Mecanismo de Replicação do DNA

A coreografia molecular passo a passo que desenrola a dupla hélice e constrói duas cópias fiéis, desde o início da replicação até a união do fragmento de Okazaki final.

Definition

O mecanismo de replicação do DNA é o conjunto coordenado de etapas enzimáticas pelas quais uma célula separa as duas fitas de um duplex de DNA em uma forquilha de replicação e usa cada uma como molde para sintetizar uma fita complementar na direção 5'→3', produzindo duas moléculas filhas semiconservativas.

Scope

Este tópico descreve como uma forquilha de replicação é estabelecida e como o DNA é sintetizado em ambas as fitas molde. Abrange o reconhecimento e o derretimento da origem, a síntese de primers, a restrição antiparalela que força a síntese contínua da fita líder e a síntese descontínua da fita atrasada, os componentes do replissomo e a união dos fragmentos em fitas filhas intactas. A fidelidade e o reparo são tratados apenas na medida em que são intrínsecos à etapa de alongamento.

Core questions

• Como a replicação é iniciada em uma origem específica em vez de em qualquer lugar do cromossomo?
• Por que uma fita deve ser feita continuamente e a outra em fragmentos curtos?
• Quais proteínas formam o replissomo e qual a contribuição de cada uma?
• Como os fragmentos descontínuos da fita atrasada são unidos em uma fita contínua?

Key theories

Restrição do molde antiparalelo

Como as duas fitas correm em direções opostas e as polimerases se estendem apenas 5'→3', uma fita (líder) é copiada continuamente em direção à forquilha, enquanto a outra (atrasada) é copiada como fragmentos de Okazaki discretos para longe da forquilha.

Progressão da forquilha semiconservativa

Cada fita parental separada serve de molde para uma nova fita, de modo que a forquilha produz dois duplexes, cada um contendo uma fita antiga e uma nova, conforme estabelecido experimentalmente por Meselson e Stahl.

Mechanisms

Uma proteína iniciadora liga-se à origem e, com uma helicase, derrete o duplex para formar uma forquilha bidirecional. Proteínas de ligação de fita simples revestem as fitas expostas e a primase sintetiza primers curtos de RNA. As DNA polimerases replicativas, mantidas no molde por pinças deslizantes carregadas por um carregador de pinças, estendem os primers: a fita líder é feita continuamente, e a fita atrasada é feita como fragmentos de Okazaki, cada um iniciado por um novo primer. Os primers são então removidos, as lacunas preenchidas e a DNA ligase sela as quebras restantes para produzir dois duplexes filhos contínuos.

Clinical relevance

Como o maquinário de replicação é essencial e rapidamente ativo em células em divisão, vários de seus componentes são alvos de pesquisas antimicrobianas e anticâncer; erros na forquilha são uma fonte de mutação. Este é um contexto educacional, não um conselho clínico.

History

O modelo semiconservativo, implicado pela estrutura de dupla hélice de 1953 e confirmado por Meselson e Stahl em 1958, estabeleceu a estrutura; a descoberta de Reiji Okazaki de fragmentos curtos da fita atrasada e a enzimologia de Kornberg revelaram então a natureza descontínua e multiproteica da forquilha agora descrita em livros didáticos.

Key figures

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

Seminal works

• meselson1958
• watson2013

Frequently asked questions

O que são fragmentos de Okazaki?

Pequenos trechos de DNA sintetizados descontinuamente na fita atrasada; eles são posteriormente unidos pela DNA ligase em uma fita contínua.

Por que um primer é necessário?

As DNA polimerases só podem estender uma extremidade 3' existente pareada com bases, então um primer curto de RNA feito pela primase fornece o ponto de partida para a síntese.