O que é duplicação de DNA explique a sua importância e por que é chamado de?

Índice

• 1 Princípios da Replicação do DNA
• 2 Processo de replicação do DNA
• 3 Origem da Replicação
• 4 Forquilhas de Replicação
  • 4.1 Posts relacionados:

O processo biológico fundamental da reprodução requer a transmissão fiel da informação genética dos pais para os filhos. Portanto, a replicação do DNA genômico é essencial para a existência de todas as células e organismos.

A cada vez que uma célula se divide, todo o seu genoma deve ser duplicado, sendo necessária uma complexa maquinaria enzimática para copiar as grandes moléculas de DNA que constituem os cromossomos procarióticos e eucarióticos.

Além disso, as células desenvolveram mecanismos para corrigir os erros eventuais que ocorrem durante a replicação do DNA e para reparar as lesões que resultam da ação de agentes ambientais tais como as radiações.

Anormalidade nestes processos resultam na falta de acurácia na replicação e na manutenção do DNA genômico; falha esta que pode ter consequências desastrosas, como o desenvolvimento de câncer.

Princípios da Replicação do DNA

A replicação do DNA é um processo semiconservativo no qual cada fita parental serve como molde para a síntese de uma nova fita-filha. Para tal, ocorre a separação das fitas da dupla hélice de DNA com a quebra das ligações de hidrogênio entre as bases nitrogenadas, e então cada fita atuará como molde para a produção de uma nova fita.

Assim, cada nova molécula de DNA é uma cópia perfeita de uma molécula preexistente. Ocorre durante a fase S da interfase e a enzima central envolvida é a DNA polimerase que catalisa a junção de desoxirribonucleosídeos 5’-trifosfatados (dNTPs) para formar a cadeia crescente de DNA.

SE LIGA! A replicação correta da dupla hélice original do DNA é assegurada pelo pareamento adequado das bases nitrogenadas, isto é, cada timina é pareada com uma adenina e cada guanina está associada a uma citosina. Erros neste pareamento podem (ou não) gerar mutações.

Contudo, a replicação do DNA é muito mais complexa que uma simples reação enzimática. Outras proteínas estão envolvidas e mecanismos de correção de erros são necessários para garantir que a exatidão da replicação seja compatível com a baixa frequência de erros exigida para a reprodução celular.

Proteínas adicionais e sequências específicas de DNA são necessárias para iniciar a replicação e copiar as extremidades dos cromossomos eucarióticas.

Processo de replicação do DNA

A replicação do DNA é um processo bastante complexo tendo em vista que envolve a duplicação de bilhões de pares de nucleotídeos cada vez que a célula se divide. O processos de cópia deve ocorrer com alta velocidade e precisão, isto é, com o mínimo de erros possível. Este feito é realizado por um grupo de proteínas que formam uma máquina de replicações.

A replicação do DNA também é dita assincrônica. Isto porque, em um dado tipo celular, regiões específicas do material genético, ou genes individuais, começam e terminam sua duplicação em momentos definidos na fase S. A eucromatina, que constitui a cromatina geneticamente ativa, começa a replicar primeiro, fazendo-o desde o início da fase S, enquanto a heterocromatina geralmente é a última a replicar, no final do período S, sendo considerada, portanto, de replicação tardia.

Origem da Replicação

Para que o DNA de fita dupla atue como molde durante a replicação, as duas fitas pareadas devem ser separadas, ou desnaturadas, para tornar as bases disponíveis ao pareamento com as bases dos dNTPs que são polimerizados nas novas fitas-filhas recém-sintetizadas.

A separação das fitas parentais de DNA é realizada por helicases específicas, começando em segmentos únicos de uma molécula de DNA, chamados origens de replicação, ou simplesmente origens. As sequências nucleotídicas das origens de replicação de diferentes organismos variam bastante, embora geralmente contenham sequências ricas em A – T (Adenina e Timina).

Imagem: A dupla hélice de DNA é aberta na origem de replicação. Fonte: Bruce Alberts, Dennis Bray, Karen Hopkin, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, Peter Walter. (2017). Fundamentos da Biologia Celular. 6aEd. Editora Artmed, Porto Alegre, 864p.

SE LIGA! As origens de replicação são compostas por sequências de DNA que atraem as proteínas iniciadoras e são segmentos de DNA particularmente fáceis de separar. Nesse contexto, sabemos que o par de bases A – T é unido por menos pontes de hidrogênio do que o par G – C (Guanina e Citosina). Portanto, um segmento de DNA rico em pares de bases A – T é relativamente mais fácil de ser separado e, com isso, esses pares são normalmente encontrados nas origens de replicação. 

A velocidade de duplicação do DNA é calculada em torno de 30 mm por minuto, na bactéria Escherichia coli, e de 0,5 a 2,0 mm por minuto, nos núcleos das células eucariontes dos vertebrados.

Com essa velocidade, se o processo começasse por um extremo da molécula de DNA e terminasse no outro, o genoma dos vertebrados gastaria um tempo muito longo para sua replicação. Isso realmente não acontece, pois enquanto em células procariontes a molécula de DNA inicia a replicação em um único local, em células eucariontes existem múltiplas origens.

Assim, essas células solucionaram o problema de replicar seu enorme genoma no curto espaço de tempo do intervalo S e superaram a baixa velocidade de sua replicação. O número de origens de replicação depende do organismo, do tipo celular e é regulado ao longo do desenvolvimento.

Como exemplo, em um cromossomo humano médio existem, pelo menos, 200 pontos de origem. Como muitos genes ativos replicam no início da fase S, é possível que o papel de origens de replicação específicas seja o de coordenar a replicação do DNA com a transcrição dos genes.

Imagem: A replicação em eucarióticos inicia em múltiplas origens (ori). Fonte: Geoffrey M. Cooper & Robert E. Hausman. (2007). A Célula. Uma abordagem molecular. 3a Ed. Editora Artmed, Porto Alegre, 736p.

Para ser ativada, a origem de replicação é reconhecida por um complexo proteico chamado complexo de reconhecimento de origem (ORC, em inglês). Ele liga-se às origens de replicação e sinaliza para que outras proteínas reguladoras venham a se ligar também. Entre essas proteínas, está o complexo pré-replicativo ou pré RC. Quando o complexo pré-RC se liga a uma origem de replicação, o complexo ORC é fosforilado e o processo de replicação é iniciado. Depois de ocorrida a replicação, o complexo pré-RC se desliga daquela origem de replicação, impedindo outra leitura da mesma origem.

Forquilhas de Replicação

A região do DNA na qual todas estas proteínas se reúnem para realizar a síntese de fitas-filhas é chamada de forquilha de replicação, em forma de Y. Nessas forquilhas, a máquina de replicação se desloca sobre o DNA, causando a abertura das duas fitas da dupla-hélice e usando cada um das fitas como um molde para produzir uma nova fita-filha.

Duas forquilhas de replicação são formadas a partir de cada origem de replicação, e essas se afastam da origem nas duas direções, separando o DNA a medida que vão se afastando. Dessa forma, a replicação do DNA nos cromossomos bacterianos e eucarióticos é dita bidirecional.

As forquilhas se deslocam muito rapidamente – cerca de 1.000 pares de nucleotídeos por segundo em bactérias e 100 pares de nucleotídeos por segundo em humanos. A velocidade mais lenta do movimento da forquilha em humanos (e em todos os eucariotos) pode ser devida às dificuldades geradas pela presença da estrutura da cromatina, mais complexa, encontrada nos organismos superiores.

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