biologia

1. Replicação do Dna
Pontos Principais
 A replicação do RNA é semiconservativa. Cada fita na dupla hélice atua como
modelo para a síntese de uma nova fita complementar.
 O novo DNA é feito por enzimas denominadas DNA polimerases, que
necessitam de um molde e um primer (iniciador) e sintetizam DNA na direção
5' para 3'.
 Durante a replicação do DNA, uma nova fita (fita líder) é feita como uma peça
contínua. A outra (fita tardia) é feita em pequenas partes.
 A replicação do DNA requer outras enzimas além da DNA polimerase,
incluindo DNA primase, DNA helicase, DNA ligase, e topoisomerase.
Introdução
A replicação do DNA , ou a cópia do DNA de uma célula , não é tarefa
simples! Há cerca de 6,56,56, comma, 5 text{bilhões}bilho˜es de pares de
bases de DNA em seu genoma, os quais devem ser copiados com precisão
quando qualquer uma de seus trilhões de células se divide ^ 11start
superscript, 1, end superscript .
Os mecanismos básicos da replicação do DNAsão semelhantes entre os
organismos. Neste artigo, vamos nos concentrar na replicação do DNA que
ocorre na bactéria E. coli, mas os mecanismos de replicação são semelhantes
em humanos e outros eucariontes.
Vamos dar uma olhada nas proteínas e enzimas que realizam a replicação ,
vendo como elas trabalham juntas para garantir a replicação exata e completa
do DNA.
O conceito básico
A replicação do RNA é semiconservativa, o que significa que cada fita na
dupla hélice atua como modelo para a síntese de uma nova fita complementar.
Esse processo tem início com uma molécula e leva a formação de duas
moléculas "filhas", cada uma com uma dupla hélice recém-formada contendo
uma fita nova e uma velha.

2. Modelo esquemático básico da replicação do DNA de Watson e Crick.
1. Dupla hélice do DNA.
2. As ligações de hidrogênio se rompem e a hélice abre.
3. Cada fita de DNA atua como modelo para a síntese de uma nova fita
complementar.
4. A replicação produz dois DNA dupla hélices idênticos, cada um com uma fita
nova e uma velha.
De maneira resumida, essa é a replicação do DNA! Mas o que é realmente
interessante é como esse processo acontece na célula.
As células precisam copiar seu DNA rapidamente e com poucos erros (para
não correr riscos de ter problemas, como câncer). Para isso, utilizam uma
variedade de enzimas e proteínas que trabalham juntas para garantir que a
replicação do DNA seja eficiente e precisa.

3. DNA polimerase
Uma das moléculas chave na replicação do DNA é a enzima DNA polimerase.
DNA polimerases são responsáveis pela síntese do DNA: elas adicionam
nucleotídeos, um por um, à fita crescente de DNA, incorporando somente
aqueles que são complementares à fita molde.
Algumas características das DNA polimerases:
 Sempre precisam de uma fita molde
 Adicionam nucleotídeos somente na terminação 3' de uma fita de DNA
 Não conseguem dar início à formação de uma cadeia de DNA; requerem uma
cadeia pré-existente ou uma pequena sequência de nucleotídeos chamada
de primer
 Elas revisam (ou conferem) seu trabalho, removendo a maior parte dos
nucleotídeos erroneamente adicionados à cadeia
A adição de nucleotídeos requer energia. Essa energia vem dos próprios
nucleotídeos, que possuem três fosfatos ligados à sua estrutura (bastante
semelhante à molécula de ATP). Quando a ligação entre os fosfatos é
quebrada, a energia liberada é usada para formar uma nova ligação entre o
novo nucleotídeo e a cadeia crescente.
DNA polymerization reaction

