Replicação e Reparo do DNA

Antes de uma célula se dividir, ela copia todo o seu genoma com notável precisão, e uma rede de sistemas de reparo corrige continuamente os danos e erros que, de outra forma, corromperiam a sequência herdada.

Definition

A replicação do DNA é a cópia semiconservativa do genoma, na qual cada fita parental serve de molde para uma nova fita complementar, e o reparo do DNA é o conjunto de vias enzimáticas que detectam e corrigem danos e erros de replicação.

Scope

Este tópico abrange a replicação semiconservativa e o experimento de Meselson-Stahl, a forquilha de replicação com suas fitas líder e tardia e fragmentos de Okazaki, os papéis das DNA polimerases, helicase, primase e ligase, a revisão e a fidelidade da síntese, e as principais vias de reparo, incluindo o reparo de incompatibilidade (mismatch repair), reparo por excisão de base e de nucleotídeos, e reparo de quebras de fita dupla. Ele trata de como a sequência é copiada e preservada; como a sequência muda apesar desses sistemas é abordado em mutação.

Core questions

• Como o experimento de Meselson-Stahl demonstrou que a replicação é semiconservativa?
• Por que as duas fitas em uma forquilha de replicação devem ser sintetizadas de forma diferente?
• Como a revisão e o reparo de incompatibilidade alcançam a taxa de erro muito baixa do genoma?
• Quais vias de reparo lidam com quais tipos de dano ao DNA?

Key concepts

• Replicação semiconservativa e o experimento de Meselson-Stahl
• Forquilha de replicação, fitas líder e tardia, fragmentos de Okazaki
• DNA polimerases, helicase, primase e ligase
• Revisão e fidelidade da replicação
• Reparo de incompatibilidade, excisão e quebra de fita dupla

Mechanisms

A helicase desenrola o duplex, a primase deposita primers de RNA, e a DNA polimerase estende novas fitas no sentido cinco-linha para três-linha, continuamente na fita líder e como fragmentos de Okazaki posteriormente unidos pela ligase na fita tardia; a revisão da polimerase e o reparo de incompatibilidade pós-replicação, juntamente com as vias de excisão para danos químicos e ultravioleta, mantêm as taxas de mutação extremamente baixas.

Clinical relevance

Defeitos no reparo do DNA causam distúrbios hereditários e predisposição ao câncer, como xeroderma pigmentoso devido a um reparo por excisão de nucleotídeos defeituoso e síndrome de Lynch devido à deficiência no reparo de incompatibilidade, enquanto as enzimas de replicação são a base da amplificação de DNA em laboratório.

History

Meselson e Stahl confirmaram a replicação semiconservativa em 1958 usando DNA marcado por densidade, Kornberg isolou a primeira DNA polimerase, e os fragmentos de Okazaki descobertos no final da década de 1960 resolveram como a fita tardia é formada; as vias de reparo foram progressivamente mapeadas através da genética bacteriana e humana nas décadas seguintes.

Key figures

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

Seminal works

• meselsonStahl1958

Frequently asked questions

O que são fragmentos de Okazaki?

São os curtos trechos de DNA sintetizados descontinuamente na fita tardia porque essa fita só pode ser feita na direção oposta ao movimento da forquilha; uma enzima chamada DNA ligase os une posteriormente em uma fita contínua.

Como a célula mantém a replicação tão precisa?

As DNA polimerases fazem a revisão enquanto sintetizam, removendo nucleotídeos incompatíveis, e um sistema de reparo de incompatibilidade separado escaneia o DNA recém-sintetizado depois, juntos reduzindo a taxa de erro para aproximadamente um erro por bilhão de bases.