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A replicação do DNA corresponde à duplicação do material genético, pois o DNA faz uma cópia de si mesmo. As duas fitas que constituem a molécula se separam e orientam a formação de cadeias complementares que se unirão a elas. O ciclo celular pode ser dividido em dois momentos: interfase e divisão celular, por exemplo, a mitose. A interfase, por sua vez, é a fase mais longa por apresentar a replicação do DNA e os intervalos antes e depois da duplicação do material genético. O DNA, que nas células eucariontes está localizado no núcleo, contém todas as informações genéticas de um ser e seu processo de duplicação é importante para o crescimento, reprodução e reparo celular. Uma molécula de DNA é formada por duas fitas que se complementam. Por exemplo, se temos uma fita F e outra F’, no processo de replicação as fitas se separam e são utilizadas como moldes para formação de fitas complementares. Logo, a sequência de nucleotídeos de F determina a sequência de uma nova fita F’ e F’ indica a composição de uma nova fita F.  Antes que as células sejam formadas na divisão celular o conteúdo da célula-mãe precisa passar pela duplicação para ser distribuído. Por isso, com a replicação do DNA garante-se que as células-filhas receberão a mesma informação gênica. Estrutura do DNAO DNA, uma fita dupla em forma de espiral (dupla hélice), é um ácido nucleico formado por bases nitrogenadas, a pentose desoxirribose e o grupo fosfato. Essa estrutura é unida por ligações de hidrogênio entre as bases nitrogenadas, Adenina (A), Timina (T), Citosina (C) e Guanina (G), que formam os pares A-T e C-G. As ligações fosfodiéster mantêm os nucleotídeos unidos na molécula de DNA. As extremidades de uma fita de DNA são classificadas como 5’ e 3’, pois correspondem ao número do carbono da pentose onde estão localizados o grupo fosfato e a hidroxila (OH) que se unem em uma ligação fosfodiéster. Na ponta 5’ está um grupo fosfato livre e na ponta 3’ encontra-se uma hidroxila livre. Saiba mais sobre nucleotídeos e ácidos nucleicos. Em resumo, a replicação do DNA ocorre no sentido 5’ → 3’ e as fitas são separadas pela atuação de enzimas, que quebram as ligações entre as bases nitrogenadas e desenrolam as cadeias, abrindo a dupla hélice. Conforme a despiralização do DNA acontece, outras enzimas atuam catalisando a síntese de duas novas sequências utilizando as fitas-mãe como molde. Cada fita criada se une a uma fita original do DNA. Por isso, o processo é classificado como semiconservativo. O DNA é uma molécula em dupla hélice e para ocorrer a sua duplicação o primeiro passo é descompactar essa estrutura pela ação da enzima DNA helicase. A helicase reconhece a origem da replicação e atua quebrando as ligações de hidrogênio nas bases nitrogenadas A-T e C-G. Esse processo ocorre em vários pontos e forma "bolhas de replicação". Conforme as ligações se desfazem é como se fosse um zíper abrindo e, por isso, essa etapa faz surgir uma estrutura em forma de Y chamada de forquilha de replicação, o ponto de partida da duplicação. A enzima primase é responsável por sintetizar uma porção de RNA, chamado de primer. Nessa etapa vários primers são gerados e vão se unindo à cadeia para iniciar a síntese de DNA. A enzima DNA polimerase é a enzima de replicação responsável por ampliar a nova cadeia adicionando as bases (A, C, G e T). Essa etapa é direcionada da extremidade 5’, com um grupo fosfato, para extremidade 3’, com um grupo hidroxila. Essa fase é chamada de replicação contínua. Entre os primers ligados à fita original, vários pedaços de DNA são anexados e são chamados de fragmentos de Okazaki. Como os trechos precisarão ser unidos posteriormente, essa fase recebe o nome de retardada. A enzima exonuclease é responsável por remover os primers das fitas originais após a formação fitas contínuas e descontínuas. Para evitar erros de sequenciamento uma revisão e, se necessário, uma correção é realizada por outra exonuclease. A enzima DNA ligase faz com os fragmentos de DNA sejam unidos e o DNA sequenciado em duas fitas contínuas. Exercícios sobre replicação do DNAUtilize as questões a seguir para testar seus conhecimentos sobre o que você acabou de aprender sobre a replicação do DNA. Questão 1Por que a replicação do DNA é considerada um processo semiconservativo?
Resposta: A replicação é considera um processo semiconservativo, pois a após a duplicação as moléculas de DNA são constituídas de uma fita original e outra fita complementar formada utilizando a fita original como molde. Questão 2Cite pelo menos três enzimas que atuam na replicação do DNA e que função desempenham.