4. Em procariontes como E. coli, existem duas principais DNA polimerases
envolvidas com replicação do DNA: a DNA pol III (principal formadora de DNA),
e a DNA pol I, que tem uma função suporte fundamental a ser estudada
posteriormente.
Início da replicação de DNA
Como as DNA polimerases e outros fatores de replicação sabem onde
começar? A replicação sempre começa em locais específicos no DNA, que são
chamados de origens de replicação e são reconhecidos pela sua sequência.
E. coli, como a maioria das bactérias, tem uma única origem de replicação em
seu cromossomo. A origem tem cerca de 2t452t452, t, 45 pares de bases e tem
principalmente pares de bases A/T (que estão ligadas por menos pontes de
hidrogênio que os pares de bases G/C), tornando as fitas de DNA mais fáceis
de separar
Proteínas especializadas reconhecem a origem, ligam-se a este sítio, e abrem
o DNA. Conforme o DNA se abre, duas estruturas com formato de Y,
chamadas de garfos de replicação, são formadas, juntas compõem o que é
chamada uma bolha de replicação. Os garfos de replicação movem-se em
direções opostas à medida que a replicação acontece.
Cromossomo bacteriano. A dupla fita de DNA de um cromossomo bacteriano
circular é aberta na origem de replicação, formando uma bolha de replicação.
Cada extremidade da bolha é um garfo de replicação, uma junção no formato
de Y onde a dupla fita de DNA é separada em duas fitas simples. Novo DNA
complementar para cada uma das fitas é sintetizado em cada garfo de
replicação. Os dois garfos movem-se em direções opostas em volta da
circunferência do cromossomo bacteriano, criando uma bolha de replicação
cada vez maior que cresce em ambas as extremidades.
Como a replicação acontece, de fato, nos garfos? Helicase é a primeira
enzima de replicação a se ligar na origem de replicação^33start superscript, 3,
end superscript. A função da helicase é avançar os garfos de replicação
"desenrrolando" o DNA (quebrando as pontes de hidrogênio entre os pares de
bases nitrogenadas).

5. Proteínas chamadas proteínas ligadoras de fita simples recobrem as fitas
separadas de DNA próximo ao garfo de replicação, impedindo-as de ligarem-se
novamente em uma hélice dupla.
Primers e primase
Polimerases de DNA somente podem adicionar nucleotídeos à extremidade 3'
de uma fita existente de DNA (elas utilizam o grupo -OH livre encontrado na
extremidade 3' como um "gancho", adicionando um nucleotídeo a este grupo
na reação de polimerização) Como, então, a DNA polimerase adiciona o
primeiro nucleotídeo em um novo garfo de replicação?
Sozinha, ela não pode! O problema é resolvido com a ajuda de uma enzima
chamada primase. A primase faz um primer de RNA, ou um trecho curto de
ácido nucleico complementar ao molde, que fornece uma extremidade 3' para a
DNA polimerase trabalhar. Um primer típico tem cerca de cinco a dez
nucleotídeos. O primer inicia a síntese de DNA, isto é, faz com que ela comece.
Uma vez que o primer de RNA está em seu lugar, a DNA polimerase o
"amplia", adicionando nucleotídeos um por um para fazer uma nova fita de
DNA que é complementar à fita molde.
Fita líder e fita tardia
Em E. coli, a DNA polimerase responsável pela maior parte da síntese é a DNA
polimerase III. Há duas moléculas de DNA polimerase III em um garfo de
replicação, cada um deles trabalhando duro em uma das duas novas fitas de
DNA.
DNA polimerases podem somente fazer DNA na direção 5' para 3', e isto
coloca um problema durante a replicação. Uma dupla hélice de DNA é sempre
antiparalela; em outras palavras, uma fita vai na direção 5' para 3', enquanto a
outra vai na direção 3' para 5'. Isto faz com seja necessário que as duas novas
fitas, que também são antiparalelas a seus moldes, sejam feitas de maneiras
ligeiramente diferentes.
Uma das novas fitas, a que se desloca de 5' para 3' em direção ao garfo de
replicação, é a fácil. Esta fita é feita continuamente, porque a DNA polimerase
está se movendo na mesma direção que o garfo de replicação. Esta fita
sintetizada continuamente é chamada fita líder.

