O que é a replicação de DNA
DNA, abreviatura de ácido desoxirribonucleico, é o material auto-replicável que está presente em quase todos os organismos vivos como o principal constituinte dos cromossomas. É o portador fundamental de informação genética, presente em praticamente todas as células do corpo.
O ADN de dupla hélice é constituído por dois fios assimétricos. Cada fio é feito de nucleotídeos alinhados um após o outro, e estes nucleotídeos são ligados aos correspondentes no outro fio para criar uma estrutura em forma de escada. O DNA é feito de quatro nucleotídeos – os blocos de construção de ácidos nucléicos – que são compostos de uma base nitrogenada, um açúcar de cinco carbonos (ribose ou desoxirribose), e pelo menos um grupo de fosfato.
Adenina (A), Thymine (T), Guanine (G), e Cytosine (C) são chamados nucleotides. A e G são chamados de Purinas enquanto T e C são chamados de Pirimidinas. De acordo com as regras de emparelhamento de base, A sempre emparelha com T, e C sempre emparelha com G.
Antes de uma célula duplicar ou dividir, através de mitose ou meiose, o DNA deve ser replicado para garantir que cada nova célula receba o número correto de cromossomos. Este processo ocorre em todos os organismos vivos e é a base da herança biológica.
Replicação do DNA ocorre em várias etapas que envolvem múltiplas proteínas chamadas de enzimas de replicação, assim como o RNA. A replicação de DNA é vital para o crescimento, reparo e reprodução celular em organismos.
Etapas de replicação de DNA
Existem três etapas principais para a replicação de DNA: iniciação, alongamento e terminação.
A fim de caber dentro do núcleo de uma célula, o DNA é embalado em estruturas firmemente enroladas chamadas cromatina, que se solta antes da replicação, permitindo que a maquinaria de replicação celular acesse as cordas de DNA.
Antes que a replicação de DNA possa começar, a estrutura de dupla hélice das moléculas de DNA tem que ser ‘descompactada’. Helicase, uma enzima, é parte integrante deste processo, quebrando as ligações de hidrogênio que mantêm as bases complementares do DNA juntas (A com T e C com G). A separação cria uma forma em ‘Y’ chamada garfo de replicação e as duas cordas simples de ADN actuam agora como modelos para fazer novas cordas de ADN.
Próximo, a Proteína de ligação de ADN de uma só corda (Proteína SSB) liga-se ao ADN de uma só corda, impedindo que as cordas separadoras se juntem novamente.
As duas cordas do ADN de dupla hélice são unidas por barras cruzadas, torcidas ao redor. Para que isto funcione, cada fita de ADN corre na direcção oposta.
Uma das vertentes é orientada na direcção de 3′ a 5′ (em direcção ao garfo de replicação), esta é a vertente principal. A outra é orientada na direção de 5′ a 3′ (longe do garfo de replicação), esta é a fita retardada.
Porque a enzima que realiza a replicação, a DNA polimerase, só funciona na direção 5′ a 3′, isto significa que as filhas se sintetizam através de diferentes métodos, uma adicionando nucleotídeos um por um na direção do garfo de replicação, a outra capaz de adicionar nucleotídeos apenas em pedaços. A primeira vertente, que replica os nucleótidos um a um, é a vertente principal; a outra vertente, que replica em pedaços, é a vertente retardada.
As notações 5′ e 3′ significam “cinco prime” e “três prime”, que indicam os números de carbono na espinha dorsal de açúcar do ADN. Estes números indicam a orientação química de ponta a ponta, com os números 5 e 3 representando o quinto e terceiro átomo de carbono do anel açucareiro, respectivamente. O carbono 5′ tem um grupo fosfato ligado a ele e o grupo 3′ carbon a hydroxyl (-OH). É esta assimetria que dá a uma cadeia de DNA uma “direcção”, permitindo uma fácil ligação entre os nucleótidos das cadeias opostas.
É importante notar que os dois lados são replicados através de dois processos diferentes de modo a acomodar a diferença de direcção.
| Cordão principal | Cordão de desfasamento |
| Um pequeno pedaço de RNA chamado primer, que é produzido por uma enzima chamada primase, liga-se ao final do cordão principal na direção de 5′ a 3′. O primer atua como ponto de partida para a síntese de DNA.
Enzimas chamadas DNA polimerases geram novas bases nucleotídicas complementares (A,C, G, e T) e são responsáveis pela criação da nova cadeia por um processo chamado alongamento. Nas células eucarióticas, as polimerases alfa, delta e epsilon são as principais polimerases envolvidas na replicação do DNA. Este tipo de replicação é chamado de ‘contínua’ |
O cordão retardatário inicia o processo de replicação através da ligação com vários primers de RNA, gerados pela enzima primase, em vários pontos ao longo do cordão retardatário.
Dados de DNA, chamados fragmentos de Okazaki, são adicionados à cadeia de retardamento entre os primers, também na direção de 5′ a 3′. Este tipo de replicação é chamado de ‘descontínuo’, pois os fragmentos de Okazaki precisarão ser unidos mais tarde. |
Após a formação dos fios contínuo e descontínuo, uma enzima chamada exonuclease remove todos os primers de RNA dos fios originais. As lacunas onde o(s) primer(s) tinha(m) sido formado(s) são então preenchidas por ainda mais nucleotídeos complementares.
Uma outra enzima “prova” os filamentos recém-formados, a fim de garantir que não há erros.
A enzima ligase DNA ligase então une fragmentos de Okazaki, formando um único fio unificado.
Um tipo especial de enzima DNA polimerase chamada telomerase catalisa a síntese de sequências de telômeros nas extremidades do DNA. Telômeros são regiões de sequências nucleotídicas repetitivas em cada extremidade de um cromossomo, que protegem a extremidade do cromossomo da deterioração ou da fusão com os cromossomos vizinhos. Pense em bonés de atacador. Os telômeros são também um biomarcador do envelhecimento, com os telômeros encurtando com cada divisão celular ou, em outras palavras, à medida que se avança na idade. Como os telômeros de uma célula encurtam, ela perde a sua capacidade de funcionar normalmente. Basicamente, os telómeros mais curtos tornam-no mais susceptível a uma série de doenças, como o cancro ou doenças cardiovasculares.
Finalmente, o cordão parental e as suas bobinas complementares de ADN têm a forma familiar de dupla hélice. O resultado são duas moléculas de DNA que consistem em uma nova e uma antiga cadeia de nucleotídeos. Cada uma destas duas hélices filhas é uma cópia quase exata da hélice parental (não é 100% a mesma devido a mutações).
O genoma humano – significando o conjunto completo de genes presentes no núcleo de uma célula – é composto por 3 bilhões de pares de bases. Notavelmente, leva muito pouco tempo para a nossa maquinaria biológica copiar algo tão extensamente longo. Cada célula completa todo o processo em apenas uma hora!