Biossíntese e Replicação de DNA

Biossíntese de DNA Profa Renata Manfrinato Biossíntese de DNA Replicação de DNA Ao final da divisão celular as célulasfilhas herdam a mesma informação genética contida na célula progenitora Dessa forma antes da divisão celular a célula deve replicar o seu DNA no período S da intérfase A replicação do DNA é semiconservativa Para a replicação é necessário que as duas cadeias da duplahélice do DNA progenitor sejam separadas para que sirvam de moldes para a construção de cadeias complementares Como as cadeias recém sintetizadas não se separam das cadeiasmolde formamse duas novas duplashélices de DNA idênticas à anterior Dessa forma a replicação do DNA é semiconservativa Replicação semiconservativa do DNA As unidades estruturais para a síntese das novas fitas consistem em trifosfatos de desoxirribonucleosídeos que são acrescentados um em cada vez à extremidade 3de uma fita existente de DNA Ex ATP GTP CTP e TTP Biossíntese de DNA DESOXIRRIBONUCLEOSÍDEOS TRIFOSFATOS SUBSTRATOS DA DNA POLIMERASE Biossíntese do DNA A separação das fitas de DNA exige o desenrolamento da dupla hélice As duas cadeias são utilizadas como molde O DNA é sintetizado no sentido 5 3 e utiliza como molde uma cadeia de DNA preexistente As enzimas DNA polimerases adicionam os sucessivos nucleotídeos na extremidade 3da cadeia em crescimento As DNAs polimerases catalisam as ligações fosfodiésteres que ocorrem entre o OH do C3 da desoxirribose de um nucleotídeo e o fosfato ligado ao C5 do nucleotídeo recém adicionado Biossíntese do DNA O DNA não é sintetizado globalmente mas sim a partir de múltiplos setores ao longo de sua cadeia As origens de replicação são geradas quando as duas cadeias de DNA se separam Nas origens de replicação há segmentos de DNA especiais compostos por centenas de nucleotídeos Essas sequências são diferentes mas apresentam uma sequência comum ARS com cerca de 11 nucleotídeos Biossíntese de DNA O DNA das origens de replicação encontrase associado a um complexo de seis proteínas denominado ORC Locais com um contexto de sequência específico se ligam proteínas específicas ORC permitindo o início da replicação Biossíntese do DNA As cadeias de DNA se separam sob a ação da enzima helicase e o desenrolamento pelas enzimas topoisomerase e girase Quando em uma origem de replicação a dupla hélice do DNA se abre formase a bolha de replicação Isso gera em cada extremidade uma estrutura no formato de Y chamada de forquilha de replicação Biossíntese do DNA As duas forquilhas que nascem em cada origem avançam em sentidos opostos Desaparecem quando colidem com seus semelhantes nas bolhas contíguas com a aproximação progressiva ente elas O segmento de DNA sintetizado a partir de uma origem de replicação recebe o nome de replicon A replicação termina quando todos os replicons conectamse entre si Forquilhas de replicação Biossíntese de DNA Portanto a síntese de DNA requer um molde de DNA preexistente e enzimas denominadas de DNA polimerases e que ocorre com acréscimo de nucleotídeos na extremidade 3das cadeiasfilhas Essas cadeias são antiparalelas e com isso a replicação é bidirecional Em cada forquilha os nucleotídeos de uma das cadeias caminham na direção 5 3 cuja a cadeia progenitora tem o sentido 3 5 e os da outra cadeia na direção 3 5 cuja a cadeia molde está no sentido 5 3 A enzima DNA polimerase só age no sentido 5 3 Dessa forma a célula resolve o problema recorrendo a estratégias diferentes para fabricar as duas cadeias novas A replicação no sentido 5 3é construído sem problemas com acréscimo contínuo de nucleotídeos em sua extremidade 3à medida que a forquilha se desloca Forquilha de replicação Biossíntese de DNA Por outro lado a outra cadeiafilha que caminha na direção 3 5 é sintetizada de maneira diferente já que para poder crescer deve fazer isso em direção contrária ao avanço da forquilha Isso é possível porque é fabricada de maneira descontínua o que significa que são construídos pequenos segmentos de DNA denominados de fragmentos de Okazaki que se ligam entre si conforme vão se formando A cadeia contínua é chamada de cadeia líder e a descontínua de atrasada Isso também caracteriza a duplicação bidirecional Cadeia contínua líder Cadeia descontínua atrasada Biossíntese de DNA Biossíntese de DNA Para iniciar a síntese da cadeia contínua de DNA a DNA polimerase necessita além de uma cadeiamolde3 5 para colocar o primeiro nucleotídeo no sentido 5 3 Essa extremidade é fornecida por um pequeno fragmento de RNA com cerca de 10 nucleotídeos denominado de primer A formação desse primer é catalisada por uma enzima chamada de RNA polimerase específica a DNA primase que gera um RNA curto que permanece ligado ao DNA copiado Uma vez formado o primer a síntese do DNA ocorre pela ação da DNA polimerase e pelo fornecimento dos nucleotídeos ATP GTP TTP CTP Biossíntese de DNA Devido à natureza Bidirecional da replicação ao iniciar a síntese do DNA em cada origem formamse dois primers divergentes um em cada cadeia da dupla hélice A DNA polimerase δ age na cadeia contínua Quando a forquilha alcança a extremidade do replicon a cadeia contínua entra em contato com a descontinua do replicon vizinho a enzima DNA ligase une as extremidades O primer é removido pela enzima nuclease reparadora sendo substituído por uma sequência de DNA pela enzima DNA polimerase β Biossíntese de DNA A cadeia descontínua requer que a DNA primase fabrique múltiplos primers um para cada fragmento de Okazaki Esses fragmentos são sintetizados pela DNA polimerase alfa que se encontra próxima à forquilha de replicação Do mesmo modo que na cadeia contínua os primers são removidos por uma nuclease reparadora e substituídos por fragmentos de DNA construídos pela DNA polimerase beta Em seguida a DNA ligase liga os fragmentos OBS primer 10 ribonucleotídeos e Fragmentos de Okasaki 200 desoxirribonucleotídeos Biossíntese de DNA origem de replicação hélice do DNA parental proteínas iniciadores LIGAÇÃO DA DNA HELICASE A PROTEÍNA INICIADORA DNA helicase A HELICASE ABRE A HELICE E SE LIGA A PRIMASE DNA primase DNA polimerases RNA iniciador necessitava que a DNA polimerase nela a mimha caminha una Biossíntese de DNA DNA Polimerase DNA Original Cadeia atrasada Fragmento de Okazaki RNA iniciador Primase Helicase Topoisomerase Cadeia líder Biossíntese do DNA A separação das cadeias de DNA ocorre pela ação da enzima helicase que requer consumo de ATP Devido a natureza helicoidal do DNA essa enzima não abre as cadeias como um zíper À medida que as cadeias se separam formamse à frente uma torção cada vez maior Portanto para a ação da enzima não ser freada é necessário evitar o superenrolamento ocorrendo então um desenovelamento catalizado pelas enzimas topoisomerases topoisomerase I e topoisomerase II ou girase