Resposta: DNA helicase: descompacta a estrutura do DNA desfazendo as ligações de hidrogênio entre as bases nitrogenadas da molécula para iniciar a replicação. DNA primase: responsável por sintetizar as porções de DNA, chamados de primers, que se ligarão à fita original de DNA. DNA polimerase: enzima de replicação responsável por ampliar a nova fita formada na replicação. Observe as etapas do processo de replicação do DNA. I. Criação das forquilhas de replicação II. Ligação de nucleotídeos livres III. Síntese e acoplamento de primers IV. Ligação de fragmentos e formação de uma fita de DNA A sequência correta de acordo com a ordem que acontecem na duplicação é: a) II, I, IV e III b) I, III, II e IV c) III, II, IV e I d) I, II, III e IV
Alternativa correta: b) I, III, II e IV. I. Criação das forquilhas de replicação. As enzimas helicases iniciam o processo separando as fitas de DNA. IV. Ligação de fragmentos e formação de uma fita de DNA. A ligação é feita pelas enzimas ligases. Questão 4Ao separar a dupla hélice de uma molécula de DNA tem-se a seguinte sequência de bases nitrogenadas de uma das fitas que será utilizada como molde: ATCGGTTA A sequência da fita complementar que será produzida para se ligar à fita original é: a) TGCCAAT b) CGATTGGC c) TAGCCAAT d) GCGTTAAC
Alternativa correta: c) TAGCCAAT. As bases nitrogenadas sempre fazem os mesmos pares ao se ligarem, ou seja, timina liga-se à adenina (A-T) e guanina une-se à citosina (G-C). Sendo assim, uma sequência de bases nitrogenadas ATCGGTTA se ligará à sequência TAGCCAAT, conforme a letra c. Adquira mais conhecimento com os conteúdos:
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Em 1953, o biólogo norte-americano James D. Watson e o físico inglês Francis H. C. Crick propuseram o modelo para explicar a estrutura da molécula de DNA. Além de explicar as propriedades químicas e físicas da molécula, explicava também sua duplicação, ou replicação. A replicação do DNA ocorre de forma semiconservativa, é iniciada em origens únicas e geralmente ocorre de forma bidirecional, a partir de cada origem de replicação. A fidelidade da replicação é muito grande, com uma média de apenas um erro por bilhão de nucleotídeos incorporados após a síntese e correção de erros durante e imediatamente após a replicação. A replicação do DNA é um processo semiconservativo, pois cada uma das suas moléculas recém formadas conserva uma das cadeias da molécula que a originou e forma uma cadeia nova, complementar ao seu molde. A replicação do DNA envolve três etapas:
Para que a síntese de DNA ocorra, são necessários dois substratos fundamentais: desoxinucleosídeos trifosfatados e uma junção iniciador: molde. O DNA começa a ser sintetizado pela extensão de extremidade 3’ do iniciador. Essa é uma característica universal do DNA e do RNA. A fita molde irá orientar qual dos quatro nucleosídeos trifosfatados será adicionado. As duas fitas possuem uma orientação antiparalela, o que significa que a fita molde para a síntese de DNA tem orientação oposta à fita de DNA que está sendo sintetizada. A síntese do DNA é catalisada pela enzima DNA-polimerase. Ela utiliza um único sítio ativo para catalisar a síntese do DNA. O pareamento correto das bases é necessário para que a DNA-polimerase catalise a adição do nucleotídeo. Ambas as fitas do DNA são sintetizadas juntas na forquilha de replicação, com orientação antiparalela. Durante o processo de replicação, as pontes de hidrogênio são catalizadas e os nucleosídeos livres unem-se a elas, respeitando sempre a regra do emparelhamento: Adenina-Timina, Citosina-Guanina. À medida que se encaixam nas cadeias do DNA, vão formando duas novas cadeias, obedecendo a regra da replicação semi-conservativa. Processo de replicação de DNA. Ilustração: Designua / Shutterstock.com [adaptado] Em sua maioria, os erros são rapidamente removidos e corrigidos por uma série de enzimas do sistema de reparo do DNA que primeiro reconhecem que filamento na dupla hélice recém-sintetizada contém a base incorreta e então a substitui pela base complementar correta. A replicação do DNA precisa ser um processo extremamente preciso, pois a carga de mutação sobre um organismo é intolerável, embora ocorra a uma taxa de menos de uma mutação de par de bases por divisão celular. Bibliografia: Fundamentos da Genética / D. Peter Snustad, Michael J. Simmons. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. Biologia Molecular do Gene / James D. Watson … [et al.]. Porto Alegre: Artmed, 2006 Biologia / José Mariano Amabis, Gilberto Rodrigues Martho. São Paulo: Moderna, 2004 |
Entre as alternativas abaixo assinale a que melhor representa a importância da replicação do DNA
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