AULA 05 - ROTEIRO - REPLICAÇÃO DO DNA

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AVISO: Este roteiro não deve ser utilizado como única fonte de material para estudos, utilize os livros recomendados 
na disciplina. 
ROTEIRO AULA 05 – REPLICAÇÃO DO DNA 
PARTE 01 – FASE S do Ciclo Celular 
Durante a vida das células, em algum momento estas receberão um sinal indicando 
que deverão se dividir. A resposta a isso é sua entrada na Fase G1 do ciclo celular, e 
assim, produzir os componentes necessários para realizar um importante processo na 
próxima fase (Fase S ou Fase de Síntese de DNA), chamado de Replicação do DNA. 
Se fizerem parte de um tecido somático, as células filhas deverão ser idênticas à célula 
mãe quanto ao seu conteúdo genético, e para garantir isso, se faz necessário o 
processo de Replicação. Por sua vez, este processo é de suma importância pois 
garante a passagem de toda a informação genética contido no núcleo da célula mãe 
para as células filhas. Ou seja, é através da Replicação que se garante que todas as 
células de um organismo (com exceção das formadoras de gametas) possuam o 
conteúdo genético completo idêntico ao do Zigoto (célula formada pela fecundação 
do óvulo por um espermatozóide). 
PARTE 02 – Replicação Semiconservativa e Bidirecional, Origens e Forquilhas 
de Replicação 
A Replicação do DNA é o processo celular onde se produz réplicas (cópias idênticas) 
do DNA contido no núcleo. Lembrando que as réplicas ficam unidas por uma região que posteriormente na fase M se 
tornará o centrômero. A Replicação do DNA ocorre seguindo um Padrão Semiconservativo. Neste padrão, uma dupla-fita 
de DNA (conhecida como Original), sede suas fitas como molde para que por complementariedade de bases, se construa 
fitas novas. Desta forma, as duas réplicas serão constituídas por um filamento original e um filamento novo, assim, por 
conservarem apenas 1 filamento original por molécula, este processo é dito Semiconservativo. 
Os Organismos Eucariotos, como Animais e Humanos, possuem nos 
núcleos de suas células longas moléculas de DNA que devem ser 
replicadas rapidamente. Para que este processo seja realizado em um 
ritmo condizente com as necessidades das células, a dupla-fita é aberta 
em diversos seguimentos da molécula de DNA. Os pontos onde se 
iniciam a abertura das fitas são conhecidos como Origens de 
Replicação. Assim, em uma molécula de DNA existem Múltiplas 
Origens de Replicação, desta forma com a abertura em vários locais e 
contando com uma Replicação Bidirecional (a Replicação avançando 
em ambas as direções, esquerda e direita) é possível agilizar o processo. 
Nas regiões (esquerda e direita a partir da origem de replicação) onde 
a dupla-fita está sendo aberta (denominada de Forquilha de Replicação), encontramos as diversas proteínas responsáveis 
pela Replicação do DNA. 
PARTE 03 – REPLICAÇÃO DO DNA E SUAS 
PROTEÍNAS 
De maneira bem sucinta, iremos apresentar 
os eventos da Replicação do DNA em uma das 
forquilhas de Replicação (figura ao lado). A 
abertura da dupla-fita Original (indicada na 
figura como DNA pai) (denominada de 
Desnaturação) é realizada pela Helicase. Esta 
proteína possui a capacidade de romper as 
pontes de hidrogênio formadas pelas bases 
nitrogenadas pareadas dos dois filamentos 
da molécula. Os filamentos originais abertos, 
ou seja, agora em fita simples (ou fita única) são estabilizados neste estado por proteínas denominadas de SSB (Proteínas 
de ligação unifilamentar ou Fita simples). Contudo, pelo fato da molécula de DNA ser Helicoidal (ou seja, formar hélices), 
na região a frente desta abertura da dupla-fita são formadas fortes torções (tensionando a molécula) que podem levar a 
ruptura da mesma. Para evitar isto, uma segunda proteína, conhecida como Topoisomerase I (ou Girase) realiza uma 
quebra em um dos filamentos da dupla-fita e o gira 360 graus, usando como eixo aquele filamento que ainda está íntegro. 
Posteriormente, restaura a o filamento quebrado. Isto diminui as torções e evita o rompimento do DNA conforme a 
forquilha de replicação avança (A Topoisomerase I é representada na figura acima por uma seta girando em 360 graus na 
dupla-fita a frente da abertura das fitas). 
