona nucleotídeos à cadeia em crescimento é de 500 nucleotídeos por segundo, ao passo que nas nossas células é de 50 por segundo.




A síntese das novas cadeias de DNA requer energia, e muita! Essa energia e fornecida pelos próprios nucleotídeos utilizados na síntese, pois eles são trifosfatos (ATP, CTP, GTP e TTP, contendo desoxirribose e não ribose) e por conta disso, pode haver a liberação da energia contida em duas ligações entre grupos fosfatos. Quando já estão constituindo as cadeias de DNA, os nucleotídeos são monofosfatos.


E assim a síntese prossegue nas duas cadeias da molécula de DNA. Note que a nova cadeia que está sendo sintetizada na parte de cima da figura é produzida continuamente, pois, uma vez ligado ao DNA, o complexo DNA polimerase só se desliga ao término do processo de replicação, por isso, essa cadeia é chamada contínua e só necessita de um primer. O mesmo não ocorre na cadeia que está sendo sintetizada na parte de baixo da figura. Nesse caso, é preciso que a helicase aos poucos vá abrindo a molécula de DNA mãe para que as DNA polimerases possam se ligar na porção que acabou de ter suas duas cadeias separadas (parte da direita da figura). Assim, essa cadeia de baixo é sintetizada de maneira descontínua, requerendo a síntese de vários primers de RNA e a ligação repetida de DNA polimerases. Por isso é chamada cadeia descontínua. Cada fragmento da cadeia descontínua é chamado de fragmento de Okazaki. Antes do término do processo, outras enzimas irão remover os primers de RNA, adicionar nucleotídeos de DNA e ligar todos os fragmentos das novas cadeias.




Enfim, ao término do processo, obtêm-se duas novas moléculas de DNA a partir de uma. Perceba que cada uma das novas moléculas têm uma cadeia nova, que acabou de ser sintetizada, e uma cadeia velha, da molécula mãe, que serviu de molde para a síntese da cadeia nova. Devido ao fato de que as moléculas novas de DNA possuem uma cadeia velha e uma nova, a replicação é dita semiconservativa.


As DNA polimerases são capazes de efetuar uma checagem de erros, caso tenham adicionado um nucleotídeo cuja base nitrogenada não seja o par correto daquele lido na cadeia mãe. Caso isso ocorra, elas removem o nucleotídeo mal pareado e o substituem por um que forme o par de maneira correta. Caso os nucleotídeos mal pareados escapem desse mecanismo de reparo, ainda há um segundo, no qual outras enzimas removem o(s) nucleotídeo(s) mal pareado(s) para que uma DNA polimerase possa acrescentar os que formem pares de maneira adequada. Esse sistema de reparos é bastante eficaz e a taxa de erros é estimada em um nucleotídeo a cada 1 bilhão, mas claro, agentes mutagênicos diversos podem aumentar essa taxa.


REFERÊNCIAS

Campbell, Reece et alBiologia. 8ª Ed. Artmed. 2010.
http://www.courses.fas.harvard.edu/~biotext/animations/replication1.swf
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3391330/


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