INSTITUTO SUPERIOR POLITÉCNICO
INTERNACIONAL DE ANGOLA
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE
CURSO DE MEDICINA DENTARIA
BIOLOGIA
CELULAR, MOLECULAR
TEMA
MECANISMO BIOLÓGICO BÁSICO: REPLICAÇÃO DO DNA
SUMÁRIO
2.2.1.Início da replicação de DNA
2.2.1.2.Fita líder e fita tardia
2.3.Mecanismos de reparo de dano no DNA
2.3.1.Desvendando o Processo de Replicação: Principais Participantes
e Etapas
1. INTRODUÇÃO
No vasto domínio da biologia, poucos processos têm tanta
importância quanto a replicação do DNA. É o mecanismo fundamental pelo qual a
vida se perpetua, assegurando a transmissão fiel da informação genética de uma
geração para a seguinte. Desde a intrincada estrutura de dupla hélice até à
coordenação precisa de enzimas e proteínas, a replicação do ADN.
Após a síntese completa das novas cadeias de DNA, ocorre a
ligação entre os fragmentos de DNA recém-sintetizados. Essa ligação é realizada
pela ação da enzima liga-se, que une os fragmentos de Okazaki na fita atrasada.
Ao final da replicação, temos duas moléculas dupla hélice
de DNA idênticas à molécula original. Cada uma das fitas originais serve como
molde para a síntese de uma fita complementar, resultando em duas moléculas
genéticas idênticas.
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1. MECANISMO BIOLÓGICO
O mecanismo biológico refere-se ao conjunto de processos e
sistemas que ocorrem no organismo vivo, permitindo o seu funcionamento e
manutenção da vida.
Desde o nível celular até o nível do organismo como um
todo, os mecanismos biológicos estão envolvidos em uma série de atividades vitais,
como a respiração, digestão, circulação sanguínea, reprodução, regulação
hormonal, resposta imune, entre outros.
Esses mecanismos são controlados por um complexo sistema de
comunicação interna, envolvendo sinais químicos e elétricos que são transmitidos
entre as células e tecidos do corpo. Os órgãos e sistemas do corpo humano estão
interligados e trabalham em conjunto para garantir o equilíbrio e a
funcionalidade do organismo.
Além disso, os mecanismos biológicos também estão
relacionados à adaptação e resposta do organismo a estímulos do meio ambiente.
Por exemplo, o sistema nervoso permite a percepção e o processamento de
estímulos sensoriais, enquanto o sistema imunológico protege o organismo contra
agentes infecciosos e doenças.
Existem diferentes mecanismos biológicos que garantem o
funcionamento adequado dos organismos, tais como:
1.
Regulação térmica:
mecanismos de controle da temperatura corporal, como a transpiração e a
contração ou dilatação dos vasos sanguíneos.
2.
Regulação osmótica:
mecanismos que controlam o equilíbrio de água e sais minerais no organismo,
garantindo sua sobrevivência em diferentes ambientes.
3.
Regulação hormonal: o
sistema endócrino produz hormônios que atuam como mensageiros químicos para
regular diversas funções do organismo, como o metabolismo, a reprodução e o
crescimento.
4.
Regulação do sistema
imunológico: mecanismos de defesa do organismo contra agentes patogênicos, como
células de defesa, anticorpos e resposta inflamatória.
5.
Regulação do sistema
nervoso: o sistema nervoso é responsável pela coordenação e controle das
diversas funções e atividades do organismo, através de impulsos elétricos e
químicos.
6.
Regulação da digestão e
absorção de nutrientes: processos que ocorrem no sistema digestivo para
decompor os alimentos em substâncias assimiláveis pelo corpo.
Esses mecanismos biológicos são essenciais para a
sobrevivência e o funcionamento adequado dos organismos, garantindo sua
adaptação ao ambiente e a manutenção da saúde.
2.2. REPLICAÇÃO DO DNA
A replicação do DNA é o processo de duplicação da
molécula de DNA. Nele ocorre a separação das duas cadeias de nucleotídeos e a
formação de cadeias complementares. A replicação ocorre antes da divisão
celular, durante a interfase.
O processo de replicação inicia-se com a separação das
duas fitas que formam a molécula de DNA. Em seguida, ocorre a ligação dos
nucleotídeos livres no núcleo a um nucleotídeo correspondente em uma das fitas.
Tem-se agora duas moléculas de DNA, constituídas por uma fita antiga,
pertencente à molécula original, e uma fita nova. Esse processo é considerado,
assim, semiconservativo.
