A MOLÉCULA DE DNA: ESTRUTURA E REPLICAÇÃO. BEG7200 Introdução Genética à Genética I Humana

Auxílio: Mariáh Daminani da Silva

Professora: Dra. Ilíada Rainha de Souza

Genética I

A MOLÉCULA DE DNA:

ESTRUTURA E REPLICAÇÃO

Laboratório de Polimorfismos Genéticos, BEG - CCB

Professora: Dra. Ilíada Rainha de Souza

BEG7200 – Introdução à Genética Humana

A MOLÉCULA DE DNA:

REPLICAÇÃO

Aula 3 -

Por que e quando

ocorre?

✓

Associação das duas fitas com proteínas - histonas

Estrutura Terciária do DNA

Relembrando...

DIVISÃO CELULAR

MITOSE Manutenção no número de cromossomos

intérfase prófase final da prófase

prometáfase metáfase anáfase

telófase intérfase

final da anáfase CROMATINA

CROMOSSOMOS

CROMATINA

DIVISÃO CELULAR

MITOSE Manutenção no número de cromossomos

intérfase prófase final da prófase

prometáfase metáfase anáfase

telófase intérfase

final da anáfase



REPLICAÇÃO DE DNA: Processo que precede a divisão celular e

através do qual são geradas cópias idênticas das moléculas de

DNA presentes na célula-mãe, a seguir herdadas pelas duas

células-filhas.

Ciclo Celular ^G0

Replicação do (INTÉRFASE)DNA

MITOSE

Duas células 2n célula 2n

Mitose

https://lh3.googleusercontent.com/-G8KlSURSuFM/UvSjvRtV- AI/AAAAAAAABwo/s8wAaNgcIww/w426-h320/insta.gif

Cromossomo duplo

DNA

cromatina



Fase S da intérfase

É a única molécula capaz de sofrer autorreplicação !

DNA

Como acontece a

Autorreplicação do DNA?

Autorreplicação do

DNA Replicação

semiconservativa

Matthew Meselson e Frank Stahl

Fonte: www.scienceworld.wolfram.com/ biography

1958 – Replicação semi-conservativa do DNA

QUAL A ORIGEM DA REPLICAÇÃO?

Sítios específicos nos quais o DNA é desenrolado e o início

da replicação ocorre

QUAL A ORIGEM DA REPLICAÇÃO?

Dependendo do organismo, podem existir de uma a milhares origens por cromossomo (tamanho do genoma)

eucariotos

Replicação se inicia no DNA

em regiões ricas em A-T

Unidade do DNA onde está

ocorrendo um evento de replicação

• Ativados apenas uma única vez em cada ciclo celular

O que é o Replicon?

• A velocidade da forquilha de replicação bacteriana é 50.000 pb/min (~830 pb/s)

• Uma única origem de replicação em E.coli (OriC, 245 pb)

O genoma bacteriano circular constitui um único replicon

FORQUILHA

O genoma eucariótico possui vários replicons

• A velocidade da forquilha de replicação eucariótica é 2.000 pb/min (~33,5 pb/s);

• Os replicons eucarióticos tem 40-100 kb e são iniciados em tempos diferentes, mas apenas uma única vez em cada ciclo celular

• Fase S demora ~ 6h em uma célula somática

 Tem início em uma origem e depois procede bidirecionalmente

Replicação é bidirecional

 Região do DNA onde ocorre a transição do DNA parental fita dupla recém-separado e o dúplex de DNA não-replicado

Forquilha de replicação

 A forquilha de replicação se desloca continuamente em direção à região do dúplex de DNA não-replicado, deixando em seu trajeto dois moldes de ssDNA, que coordenam a formação de dois dúplexes de DNA filhos

dois moldes de ssDNA

DNA é sintetizado por

DNA polimerases

Síntese da cadeia de DNA envolve a formação de ligações covalentes

Fosfodiéster !

A síntese de DNA é feita na direção 5´ → 3´

primers

Nucleotídeos adicionados continuamente no sentido 5’ → 3’ = fita leading

Nucleotídeos adicionados formando fragmentos → fita lagging

 É semi-descontínua

A síntese de DNA é feita na direção 5´ → 3´

primers

Nucleotídeos adicionados continuamente no sentido 5’ → 3’ = fita leading

Nucleotídeos adicionados formando fragmentos → fita lagging



A natureza antiparalela do DNA fornece uma dificuldade à replicação simultânea dos 2 moldes expostos pela forquilha de replicação

