Aula+03+ Replicação+do+DNA

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A replicação do DNA deve ocorrer antes de cada divisão mitótica celular. Em um 
contexto didático de ciclo celular, a replicação do DNA acontece na fase S, que 
justamente significa síntese de DNA.
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A dupla fita de DNA serve como molde para a replicação do mesmo onde cada fita 
serve como molde para a sua fita complementar, preservando assim metade da fita 
da célula-mãe e criando uma fita completamente nova para a célula-filha. Por isso 
esse processo é chamado de semi-conservativo.
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A dupla fita de DNA serve como molde para a replicação do mesmo onde cada fita 
serve como molde para a sua fita complementar, preservando assim metade da fita 
da célula-mãe e criando uma fita completamente nova para a célula-filha. Por isso 
esse processo é chamado de semi-conservativo.
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Para que ocorra o início da replicação do DNA, é necessário que as fitas de DNA 
(altamente estáveis através das pontes de hidrogênio se rompam). Isso acontece em 
locais específicos determinados Origens de replicações. Estes locais contém uma 
maior concentração de pares de base A-T que são ligados apenas por 2 pontes de 
hidrogênio, facilitando assim a formação do que chamamos de bolha de replicação.
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O processo é razoavelmente parecido, mas comecemos pelos mais simples.
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Bactérias possuem apenas 1 origem de replicação e um DNA circular. Proteinas
iniciadoras reconhecem a origem de replicação e formam um grande complexo 
proteína-DNA. Esse complexo atrai então uma proteína chamada DNA Helicase.
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Inicialmente as DNA-helicases foram descritas como proteínas que utilizam a energia 
da hidrólise do ATP para realizar alguma função. Posteriormente foi descrito que a 
hidrólise do ATP agia modificando a conformação da proteína para que ela pudesse 
realizar um movimento através da fita simples de DNA. Quando ela encontra uma fita 
dupla de DNA ela continua a deslocar-se abrindo a dupla fita de DNA.
Existem basicamente 2 helicases: Uma que se desloca no sentido 5’ para 3’ e outra 
que se desloca no sentido 3’ para 5’.
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As proteínas iniciadoras ligam-se as sequencias da origem de replicação causando um 
dobramento na dupla-fita do DNA bacteriano. A complexo helicase-inibidor 
reconhece a sequência dobrada e o inibidor da helicase se liga abrindo a dupla fita de 
DNA. 
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A síntese ocorre graças a uma enzima chamada DNA polimerase que polimeriza a fita 
de DNA. Um desoxirribonucleosídeo trifosfato reconhece sua base complementar (no 
desenho o C encontrou o G). O grupamento trifosfato perde o pirofosfato deixando 
uma valência livre capaz de reagir com a hidroxila 3’ da desoxirribose anterior. A 
síntese é realizada na direção 5’ => 3’ (com raras exceções).
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A síntese ocorre graças a uma enzima chamada DNA polimerase que polimeriza a fita 
de DNA. Um desoxirribonucleosídeo trifosfato reconhece sua base complementar (no 
desenho o C encontrou o G). O grupamento trifosfato perde o pirofosfato deixando 
uma valência livre capaz de reagir com a hidroxila 3’ da desoxirribose anterior. A 
síntese é realizada na direção 5’ => 3’ (com raras exceções).
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A DNA polimerase sozinha rapidamente se dissocia da fita simples de DNA. Para que 
o tempo de polimerização da mesma seja prolongado um complexo proteico 
chamado de proteínas da cinta deslizante aumenta sua interação com o DNA sem 
que impeça o seu movimento de polimerização. A cinta deslizante é montada pelo 
complexo montador da cinta através da hidrólise de ATP. O complexo montador da 
cinta se dissocia da cinta deslizante assim que ela é montada com a polimerase. Toda 
vez que a Polimerase com a cinta encontra uma porção em que o DNA está em dupla-
fita elas se dissociam. 
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Já ficou claro que a DNA polimerase necessita da hidroxila 3’ do nucleotídeo anterior 
para polimerizar o DNA, portanto ela não polimeriza uma fita sem molde, e 
tampouco sem início. Portanto uma enzima chamada DNA primase reconhece o DNA 
fita simples e sintetiza um pequeno fragmento de RNA que serve como iniciador ou 
primer para que a DNA continue a sintetizar o DNA.
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A DNA-primase após a ação da helicase sintetiza uma sequencia iniciadora (primer) 
de RNA e então a DNA polimerase reconhece o iniciador e segue polimerizando o 
DNA.
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Porém, por existir apenas 4 bases nitrogenadas, a chance de haver um repareamento
parcial de apenas 1 fita formando grampos é enorme. Isso atrapalharia a síntese do 
DNA pela DNA-polimerase.