Na replicação, a molécula de DNA será duplicada. As duas moléculas formadas serão
constituídas por uma fita que pertencia à molécula original e uma fita
recentemente sintetizada. Pelo fato de as novas moléculas serem constituídas
por uma fita “antiga” e uma “nova”, esse processo é denominado
semiconservativo. O processo de replicação é mediado por ação de algumas enzimas, como a helicase, responsável por desenrolar a hélice de
DNA e separar as cadeias de nucleotídeos.
2.2.1. Início da replicação de DNA
Como as
DNA polimerases e outros fatores de replicação sabem onde começar? A replicação
sempre começa em locais específicos no DNA, que são chamados de origens de replicação e são
reconhecidos pela sua sequência.
E.
coli, como a
maioria das bactérias, tem uma única origem de replicação em seu cromossomo. A
origem tem cerca de \[2t45\] pares de bases e tem
principalmente pares de bases A/T (que estão ligadas por menos pontes de
hidrogênio que os pares de bases G/C), tornando as fitas de DNA mais fáceis de
separar
Proteínas
especializadas reconhecem a origem, ligam-se a este sítio, e abrem o DNA.
Conforme o DNA se abre, duas estruturas com formato de Y, chamadas de garfos de replicação, são
formadas, juntas compõem o que é chamada uma bolha
de replicação. Os garfos de replicação movem-se em direções opostas à
medida que a replicação acontece.
Cromossomo
bacteriano. A dupla fita de DNA de um cromossomo bacteriano circular é aberta
na origem de replicação, formando uma bolha de replicação. Cada extremidade da
bolha é um garfo de replicação, uma junção no formato de Y onde a dupla fita de
DNA é separada em duas fitas simples. Novo DNA complementar para cada uma das
fitas é sintetizado em cada garfo de replicação. Os dois garfos movem-se em
direções opostas em volta da circunferência do cromossomo bacteriano, criando
uma bolha de replicação cada vez maior que cresce em ambas as extremidades.
Como a
replicação acontece, de fato, nos garfos? Helicase é
a primeira enzima de replicação a se ligar na origem de replicação. A função da
helicase é avançar os garfos de replicação "desenrrolando" o DNA
(quebrando as pontes de hidrogênio entre os pares de bases nitrogenadas).
Proteínas
chamadas proteínas ligadoras de fita simples recobrem
as fitas separadas de DNA próximo ao garfo de replicação, impedindo-as de
ligarem-se novamente em uma hélice dupla.
2.2.1.1.
Primers e primase
Polimerases
de DNA somente podem adicionar nucleotídeos à extremidade 3' de uma fita
existente de DNA (elas utilizam o grupo -OH livre encontrado na extremidade 3'
como um "gancho", adicionando um nucleotídeo a este grupo na reação
de polimerização) Como, então, a DNA polimerase adiciona o primeiro nucleotídeo
em um novo garfo de replicação?
Sozinha,
ela não pode! O problema é resolvido com a ajuda de uma enzima chamada primase. A primase faz um primer de RNA, ou um trecho
curto de ácido nucleico complementar ao molde, que fornece uma extremidade 3'
para a DNA polimerase trabalhar. Um primer típico tem cerca de cinco a dez
nucleotídeos. O primer inicia a
síntese de DNA, isto é, faz com que ela comece.
Uma vez
que o primer de RNA está em seu lugar, a DNA polimerase o "amplia",
adicionando nucleotídeos um por um para fazer uma nova fita de DNA que é
complementar à fita molde.
2.2.1.2.
Fita líder e fita tardia
Em E. coli, a DNA polimerase responsável pela maior parte
da síntese é a DNA polimerase III. Há duas moléculas de DNA polimerase III em
um garfo de replicação, cada um deles trabalhando duro em uma das duas novas
fitas de DNA.
DNA
polimerases podem somente fazer DNA na direção 5' para 3', e isto coloca um
problema durante a replicação. Uma dupla hélice de DNA é sempre antiparalela;
em outras palavras, uma fita vai na direção 5' para 3', enquanto a outra vai na
direção 3' para 5'. Isto faz com seja necessário que as duas novas fitas, que
também são antiparalelas a seus moldes, sejam feitas de maneiras ligeiramente
diferentes.