6. A outra nova fita, que se desloca de 5' para 3' distanciando-se do garfo, é mais
complicada. Esta fita é feita em fragmentos porque, conforme o garfo avança, a
DNA polimerase (que se afasta do garfo) deve separar-se e religar-se ao DNA
recentemente exposto. Esta fita complicada, que é feita em fragmentos, é
chamada fita tardia
Os pequenos fragmentos são chamados de fragmentos de Okazaki, em
homenagem ao cientista japonês que os descobriu. A fita líder pode ser
ampliada a partir de um único primer, enquanto a fita tardia precisa de um novo
primer para cada um dos curtos fragmentos de Okazaki.
A equipe de manutenção e limpeza
Algumas outras proteínas e enzimas, além das principais citadas acima, são
necessárias para manter a replicação do DNA funcionando adequadamente.
Uma é a proteína chamada pinça deslizante, que mantém as moléculas de
DNA polimerase III no lugar à medida que elas sintetizam DNA. A pinça
deslizante é uma proteína em forma de anel e evita que a DNA polimerase da
fita tardia escape quando ela reinicia em um novo fragmento de
Okazaki^44start superscript, 4, end superscript.
Topoisomerase também desempenha um importante papel na manutenção
durante a replicação do DNA. Esta enzima evita que a dupla hélice de DNA à
frente do garfo de replicação torne-se muito estreitamente enrolada à medida
que o DNA é aberto. Ela age fazendo cortes temporários na hélice para liberar
tensão, depois fecha os cortes para evitar dano permanente.
Finalmente, há um pequeno trabalho de limpeza a fazer se queremos que o
DNA não contenha nenhum RNA ou lacunas. Os primers de RNA são
removidos e substituídos por DNA através da atividade da DNA polimerase I,
a outra polimerase envolvida na replicação. Os cortes que permanecem depois
dos primers são substituídos e fechados pela enzima DNA ligase.
Resumo da replicação do DNA em E. coli
Vamos diminuir a imagem e ver como as enzimas e proteínas envolvidas na
replicação trabalham juntas para sintetizar um DNA novo.

7. A ilustração mostra o garfo de replicação. A helicase desenrola a hélice, e as
proteínas de ligação a fita simples evitam que a hélice se forme novamente.
Topoisomerase evita que o DNA se enrole muito fortemente à frente do garfo
de replicação. A DNA primase forma um primer de RNA, a DNA polimerase
amplia a fita de DNA à partir do iniciador de RNA. A síntese de DNA acontece
somente na direção 5' para 3'. Na fita líder, a síntese de DNA acontece sem
interrupções. Na fita tardia, a síntese de DNA reinicia-se muitas vezes à medida
que a hélice se desenrola, resultando em muitos fragmentos curtos chamados
"fragmentos de Okazaki". A DNA ligase une os fragmentos de Okazaki em uma
única molécula de DNA.
 Helicase abre o DNA no garfo de replicação
 Proteínas ligadoras de fita simples recobrem o DNA ao redor do garfo de
replicação para evitar que o DNA se enrole.
 Topoisomerase trabalha na região à frente do garfo de replicação para evitar
enrolamento excessivo.
 Primase sintetiza primers de RNA complementares à fita de DNA.
 DNA polymerase III aumenta os primers adicionando nucleotídeos na
extremidade 3', para fazer a maior parte do novo DNA.
 Primers de RNA são removidos e substituídos com DNA pela DNA polimerase
I
 As lacunas entre fragmentos de DNA são fechadas pela DNA ligase.
Replicação de DNA em eucariontes
O básico da replicação de DNA é similar entre bactérias e eucariontes tais
como seres humanos, mas há também algumas diferenças:
 Eucariontes geralmente têm múltiplos cromossomos lineares, cada um com
múltiplas origens de replicação. Seres humanos podem ter até 100.100.100,
point000000000 origens de replicação^55start superscript, 5, end superscript!
 A maioria das enzimas de E. coli tem equivalentes na replicação eucarionte de
DNA, mas uma única enzima em E. coli pode ser representada por múltiplas
enzimas em eucariotas. Por exemplo, há cinco DNA polimerases humanas com
funções importantes na replicação^55start superscript, 5, end superscript.
 A maioria dos cromossomos eucarióticos são lineares. Por causa da forma pela
qual a fita tardia é feita, algum DNA é perdido nas extremidades dos
cromossomos lineares (os telômeros) em cada evento de replicação.