Antes de continuarmos, é necessário destacar que as duas fitas do DNA original possuem sentidos opostos (indicados por 
5’ (em verde) e 3’ (em vermelho), vide roteiro da aula passada para mais informações), assim como as fitas novas que as 
utilizam para serem construídas. Isto é importante para definirmos qual fita nova será conhecida como Fita Líder ou 
Contínua (aquela que cresce (os nucleotídeos são inseridos) no sentido da Forquilha de Replicação, visto que sua 
extremidade 3’ está voltada para esta) e qual será a Fita Atrasada ou Descontínua (aquela que cresce no sentido oposto 
ao da Forquilha, visto que sua extremidade 3’ aponta para este lado). 
Replicação da Fita Líder ou contínua 
Uma vez aberta a Dupla-fita Original, seus filamentos servirão como 
moldes (com base na sua sequência de bases) (em azul na figura ao 
lado) para construção das fitas novas. Assim, para que a Fita Líder 
(ou Contínua) (em dourado na figura ao lado, seus nucleotídeos 
também estão representados em dourado) seja produzida de 
maneira complementar a fita molde original, necessitamos do 
auxílio de algumas proteínas. A primeira delas é a Primase (ou RNA 
Primase), esta enzima tem a capacidade de produzir um pequeno 
trecho (complementar a fita molde e com poucas bases de 
comprimento) constituído por nucleotídeos de RNA, o chamado 
Primer (ou Iniciador). Por sua vez, estes Primers são essenciais para 
a atuação da próxima proteína. A DNA Polimerase III é a enzima 
responsável pela inserção (ou Polimerização) de novos nucleotídeos 
de DNA para a produção da Fita nova. Entretanto, para que esta desenvolva seu trabalho, são necessários: A fita molde 
(para que insira os nucleotídeos com as bases nitrogenadas complementares a esta corretamente), Nucleotídeos Novos 
Livres Trifosfatados (para fornecer a energia necessária para construir novas Ligações Fosfodiéster (vide aula passada) 
entre nucleotídeos adjacentes da mesma fita) e o Primer. Este Primer oferece uma pequena porção em dupla-fita e uma 
extremidade 3’ com Hidroxila para a DNA Polimerase III. Esta última, não possui a capacidade de inserir nucleotídeos 
novos em uma fita simples diretamente (no caso a fita molde sem primer). Uma vez ligada ao primer, a DNA Pol III 
quebrará a ligação química liberando dois Fosfatos Inorgânicos (PPi) do nucleotídeo novo, produzindo assim, a energia 
necessária para estabelecer a nova ligação Fosfodiéster entre a Hidroxila (na região 3’ do primer) e o fosfato (restante) 
do novo Nucleotídeo. Por estas necessidades da DNA Pol III, dizemos que o sentido de crescimento das fitas novas do 
DNA é 5’ ---> 3’. Pois os novos nucleotídeos sempre serão inseridos na ponta 3’ deste novo filamento. E como este 
filamento novo crescerá no sentido da forquilha de replicação, conforme a dupla-fita vai sendo aberta, este filamento 
cresce continuamente com a inserção de novos nucleotídeos complementares a fita molde. E para isto, basta a inserção 
de apenas um Primer no início da produção do Filamento Líder (ou Contínuo). 
Replicação do Filamento Atrasado (ou Descontínuo) 
O Filamento (ou a Fita) Atrasado (ou Descontínuo) é aquele cujo crescimento ocorre em sentido oposto à Forquilha de 
replicação, ou seja, sua extremidade 3’ está voltada para o lado que se distancia da forquilha (note na figura ao lado). 
Desta forma, como as enzimas necessárias para a Replicação devem ficar próximas a Forquilha, este filamento novo é 
construído aos poucos em fragmentos. Estes são conhecidos como Fragmentos de Okazaki. Primeiro a Primase insere um 
Primer (próximo à forquilha de replicação), a partir disso, a DNA Polimerase III insere os novos nucleotídeos de DNA até 
o próximo Primer (note que o filamento atrasado possui a inserção de múltiplos Primers). Ao se deparar com este novo 
Primer, a DNA Pol IIInão é capaz de remover os nucleotídeos de RNA do Primer (pois só funciona com a atividade de 
Polimerização 5’->3’). 
