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Replicação do DNA - Coggle Diagram
Replicação do DNA
Processos da Replicação
A replicação ocorrerá de forma unidirecional: contínua para uma fita e descontínua para sua complementar
Ligação covalente
Um ponto importante da junção da fita nova com a antiga é a formação das ligações fosfodiéster que manterá as pentoses dos nucleotídeos unidos, permitindo a estabilidade e união de uma fita
Para formar essa ligação covalente, primeiro deve-se formar as pontes de hidrogênio entre as bases nitrogenadas das duas fitas
Se as bases nitrogenadas não forem complementares, não haverá tempo de formar a ligação fosfodiéster
Quando as bases se unirem por pontes de hidrogênio, o OH do carbono 3 de uma pentose se liga ao 1° fósforo do carbono 5 do nucleotídeo que está entrando na fita
Ao quebrar a ligação de um fosfato com os outros 2 da cadeia, vai liberar uma grande quantidade de energia e formar a ligação covalente
Para saber onde vai se originar uma replicação do DNA, uma região chamada Ori C vai conter 4 repetições de 9 pares de bases e 3 repetições de 12 pares de base, todos contendo em sua composição um número maior de timina e adenina (devido há formação de 2 pontes de hidrogênio entre elas e uma facilidade maior de sua quebra)
Proteínas chamada DNA A vão reconhecer as 4 repetições de 9 pares, se ligar ao DNA e fazer com que ele se dobre para marcar o DNA
A partir do dobramento, enzima Helicase vai se ligar as outras 3 repetições e quebrar as pontes de hidrogênio entre as duas fitas, fazendo com que a molécula se abra
Como o DNA tende a se juntar novamente (devido a estabilidade do modelo dupla fita), as proteínas de ligação unifilamentar (ou SSB) se ligam a cada uma das fitas separadas para mantê-las como fita simples e criar uma fita-molde
DNA polimerase III
Para que essas enzimas possam polimerizar uma nova fita de DNA a partir da original, elas precisam de: nucleotídeos livres da fita antiga, a fita-molde e uma extremidade 3' OH para que a enzima tenha onde começar a formação do DNA
Como não há disponível essa extremidade de fita 3' disponível, o RNA polimerase ou primase vai gera primers de RNA ao longo da replicação com essa extremidade 3' necessária
A partir do primer a DNA polimerase III poderá polimerizar as novas fita de DNA a partir das fitas-moldes
Vale constar que a velocidade do DNA polimerase III nas fitas antiparalelas é igual em ambas, devido ao giro de uma dessas enzimas em uma fita, mantendo as DNA polimerases em igual posição em ambas fitas originais
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Já que o RNA não pode estar na composição de um DNA, a enzima DNA polimerase I (exonuclease ou RNAse) vai destruir o primer (mais especificamente suas ligações fosfodiéster) e polimerizar o DNA nesses pedaços retirados (esticar a extremidade 3')
Outra enzima chamada DNA ligase vai ligar as fitas polimerizadas depois da destruição dos primers, formando a fita nova completa
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Ao separar as duas fitas de DNA em uma região, as demais regiões da molécula começam a superespiralizar; cabe a enzima DNA girase ou topoisomerase quebrar ligações entre o DNA para que ele se desenrole e se una novamente
Telomerase
Devido ao encurtamento dos telômeros a cada geração de DNA replicado (por causa do 1° primer destruído, vai gerar a extremidade 5' da fita nova e vai ser menor que a fita antiga), há a ação da enzima telomerase que vai aumentar o tamanho dos telômeros e impedir que percam genes
Na composição dessa enzima, há um fragmento de RNA que é complementar a uma sequência conservada nos telômeros (presente na fita original), causando o ligamento da telomerase ao telômero
Enquanto ela vai se afastando do telômero, a fita antiga vai se esticar bastante; Ao chegar num ponto bom de esticamento, a replicação acontece novamente nesse ponto a partir de um primer até que a fita nova seja polimerizada e alongada
Mesmo perdendo outra parte da fita nova no final do processo, não tem problema pois as fitas estão bem maiores que antes
Caso haja falta dessa enzima, o encurtamento dos telômeros vai prosseguindo a cada replicação, causando em um envelhecimento prematuro do organismo (Síndrome de Werner)
Após todos processos de replicação, o DNA vai rapidamente formar a fita de 11nm junto do octâmero de histonas
Descoberta
A partir do modelo de Watson e Crick, perguntas em relação à como o DNA se replica foram feitas e experimentos para seu desvendamento foram formados
Viu-se que o DNA é replicado na fase S da interfase no sentido 5'-3', tendo uma quebra na dupla-hélice, separando as duas fitas e formando uma nova fita a partir das duas fitas originais
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Meselson-Stahl
Fizeram experimentos para comprovar qual a hipótese era correta a partir de culturas de uma mesma bactéria
Marcaram o nitrogênio do DNA dessas bactérias com nitrogênio radioativo (15N) que vai agir substituindo o 14N
Pegaram uma geração formada pelas bactérias marcadas e as colocaram em um meio com 14N, esperando a próxima geração dessas para colher seu DNA (assim a fita antiga vai estar marcado com 15N e a nova com 14N)
Depois do colhimento de DNA, deixaram uma 2ª geração em outro meio de 14N para depois colher o DNA da geração formada; Fizeram isso devido a semelhança do DNA da 1ª geração com ambos modelos semiconservativo e dispersivo
Submeteram as soluções de DNA a uma ultracentrifugação em cloreto de sódio, o que formaria um gradiente de densidade (soluções bi a trifásica) e faria com que o DNA ficasse em uma fase específica dependendo do tipo de nitrogênio
Na 1ª geração, formou-se uma única fase de DNA entre o 14N e o 15N, descartando a hipótese conservativa que deveria apresentar duas fases de DNA (uma em 15N e outra em 14N)
Na 2ª geração, formou-se duas fases de DNA, uma 14N e outra entre 14N e 15N, comprovando o método semiconservativo já que sua 2ª geração deveria gerar 50% de DNA N14 e 50% de DNA N14 com N15
Não poderia ser o método dispersivo devido que sua 2ª geração deveria formar 75% de DNA N14 e 25% de DNA N14 com N15, o que mostraria no experimento uma fase N14 e outra entre o N14 e a fase intermediária de N14 e N15
Uma previsão do modelo de Watson e Crick falava que o zíper de replicação se abre como uma forquilha em DNA de procariontes
A partir disso John Cairns cultivou bactérias em um meio contendo um análogo radioativo de timina (timidina triciada), o que permitiu que ele fizesse uma autorradiografia do momento de replicação
O modelo de replicação dos procariontes foi chamado de teta e levou a experimentos em DNA de eucariontes que são lineares
Nos procariontes a replicação começa em um ponto do DNA e vai continuar até que as duas extremidades das fitas novas geradas se conectem ao seus extremos opostos; já nos eucariontes, por terem uma quantidade maior de DNA, a replicação acontece em vários pontos ao longo da molécula