Uma das
novas fitas, a que se desloca de 5' para 3' em direção ao garfo de replicação,
é a fácil. Esta fita é feita continuamente, porque a DNA polimerase está se
movendo na mesma direção que o garfo de replicação. Esta fita sintetizada
continuamente é chamada fita
líder.
A outra
fita nova, que se desloca de 5' para 3' distanciando-se do garfo, é mais
intricada. Esta fita é feita em fragmentos porque, conforme o garfo avança, a
DNA polimerase (que se afasta do garfo) se separa e se religa ao DNA
recentemente exposto. Esta fita intricada, que é feita em fragmentos, é
chamada fita tardia
Os
pequenos fragmentos são chamados de fragmentos
de Okazaki, em homenagem ao cientista japonês que os descobriu. A fita
líder pode ser ampliada a partir de um único primer, enquanto a fita tardia
precisa de um novo primer para cada um dos curtos fragmentos de Okazaki.
2.3. Mecanismos
de reparo de dano no DNA
Danos ao DNA podem ocorrer em quase qualquer ponto do tempo
de vida da célula, não apenas durante a replicação. Na verdade, seu DNA sofre
danos todo o tempo, por fatores externos como luz UV, produtos químicos e Raios
X, sem falar nas reações químicas espontâneas que acontecem mesmo sem agressões
ambientais
Felizmente, suas células têm mecanismos de reparo para
detectar e corrigir muitos tipos de danos ao DNA. Os processos de reparo que
ajudam a corrigir o DNA, incluem:
·
Reversão
direta: Algumas reações químicas danosas ao DNA podem ser diretamente
"desfeitas" por enzimas na célula.
·
Reparo por
excisão: Dano a uma ou a umas poucas bases do DNA é frequentemente
corrigido por remoção (excisão) e substituição da região danificada.
No reparo por excisão de base, apenas a base avariada é removida.
No reparo por excisão de nucleotídeo, como no reparo do malpareamento que
vimos acima, é removido um retalho de nucleotídeos.
· Reparo de quebra de dupla fita: Duas vias principais, a de união das extremidades não homólogas e a recombinação homóloga são utilizadas na correção de quebras de dupla fita de DNA (isto é, quando um cromossomo inteiro se divide em duas partes).3. CONCLUSÃO
Em resumo, a replicação do DNA é um processo complexo que
envolve a atuação de várias enzimas e mecanismos de reparo. Esses mecanismos
garantem a fidelidade e a estabilidade do código genético durante a transmissão
para as células filhas. A compreensão desses mecanismos é fundamental para a
compreensão dos processos celulares e para o desenvolvimento de terapias e
tecnologias relacionadas à genética e à biologia molecular.
A replicação do DNA também envolve a ação de outras
enzimas, como as DNA primases, que sintetizam pequenos fragmentos de RNA chamados
primers. Esses primers servem como iniciadores para a síntese das novas fitas
de DNA nas fitas atrasada. O DNA liga-se atua na união dos fragmentos de DNA
formados pelos primers, completando a síntese das fitas atrasada.
Após a síntese completa das novas fitas de DNA, é feita uma
verificação de erros e correções. Existem mecanismos de reparo de DNA que
verificam a integridade do novo DNA e corrigem possíveis erros de replicação.
Esses mecanismos ajudam a manter a estabilidade genética e a prevenir o acúmulo
de mutações.
O mecanismo biológico é fundamental para a compreensão do
funcionamento do organismo vivo, destacando a complexidade e harmonia dos
processos que permitem a sobrevivência e adaptação dos seres vivos. O estudo
desses mecanismos é realizado por diversas áreas da ciência, como a biologia, a
fisiologia e a medicina.
4. REFERÊNCIA
Watson
JD, Crick FH. Molecular structure of nucleic acids; a structure for deoxyribose
nucleic acid. Nature. 1953 Apr 25;171(4356):737-8. doi: 10.1038/171737a0. PMID:
13054692.
Kornberg
A. DNA replication. W. H. Freeman; 1980.
Alberts
B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P. Molecular Biology of the
Cell. 4th edition. Garland Science; 2002.
Bell
SP, Dutta A. DNA replication in eukaryotic cells. Annu Rev Biochem.
2002;71:333-74. doi: 10.1146/annurev.biochem.71.110601.135425. PMID: 12045098.
O'Donnell
M, Langston L, Stillman B. Principles and concepts of DNA replication in
bacteria, archaea, and eukarya. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2013 Oct 1;5(10):
a010108. doi: 10.1101/cshperspect.a010108. PMID: 24086042.
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