A síntese de DNA é feita na direção 5´ → 3´

 Como o DNA é sintetizado apenas pelo elongamento da extremidade 3’ , apenas 1 dos 2 moldes expostos pode ser replicado de forma contínua, à medida que a forquilha se movimenta FITA LÍDER (leading strand

)

A síntese de DNA é feita na direção 5´ → 3´

 A síntese da nova fita de DNA coordenada pelo outro molde faz com que a DNApolimerase se desloque na direção oposta à forquilha de replicação → FITA TARDIA (lagging strand)

A síntese de DNA é feita na direção 5´ → 3´

 Os pequenos fragmentos de DNA recém-sintetizados, formados na fita tardia são chamados de

fragmentos de OKAZAKI

e são, logo após a sua síntese, covalentemente ligados produzindo uma nova fita de DNA contínua e intacta

 Os pequenos fragmentos de DNA recém-sintetizados, formados na fita tardia são chamados de

fragmentos de OKAZAKI

e são, logo após a sua síntese, covalentemente ligados produzindo uma nova fita de DNA contínua e intacta

 Os pequenos fragmentos de DNA recém-sintetizados, formados na fita tardia são chamados de

fragmentos de OKAZAKI

e são, logo após a sua síntese, covalentemente ligados produzindo uma nova fita de DNA contínua e intacta

Origem de replicação é bidirecional

A síntese de DNA é feita na direção 5´ → 3´

primers

Nucleotídeos adicionados continuamente no sentido 5’ → 3’ = fita leading

Nucleotídeos adicionados formando fragmentos → fita lagging

A síntese de DNA é feita na direção 5´ → 3´

primers

Nucleotídeos adicionados continuamente no sentido 5’ → 3’ = fita leading

Nucleotídeos adicionados formando fragmentos → fita lagging

PRINCIPAIS ENZIMAS ENVOLVIDAS

(SISTEMA DE REPLICAÇÃO DO DNA)

DNA Polimerases Helicases

Topoisomerases (DNA girase) Primases

Ligases

Telomerases



Os pareamentos entre as bases A-T e C-G são ditos obrigatórios.



Eventualmente, outros tipos de pareamentos podem se formar, por exemplo, pares G-T, G-A ou U-G .



Esses pares são bem menos estáveis, mas que se não fossem detectados como “erros” de pareamento causariam grandes alterações na informação genética transmitida de uma célula para outra.



A DNA polimerase tem atividade revisora, ou seja,

é capaz de verificar se os nucleotídeos da fita nova

estão corretamente pareados com a fita molde.

PRINCIPAIS ENZIMAS ENVOLVIDAS

(SISTEMA DE REPLICAÇÃO DO DNA)

DNA Polimerases:

Polimerização: catalisa o crescimento da cadeia polinucleotídica (polímero) no sentido 5’ para 3’.

Exonuclease 3’ para 5’: remove sucessivos resíduos individuais da extremidade da molécula, eliminando mononucleotídeos. Atua em uma única fita de ácido nucleico, prosseguindo em uma direção específica.

Exonuclease 5’ para 3’: degrada nucleotídeos de uma das fitas, desmanchando a dupla hélice (remove oligonucleotídeos iniciadores).

(Polimerase I)

Helicases

Topoisomerases (DNA girase) Primases

Telomerases

(revisora) (remove primer)



A atividade revisora (proofreading) permite que antes de realizar adição de um novo nucleotídeo, a DNA polimerase verifique se o último nucleotídeo que foi ligado a fita de DNA nascente está corretamente pareado com a fita molde



Se o pareamento estiver incorreto, a DNA polimerase desfaz a ligação fosfodiéster e o nucleotídeo mal pareado é desligado da cadeia de DNA em formação



A capacidade de remover nucleotídeos da extremidade da

fita de DNA nascente corresponde à atividade de nuclease da

DNA polimerase

Degradam o DNA, clivando-o em pedaços menores

1. EXONUCLEASES: clivam o DNA a partir do final da molécula (5’ → 3’ e/ou 3’ → 5’)

2. ENDONUCLEASES: clivam em qualquer local da molécula

NUCLEASES

Atividade revisora (atividade exonuclease 3’ → 5’)

garante a fidelidade da replicação

ESTÁGIOS DA REPLICAÇÃO

1. INICIAÇÃO

2. ALONGAMENTO

3. TERMINAÇÃO

INICIAÇÃO

1º estágio da replicação em E.coli

• A origem de replicação OriC é extremamente conservada

• Sequências repetidas com 9 e 13 bases, ricas em A-T são reconhecidas por mais de 9 enzimas diferentes

• Reconhecida na sequência palindrômica GATC, alvo de metilação enzimática na adenina

Estrutura da origem de replicação bacteriana oriC- 245 pb

ALONGAMENTO ou Elongação

2º estágio da replicação

 HELICASES (ou DNA B): separação da dupla fita (hidrólise de ATP)

 SSB = ssDNA-binding proteins: mantém as fitas separadas e estabilizadas impedindo o reanelamento das mesmas

 PRIMASES (ou DNA G): sintetiza pequenas moléculas de RNA utilizadas como iniciadores para replicação - fornecendo extremidade 3’ OH para a DNA polimerase.

