Replicação Mecanismos e Enzimologia

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Replicação: Mecanismo e enzimologia
Física-médicaFísica-médica
2011
A fiel transmissão da informação hereditária depende da 
replicação precisa do material genético
1958 – Matthew Meselson e Franklin Stahl
Gradiente de 
cloreto de césio
Ausência de DNA 15N indica que o 
DNA parental não era preservado 
como uma unidade na replicação.
Cresceram células 
de E. coli.
� Replicação semiconsevativa
Cada dúplex filha contém um filamento parental e
um recém-sintetizado.
A natureza semi-conservativa da replicação do DNA
Os dois filamentos da dupla hélice parental se
desenrolam, e são gerados dois novos filamentos
filhos pela regra de pareamento de base.
John Cairns
Sintetizou DNA radioativo de E. coli crescendo células em
meio contendo timidina marcada com trítio (3H).
Duas forquilhas de replicação movendo-se em direções opostas no 
cromossoma circular
Uma "bolha" de replicação pode ter uma ou duas
forquilhas. Se tiver apenas uma forquilha significa que a
replicação é unidirecional e se tiver duas forquilhas a
replicação é bidirecional.
Origem de replicação em procariotos
Origem de replicação - Regiões ricas em A-T que são 
reconhecidas por complexos protéicos
Origem de replicação em eucariotos
INÍCIO DA REPLICAÇÃO
•A replicação inicia-se nas ORIGENS DE REPLICAÇÃO, que
são sequências específicas muito ricas em pares A=T
E.coli – 1 origem de replicaçãoE.coli – 1 origem de replicação
Eucariotas - múltiplas origens de replicação localizadas ao longo
do cromossomo
A química da síntese do DNA
Síntese de DNA catalisada por DNA polimerase
Um modelo incorreto para a replicação do DNA
correto
incorreto
Estrutura da forquilha de replicação do DNA
Fita continua
Fita descontínua
Fita descontínua
� A Replicação é muito acurada
Alto grau de fidelidade
Em E. coli um erro é feito apenas uma vez para cada 109 ou 1010
nucleotídeos adicionados. Como seu cromossomo tem ~4,6 x 106
pb, isto significa que ocorre um erro a cada 1.000 ou 10.000
replicações.
A discriminação entre os nucleotídeos corretos e incorretos
depende não apenas das pontes de hidrogênio entre bases
complementares, mas também da sua geometria.
Correção exonucleásica pela DNA polimerase durante a 
replicação do DNA
Exonuclease de correção cliva qualquer nucleotídeo (nt) não pareado (na extremidade do iniciador)
continuando até que um número suficiente de nt tenha sido removido para regenerar uma extremidade 3´OH.
Dessa forma a DNA polimerase atua como uma enzima de autocorreção que remove os próprios erros à
medida que se move pelo DNA.
DNA polimerase
DNAs Polimerases Função Exonucleásica 5´- 3´ Exonucleásica 3´- 5´
Pol I (polA) Reparo e junção 
de os 
fragmentos de 
DNA
SIM SIM
Pol II (polB) Reparo NÃO SIM
Pol III (polC) Reparo e Síntese 
do DNA
NÃO SIM
α
τ τ
α
β β β β
DNA pol III
Subunidade α – sítio catalítico
Subunidade β – sítio de ligação ao DNA
Subunidade τ – mantém a estrutura
Início da síntese de DNA por um primer (iniciador) de RNA
DNA primase = utiliza ribonucleosídeos 
trifosfatos para sintetizar pequenos 
iniciadores de RNA.
O papel e a estrutura de uma DNA HELICASE
O papel das topoisomerases (Tipo I)
1) Clivagem de um 
filamento de DNA.
2) DNA pode girar em 
relação a outro, 
aliviando a tensão 
acumulada.
3) Ressoldagem da 
quebra no DNA.