 
Diferentemente disso, a DNA Polimerase I (esta sim, com capacidade de Exonuclease 5’->3’ e Polimerização 5’->3’) retira 
os nucleotídeos de RNA à medida que os substitui por nucleotídeos de DNA. Mas existe um outro porém aqui, pois após 
completar sua tarefa, a DNA Pol I produzir a ligação fosfodiéster entre o último nucleotídeo novo (que apresenta um OH 
em sua na extremidade 3’) inserido (após a retirada do primer) e o nucleotídeo de DNA que já havia sido inserido no outro 
fragmento adiante. Isto porque o nucleotídeo deste último fragmento possui apenas um fosfato e não três, visto que 
durante sua incorporação dois de seus fosfatos foram liberados para formar a Ligação Fosfodiéster com o último 
nucleotídeo do Primer. Assim, com um fosfato apenas não há energia suficiente para se estabelecer uma ligação 
fosfodiéster nova. Para resolver isso, uma outra enzima, chamada de DNA Ligase produz esta ligação faltante. Com isso, 
o filamento descontínuo (ou atrasado) vai sendo produzido. Conforme a forquilha de replicação abre a dupla-fita original, 
novos fragmentos de Okazaki são produzidos e resolvidos, formando um ciclo como o representado na figura acima. 
 
PARTE 04 – REPLICAÇÃO DOS TELÔMEROS 
As regiões da dupla-fita de DNA responsável pela 
formação dos Telômeros (que virão a ser as 
extremidades dos cromossomos durante a divisão 
celular) possui uma estrutura singular com função de 
proteger estas extremidades. Por esta razão, a replicação 
destas também ocorre através de um mecanismo 
especial. O problema principal é que o filamento novo 
descontínuo acaba ficando mais curto que o filamento 
molde, após o primer ser retirado (figura ao lado). Para 
que isto seja corrigido, a célula conta uma enzima 
chamada de Telomerase. Esta proteína é especial, pois a 
mesma possui uma molécula de RNA que atua como 
molde para produzir uma fita nova complementar de 
DNA (ação de Transcriptase Reversa). A Telomerase 
pareia parte das bases do molde de RNA com o filamento original do DNA, este agora servirá como “Primer” e a molécula 
de RNA como molde para aumentar o tamanho do filamento original. Esta ação é repetida diversas vezes até que o 
filamento original possua um tamanho suficiente para que o filamento novo descontínuo seja construído de maneira 
completa. 
 
PARTE 05 – DANOS NO DNA DURANTE A REPLICAÇÃO E MECANISMOS DE REPARO 
Durante a replicação, diversos tipos de danos no DNA podem ocorrer e caso não sejam corrigidos, podem ser propagados 
a cada nova replicação das células. A própria DNA Polimerase pode cometer erros e inserir bases incorretamente 
pareadas, isto ocorre em média 1 vez a cada 100 milhões de bases inseridas. Isto explica (conjuntamente com os 
mecanismos de reparo) o porquê de as mutações serem eventos raros. De qualquer forma, alguns tipos de DNA 
Polimerase possuem Mecanismos de Verificação (ou Proof-reading) nos quais a própria DNA Polimerase reconhece o erro 
ao inserir um nucleotídeo. Sua ação é de retornar no sentido 3’→5’, retirar o nucleotídeo (Exonuclease 3’→5’) e 
posteriormente inserir o nucleotídeo correto (através da ação Polimerase 5’→3’). Outros exemplos de danos no DNA são: 
a Depurinação (onde é rompida a ligação glicosídica de nucleotídeos já incorporados, com consequente perda da Base 
Nitrogenada deste nucleotídeo), a Desaminação (onde nucleotídeos contendo Citosina ou Adenina perdem grupos Amino 
em suas bases, isto provoca a modificação destas bases e produz pareamentos incorretos. Ex. Citosina – Amino = Uracila 
pareando com Adenina) e os Dímeros de Pirimidina induzidos por Luz UV (onde duas timinas adjacentes em um mesmo 
filamento fazem ligações químicas entre si). Tais erros (se ocorrerem em somente uma das fitas) podem ser corrigidos 
por Mecanismos de Reparo de Excisão (retirada) de Bases ou de Nucleotídeos. Em casos onde ocorrem a quebra das 
duas fitas do DNA, o local pode ser reparado via União das Extremidades não Homologas, ou mesmo através da 
Recombinação Homóloga.