Mecanismos de Replicação do DNA

A replicação do DNA é o processo semiconservativo pelo qual uma célula copia seu genoma inteiro antes de se dividir, de modo que cada célula-filha receba uma cópia completa e precisa. O mecanismo abre a dupla hélice em origens definidas e sintetiza novas fitas complementares em cada molde parental em forquilhas de replicação em movimento.

Definition

A replicação do DNA é a duplicação enzimática e semiconservativa de um genoma, na qual a dupla hélice é desenrolada em origens e cada fita parental serve de molde para a síntese de uma nova fita complementar, produzindo dois duplexes-filhos idênticos.

Scope

A entrada abrange o princípio semiconservativo, a iniciação nas origens de replicação, a arquitetura e o movimento da forquilha de replicação, a distinção entre a síntese da fita líder e da fita atrasada, e a coordenação das muitas proteínas que atuam em conjunto como um replissomo. É um tópico metodológico e mecanicista, não uma orientação clínica.

Key concepts

• Replicação semiconservativa
• Origem de replicação
• Forquilha de replicação
• Helicase e desenrolamento
• Fitas líder e atrasada
• Fragmentos de Okazaki
• Primase e primers de RNA
• Coordenação do replissomo

Mechanisms

A replicação começa em origens específicas onde proteínas iniciadoras carregam helicases que desenrolam a dupla hélice, criando duas forquilhas de replicação que se movem em direções opostas. Como as DNA polimerases sintetizam apenas na direção 5'-para-3', as duas fitas molde antiparalelas são copiadas de forma diferente: a fita líder é feita continuamente em direção à forquilha, enquanto a fita atrasada é feita descontinuamente como curtos fragmentos de Okazaki que são posteriormente unidos. A primase deposita pequenos primers de RNA para iniciar a síntese, proteínas de ligação de fita simples estabilizam o molde desenrolado, as topoisomerases aliviam a tensão torsional à frente da forquilha, e uma pinça deslizante e um carregador de pinça mantêm a polimerase processiva. Essas atividades são organizadas em um replissomo multiproteico coordenado cuja lógica central é conservada em bactérias, arqueias e eucariotos. A natureza semiconservativa prevista por Watson e Crick foi confirmada experimentalmente por Meselson e Stahl.

Clinical relevance

Os mecanismos de replicação são a base de como os genomas são mantidos através das divisões celulares e como o estresse e os erros de replicação se relacionam com a instabilidade genômica em doenças. A entrada descreve o mecanismo para referência e não é uma base para diagnóstico ou tratamento.

History

O modelo semiconservativo decorreu diretamente da estrutura da dupla hélice de 1953 e foi confirmado pelo experimento de marcação de densidade de Meselson-Stahl de 1958. Trabalhos subsequentes dissecou o reconhecimento da origem, a enzimologia da forquilha e a síntese descontínua da fita atrasada, e revisões modernas integram estes em uma estrutura de replissomo conservada que abrange os três domínios da vida.

Key figures

• Matthew Meselson
• Franklin Stahl
• Arthur Kornberg
• Reiji Okazaki
• Bruce Stillman

Seminal works

• watson-crick-1953
• meselson-stahl-1958
• odonnell-2013

Frequently asked questions

Por que uma nova fita é feita continuamente e a outra em fragmentos?

As DNA polimerases estendem uma fita apenas na direção 5'-para-3'. No molde antiparalelo, isso permite a síntese contínua na fita líder, mas força a fita atrasada a ser feita como curtos fragmentos de Okazaki que são posteriormente unidos.

O que é uma origem de replicação?

Uma origem é um local definido no genoma onde a hélice é primeiramente aberta e a replicação começa; a partir de cada origem, as forquilhas se movem para fora para copiar o DNA circundante.