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Para resolver esse problema, proteínas ligadoras de fitas simples de DNA chamadas 
SSB (presentes em bactérias, eucariotos e até vírus) ligam-se a fita de DNA simples 
estabilizando-as, no entanto sem esconder a base nitrogenada, possibilitando o 
pareamento necessário para a polimerização do DNA.
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Os DNAs de bactérias circulares sofrem um aumento de tensão toda vez que a 
helicase percorre desfazendo a dupla-fita de DNA pois ele não possui extremidades 
livres. Nos eucariotos, as extremidades do DNA são ligadas a proteínas, não sendo 
livres também e sofrendo o mesmo problema. Proteinas chamadas topoisomerases
podem resolver este problema. As toposiomerases I clivam a ligação fosfodiester de 
uma das fitas permitindo que ela gire reduzindo a tensão, esta reação é reversível e o 
fosfato deslocado é utilizado para retomar a ligação fosfodiester.
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A toposimerase 2 atua quando 2 duplas-fita de DNA se entrelaçam, então ela quebra 
as duas ligações de 1 das dupla-fita e permite que a outra a ultrapasse. 
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Quando a replicação se inicia a origem de replicação fica semi-metilada e isso não 
permite que a replicação ocorra novamente.
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O DNA dos eucariotos possuem várias origens de replicação, o que reduz o tempo 
para a replicação de todo o DNA.
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O complexo de reconhecimento de origem reconhece a origem de replicação. 
Proteinas inibidoras da Helicase chamadas Cdt1 e Cdc6 ligam-se ao ORC e a helicase. 
Por tanto, por ação das inibidoras, a helicase encontra-se inativa nesse momento.
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Na transição da fase G1 para a S proteínas Cdk fosforilam a Cdt1 e Cdc6 sinalizando a 
sua degradação, deixando livre a helicase para iniciar a separação das fitas de DNA.
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Diferentemente de todas as outras proteínas, as histonas são sintetizadas 
majoritariamente na fase S da interfase. Já é sabido que o complexo 
proteico/enzimático responsável pela replicação consegue seguir com a replicação 
sem desfazer completamente a estrutura dos nucleossomos. As subunidades H2A e 
H2B são retiradas dos nucleossomos as H3 e H4 são herdadas aleatoriamente entre 
as 2 fitas molde filhas. As novas H2A, H2B, H3 e H4 são adicionadas aos 
nucleossomos que encontram-se parcial ou totalmente incompletos. Esta montagem 
dos nucleossomos ocorre com a ajuda de proteínas do tipo chaperonas chamada 
chaperonas de histonas. 
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Como as histonas H3 e H4 são herdadas aleatoriamente entre as fitas molde 
herdadas, as modificações covalentes contidas em suas caudas também é herdada. 
Após o término de montagem das histonas o complexo de leitura-escrita pode ler 
essas modificações e terminá-los.
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Foi verificado em 1960 que uma região de replicação movia-se progressivamente pela 
dupla-hélice do DNA original. Esta estrutura foi denominada forquilha de replicação.
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Com a direção da forquilha de replicação seria necessário que a fita S nova fosse 
sintetizada no sentido 5’ para 3’ (normal) e a fita S’ nova fosse sintetizada no sentido 
3’ para 5’ (incompatível com a nossa DNA polimerase que só sintetiza no sentido 5’ 
para 3’) Como resolver esse problema?
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Com a utilização de timidina radiativa descobriu-se que uma fita sempre estava a 
frente da outra fita na replicação (essa fita ganhou o nome de fita líder) e a outra fita 
era sintetizada mais lentamente e ganhou o nomede fita retardada ou fita 
descontínua.
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Essa solução na produção de fragmentos de Okasaki cria um problema: Existirão 
pedaços de RNA (iniciador) no meio do DNA. Isso é resolvido porque a DNA 
polimerase possui uma atividade exonucleotídica capaz de substituir os nucleotídeos 
de RNA por nucleotídeos de DNA.
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Quando a DNA polimerase terminar de substituir o iniciador, existirá um intervalo 
onde não haverá uma ligação fosfodiester. Essa ligação é realizada por uma enzima 
chamada DNA ligase que hidrolisa uma ATP para refazer essa ligação.
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DNAs lineares terão outro problema: quando chegar próximo do final de sua fita, não 
haverá espaço para a síntese de um iniciador pela DNA primase. Para resolver esse 
problema, sequencias repetidas de DNA existem nas extremidades das fitas e são 
replicadas por enzimas chamadas telomerases. As Telomerases são acopladas a um 
RNA molde que sempre amplifica a mesma sequencia, servindo assim de molde para 
a polimerização desta região.
A ação da telomerase é extremamente reguladas de célula para célula e de tempos 
em tempo, agindo como um relógio para que células não se dividam infitamente, 
reduzindo assim a chance de proliferação de células defeituosas.
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