 POLIMERASES I : realiza a remoção de iniciadores de RNA (Atividade 5’ → 3’ exonuclease)

 LIGASES: conectam fragmentos de fitas menores.

 TOPOISOMERASES (DNA girase): responsáveis por aliviar a torção na parte da fita que não está sendo replicada.

OUTRAS ENZIMAS (Proteínas)

Terminação

3º e último estágio da replicação

 Procariotos: DNA circular, quando as duas forquilhas de replicação se encontram ela termina

 Eucariotos: sequências de nucleotídeos específicas repetitivas no final dos cromossomos, sempre são incorporadas a telômeros, pela enzima TELOMERASE.

 https://www.youtube.com/watch?v=AJNoTmWsE0s (telomerase)

 https://www.youtube.com/watch?v=vtXrehpCPEE

 https://www.youtube.com/watch?v=i6nE6gUp2cw

 https://www.youtube.com/watch?v=FhcZLqvs5yg - replicação de plasmídeo (bactéria)

Sequências de Telomêros:

• H. sapiens: 3’TTAGGG5’

• Tripanosoma sp: 3’TTAGGG5’

• Arabidopsis thaliana: 3’AGGGTTT5’

herbácea, tipo de couve, mostarda, usada como organismo modelo em pesquisa científica).

TELÔMEROS

Telômeros: extremidades de cromossomos que contém milhares de repetições em tandem; em humanos são sequências de seis nucleotídeos.

TELOMERASE

•

Os cromossomos de eucariotos são lineares e apresentam sequências repetitivas em suas extremidades denominadas telômeros.

• A síntese da fita “leading” continua até o término da fita molde de DNA, no entanto, no telômero a extremidade feita pela primase na fita “lagging” não é digerida.

• Como o iniciador (primer) de “nucleotídeos de RNA” é instável, ele se degrada com o tempo diminuindo, assim, o tamanho do cromossomo.

• Telomerase age evitando a perda do fim do cromossomo

TELÔMEROS

Rico e TG

TELOMERASE

TELOMERASE

➢ Estende extremidade 3’

➢ Não precisa de molde

➢ RNA = molde

➢ Inúmeras repetições

TELOMERASE

TELOMERASE

TELOMERASE

TELOMERASE

➢ Maquinaria de replicação estende a fita telomérica 5’

TELOMERASE

TELOMERASE

• Replicação do DNA é semi-conservativa

• Replicação é bi-direcional

• Cromossomos bacterianos possuem apenas 1 replicon, cromossomos eucariotos possuem vários amplicons

• O DNA é sintetizado por DNA polimerases, enzimas multiméricas

• A síntese ocorre sempre no sentido 5´ - 3’, com atividade revisora 3´- 5´

• A síntese é contínua em uma das fitas e descontínua na fita oposta

• Um complexo de mais 9 enzimas está envolvido na iniciação, elongação e terminação da replicação

A replicação garante a duplicação fiel do material genético de uma célula e a sua perpetuação pela passagem para as células-filhas

Replicação do DNA - Resumo

Outros Sites: www.youtube.com/watch?v=qn-JW-M89fo www.youtube.com/watch?v=4jtmOZaIvS0

www.youtube.com/watch?v=5VefaI0LrgE&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=O7BjyogZ_3k&feature=fvst

Aula: https://www.youtube.com/watch?v=dKubyIRiN84

1. GRIFFITHS, A.J.; Wessler, S.R.; Lewotin, R.C.; Carrol, S.B. Introdução à Genética. 9ª ed. Rio de Janeiro:

Guanabara Koogan. 2009. 712p.

2. WATSON,J.D; BAKER,TA.; BELL,SP.; GAN,A;

LEVINE,M; LOSICK,R. Biologia Molecular do Gene.

Editora Artmed, 5ª edição, 2006.

3. ALBERTS,Bruce; Alexander Johnson; Julian Lewis;

Martin Raff; Keith Roberts; Peter Walter. Biologia

Molecular da Célula. Editora Artmed, 5ª edição,

2010.