Replicação do DNA

Já mostrei aqui que o DNA codifica todas as

proteínas necessárias à sobrevivência e

desenvolvimento de qualquer organismo. Mas

como é que ele é mantido de pais para filhos?

Para responder a esta pergunta é necessário saber que praticamente todas as células se dividem,

até as do nosso corpo. Nos não somos um sistema constante em que nada muda. Para além de

estarmos constantemente a trocar substâncias com o ambiente (receber nutrientes e oxigénio e

libertar os produtos da digestão pelas fezes e urina e através dos pulmões) como as nossas células

estão constantemente a ser renovadas. As células do nosso corpo estão constantemente a morrer

e a dividir-se, mantendo o número de células necessárias ao organismo. A maior parte das células

morre por um processo chamado de morte celular programada, mais conhecida por apoptose.

Este processo serve principalmente para manter o número de células no organismo (há um

equilíbrio entre a taxa de divisão e a taxa de morte celular) e para o organismo eliminar células

desnecessárias (por exemplo no desenvolvimento fetal, em que se dá a apoptose de muitas células

para dar a forma a estruturas como as mãos). Por exemplo, se houver um aumento da divisão

celular (com a administração de determinadas drogas, por exemplo), a taxa de morte celular

aumenta para manter o tamanho, forma e estrutura dos órgãos. [1]

Resumindo, as nossas células estão em

constante processo de divisão e morte.

O que leva a que o DNA tenha de ser passado da célula mãe para as células-filhas, de uma forma

a que se mantenha mais ou menos constante no organismo. Para isto, tem que ser feita uma cópia

do genoma completo de cada célula, sempre que ela se divide. A este processo chama-

se replicação do DNA.

O processo de replicação do DNA dá-se de forma semelhante ao da transcrição, ou seja, através

da complementaridade dos pares de bases. De forma análoga à síntese proteica, cada uma das

cadeias de DNA serve de “molde” para a criação das cadeias novas, resultando em duas duplas

cadeias completas, cada uma com uma das cadeias que as originaram e, por isso, diz-se que a

replicação é semi-conservativa (Figura 1, se não entenderes, podes marcar uma sessão de

explicação onde te posso explicar de outra forma e com mais detalhe, só precisas de preencher o

formulário). [2]

A replicação dá-se sempre de 3’ para 5’, desde

a origem de replicação aos telómeros

(“pontas” dos cromossomas, constituídos por

sequências repetidas de nucleótidos).

As origens de replicação são sequências específicas de nucleótidos reconhecidos por proteínas

específicas para a iniciação da replicação, que se ligam a estes. Em eucariotas mais simples como

as leveduras, são sequências de nucleótidos específicas, enquanto que nos humanos têm sido

Figura 1– Representação da semi-conservação do

DNA. Na última geração ainda é possível ver as cadeias

parentais. Imagem de [2].

difíceis de identificar. Estes locais são, também, mais ricos em adenina e timina que, como fazem

apenas duas pontes de hidrogénio entre si e facilitam a separação das cadeias de DNA. [3]

Às proteínas de iniciação liga-se uma enzima chamada helicase, que separa as duas cadeias em

ambas as direções, formando “garfos” de replicação (Figura 2), e permitindo que outra

enzima, chamada primase se ligue ao DNA, que vai produzir uma pequena cadeia complementar

de RNA, chamada primer. Esta cadeia de RNA é necessária para que a DNA polimerase (a

enzima que junta novos nucleótidos à cadeia que esta a ser formada) possa iniciar a sua função,

dando inicio à fase de elongação.

A DNA polimerase apenas pode acrescentar nucleótidos a uma cadeia já existente, mas não

consegue pôr nucleótidos onde ainda não existe nenhuma cadeia de ácidos nucleicos (ou seja, não

consegue fazer a síntese do DNA de novo – expressão que significa de raiz). A dada altura, estes

primers de RNA são eliminados e substituídos por DNA pela ação de uma enzima RNase - que

degrada o RNA dos híbridos de DNA e RNA - e pela ação de outra DNA polimerase (de ambas

estas enzimas há vários tipos, que têm funções diferentes). [5]

Figura 2 – Garfos de replicação. A Cadeia parental corresponde à

cadeia original de DNA e a Cadeia-filha corresponde à cadeia emergente,

nova, de DNA. Está, também, representada a direção da replicação, pelas

setas azuis. No centro (não representada) está a origem de replicação.

Imagem de [4].

Então, mas a replicação ocorre sempre de 5’

para 3’, certo? Ora, uma das cadeias é sempre

aberta de 3’ para 5’. Como é que a replicação

pode ocorrer de 5’ para 3’ nesta cadeia?

Uma das cadeias de DNA é formada de forma contínua, enquanto que a outra é de forma

descontínua (Figura 3). Ou seja, uma inicia-se num único primer (formado junto à origem de

replicação) e é sempre adicionado um nucleótido a seguir ao outro, formando uma cadeia sempre

contínua, sem interrupções (é a cadeia líder ou contínua).

Na outra cadeia (a cadeia atrasada), os primers vão sendo adicionados à medida que as cadeias

são separadas. Estes primers são estendidos pela DNA polimerase, formando os fragmentos de

Okazaki (Figura 4), que são ligados uns aos outros por uma DNA ligase depois dos primers

serem substituídos por desoxirribonucleótidos (nucleótidos do DNA, em oposição

aos ribonucleótidos do RNA). [2, 5]

Figura 3 – Vista geral da replicação do DNA. Em baixo pode-se ver a formação da cadeia

atrasada em todas as suas fases desde a formação do primer à ligação do mesmo à cadeia nascente

(entre 2 e 1). Imagem de [6].

Este processo decorre até chegar aos telómeros. A DNA polimerase não é capaz de replicar os

extremos 5’ da molécula de DNA, pelo que é necessário outro mecanismo. Para este efeito existe

a telomerase, uma enzima capaz de alongar a ponta 5’ do DNA sem que seja necessária uma

cadeia molde. No entanto, esta enzima apenas é capaz de adicionar sequencias repetidas de

nucleótidos servindo para manter os telómeros e, assim, manter as pontas dos cromossomas

intactas. [2]

Todo este processo é acompanhado por uma série de mecanismos de revisão e correção do DNA,

para evitar que se incorporem mutações nas cadeias novas e, assim, evitar a alteração da

informação nelas contida. Assim, o DNA pode ser passado de célula para célula com o mínimo de

modificações.

Queres saber como este processo

funciona com mais pormenor?

Figura 4 – Formação e ligação dos

fragmentos de Okazaki, e formação da

cadeia atrasada. Imagem de [2].

Clica aqui e contacta-me, dou

explicações e posso-te esclarecer

as dúvidas que surjam.

Referências

1. Alberts, B., A. Johnson, and J. Lewis, Programmed Cell Death (Apoptosis), in Molecular

Biology of the Cell. 2002, Garland Science: New York.

2. Alberts, B., A. Johnson, and J. Lewis, DNA Replication Mechanisms, in Molecular

Biology of the Cell. 2002, Garland Science: New York.

3. Alberts, B., A. Johnson, and J. Lewis, The Initiation and Completion of DNA Replication

in Chromosomes, in Molecular Biology of the Cell. 2002, Garland Science: New York.

4. DNA REPLICATION AND REPAIR. [cited 2016; Available

from: http://www.sparknotes.com/biology/molecular/dnareplicationandrepair/section

1.rhtml.

5. Cooper, G., DNA Replication, in The Cell: A Molecular Approach. 2000, Sinauer

Associates: Sunderland (MA).

6. MIT alumni. DNA Replication. 2015;