(Tipo II)
O papel das proteínas SSB (single-strand binding protein) na estrutura do 
DNA fita simples
Síntese de um dos vários fragmentos na fita descontínua 
(Fragmentos de OKAZAKI).
Segmentos intermediários que são polimerizados apenas na cadeia 
de direção 5´-3´ e são unidos após sua síntese, formando longas 
cadeias de DNA.
Formação dos fragmentos de Okazaki
Reação catalisada pela DNA LIGASE
SLIDING CLAMP (cinta deslizante) que segura a DNA 
polimerase na fita de DNA
Fita contínua
Fita descontínua
O papel das histonas durante o processo de replicação.
A replicação das pontas do cromossoma de eucariotos
TELOMERASE
Término da Replicação
1- Quando 2 forquilhas se encontram
2- Proteínas se ligam a sequências de término 2- Proteínas se ligam a sequências de término 
presentes no DNA bloqueando a ação da DNApol III
Replicação 
Eucariotos x Procariotos
Principais Diferenças
PROCARIOTOS EUCARIOTOS
1 origem de replicação Várias origens de replicação
3 DNApol principais + de 5 DNApol3 DNApol principais + de 5 DNApol
Não tem nucleossomos Desmontagem e remontagem dos 
nucleossomo
Não tem telomero Telomerase sintetiza extremidades 
dos cromossomos (telomero)
A Replicação
5´
3´
3´
5´
Origem de 
Replicação
3´ 5´
A Replicação
5´
3´
3´
5´
Origem de 
Replicação
3´ 5´
Proteínas 
iniciadoras
A Replicação
5´
3´5´
3´
3´
5´
5´
3´
Uma pequena parte do DNA se deselicoidiza
5´
3´
A Replicação
Forquilha de Replicação
3´
3´
5´
Helicase
SSB (single stranded 
binding protein)
5´
3´
5´
Helicase
Sentido da forquilha
A Replicação
Primase
(RNApol)
3´
5´
Helicase
5´ 3´
SSB
5´
3´
5´
Sentido da forquilha
A Replicação
DNA pol III
3´
5´
5´
3´
topoisomerase
5´
3´
5´
Sentido da forquilha
A Replicação
3´
5´
5´
3´
Sentido da DNA pol III
topoisomerase
Fita Líder
Replicação Contínua
5´
3´
5´
Sentido da forquilha
Primase
5´3´
A Replicação
3´
5´
5´
3´
topoisomerase
5´
3´
5´
Sentido da forquilha
5´
3´
DNA pol III
A Replicação
3´
5´
5´
3´
topoisomerase
5´
3´
5´
Sentido da forquilha
5´
3´
Sentido da DNA pol III
A Replicação
3´
5´
5´
3´
topoisomerase
Primase
5´3´
5´
3´
5´
5´
3´
Sentido da forquilha
A Replicação
Fita Atrasada
3´
5´
5´
3´
Fita Líder
5´
5´
3´
5´
5´3´ 3´
DNA pol III
Sentido da forquilha
A Replicação
Fita Atrasada
Replicação Descontínua
3´
5´
5´
3´
Fita Líder
5´
5´
3´
5´
5´3´ 3´
Fragmentos de Okazaki
Sentido da forquilha
A Replicação
3´
5´
5´
3´
Fragmentos de Okazaki
DNA pol I
5´
5´
3´
5´
5´3´ 3´
Sentido da forquilha
A Replicação
3´
5´
5´
3´
5´
5´
3´
5´
3´ 3´5´
Sentido da forquilha
A Replicação
3´
5´
3´
5´
5´
5´
3´
5´
3´ 3´5´
DNA ligase
Sentido da forquilha
A Replicação
3´
5´
5´
3´
5´
5´
3´
5´
3´
Sentido da forquilha
A Replicação
3´
5´
3´
5´
5´
5´
3´
5´
5´3´
Fita atrasada
3´
DNA pol III
Sentido da forquilha
A Replicação
3´
5´
5´
3´
Fita lider DNA pol III