Olá pessoal, tudo bem com vocês??
Vamos aprender um pouco mais sobre biologia molecular, na parte 1 conhecemos as biomoléculas DNA e RNA, na segunda parte conhecemos um pouco sobre as proteínas e como ocorre a síntese das mesmas.
Porém, para completarmos a parte teórica sobre a biologia molecular precisamos compreender outras partes do dogma central.
Vocês já estão bem familiarizados com o dogma e viu que ainda precisamos entender como o DNA se replica.
Vamos lá?
DNA
Aprendemos como a molécula de DNA está organizada – uma dupla hélice de nucleotídeos em pares que se ligam por pontes de hidrogênio. Quando Watson e Crick propuseram a estrutura 3D da molécula de DNA em 25 de abril de 1953 através de seu artigo publicado na revista Nature, os autores também postularam a replicação do DNA, chamada de semiconservativa.
Durante essa replicação inúmeras enzimas irão atuar e abrirão a dupla hélice e cada hélice irá servir de molde pras novas fitas de DNA que ira se formar.
A duplicação de DNA só acontece antes da divisão celular. Vamos aprender um pouco sobre?
Replicação do DNA
A replicação do DNA acontece de forma precisa para conferir que todo o genoma (que varia de tamanho a cada espécie) seja copiado sem erros.
Como o DNA é uma molécula com muitos pares de base, para que a replicação aconteça em tempo hábil o processo de replicação acontece em locais específicos no DNA, que são chamados de origens de replicação e são reconhecidos pela sua sequência.
Imagem obtida aqui.
No entanto, em procariotos muitas vezes apresentam apenas uma origem de replicação.
Mas antes de aprofundarmos no processo iremos falar das proteínas e enzimas envolvidas nesse processo.
DNA polimerase
A DNA polimerase como o nome já indica é a responsável pela síntese do DNA. Essa enzima adiciona os nucleotídeos, um a um, à fita crescente de DNA, vale lembrar que a DNA polimerase irá adicionar apenas os nucleotídeos complementares à fita molde.
Essa enzima possui algumas características importantes, como:
sempre precisam de uma fita molde;
não possuem a capacidade de iniciar a polimerização sozinhas, necessita uma cadeia pré-existente ou uma pequena sequência de nucleotídeos chamada de primer;
só adicionam nucleotídeos na terminação 3' de uma fita de DNA, devido a hidroxila livre (Promove a ligação fosfodiéster entre o grupo OH do carbono 3 da pentose com o grupo OH do grupo fosfato do próximo nucleotídeo), então desse modo a fita cresce no sentido 5' à 3';
a cada nucleotídeo adicionado essas enzimas conferem seu trabalho, removendo a maior parte dos nucleotídeos erroneamente adicionados à cadeia.
Todo esse processo, como vocês devem imaginar requer energia, e vocês sabem que a moeda energética da célula é o ATP (Adenosina trifosfato), pois bem, para a replicação do DNA a energia vem dos próprios nucleotídeos, que possuem três fosfatos ligados à sua estrutura (bastante semelhante à molécula de ATP).
Vamos ver a diferença entre um nucleotídeo e o um ATP?
Pois bem, quando a ligação entre os fosfatos é “quebrada” libera energia a qual será usada para formar uma nova ligação entre o novo nucleotídeo e a cadeia crescente.
Porém para que a DNA polimerase possa fazer o seu trabalho, algumas etapas anteriores são necessárias para que ocorra a abertura da fita por exemplo. Para que a dupla hélice tenha suas pontes de hidrogênio quebradas, primeiro é necessário reconhecer a ou as origens de replicação.
Para isso, algumas proteínas especializadas irão reconhecer essa origem, irão se ligar a este sítio, e assim o DNA será aberto. Ocorrerá a formação da bolha de replicação que irá se mover a medida que a fita nova for polimerizada.
Helicase
Acima mencionamos sobre a necessidade acontecer o reconhecimento da origem de replicação e conferir o desenrolamento da fita e a sua abertura, toda essa etapa é promovida pela Helicase.
Essa enzima reconhece a origem de replicação e quebra as pontes de hidrogênio possibilitando o início da replicação do DNA. Para evitar que as fitas voltem a se unir novamente teremos a ação das proteínas de ligação.
Assim que a fita se abre, teremos a ação da:
Primase
Uma das características mencionadas acima sobre a DNA polimerase é a não capacidade de iniciar sozinha a polimerização da nova fita.
Então, para que a DNA polimerase possa atuar, a primase irá adicionar um primer (ou iniciador) de RNA, ou um trecho curto de ácido nucleico complementar ao molde (cerca de 10 nucleotídeos), que deste modo irá fornecer uma extremidade 3' para que a DNA polimerase consiga iniciar sua atividade.
Uma vez que o primer de RNA está adicionado, a DNA polimerase terá a capacidade de "ampliar" a fita, ou seja, adicionando nucleotídeos um a um para fazer uma nova fita de DNA que é complementar à fita molde.
Certo, estamos entendendo até aqui, né?
Mas vocês precisam se atentar, temos 2 fitas servindo como molde e elas são antiparalelas lembram??
Ou seja, uma fita vai na direção 5' à 3', enquanto a outra vai na direção 3' à 5'. Isto faz com seja necessário que as duas novas fitas, que também são antiparalelas a seus moldes, sejam feitas de maneiras ligeiramente diferentes.
E como mencionamos acima a DNA polimerase só sintetizam o DNA na direção 5' à 3', com isso teremos uma fita chamada de contínua, pois com a adição de um primer a DNA polimerase irá exercer seu papel, enquanto que a outra fita será chamada de descontínua, pois necessita da adição de vários primers para que a DNA polimerase consiga sintetizar esse DNA. Veja a ilustração abaixo.
Percebe-se que a fita contínua acompanha a bolha de replicação enquanto a descontínua possui fragmentos e a DNA polimerase acaba se distanciando da bolha de replicação.
Esses fragmentos são chamados de fragmentos de Okazaki, em homenagem ao cientista japonês que os descobriu. A fita líder pode ser ampliada a partir de um único primer, enquanto a fita tardia precisa de um novo primer para cada um dos curtos fragmentos de Okazaki.
Temos a Topoisomerase que desempenha um importante papel na manutenção durante a replicação do DNA. À medida que a dupla hélice é separada através do rompimento das ligações de hidrogênio promovida pela Helicase, a topoisomerase a frente da bolha promove alguns cortes na fita afim de evitar um super enrolamento, esses cortes irão liberar a tensão que poderia prejudicar a fita e todo o processo de replicação, assim como, poderia conferir danos permanentes.
E não menos importante, mas que acontece após todo o processo os primers adicionados para conferir que a síntese do DNA acontecesse serão retirados pela DNA polimerase I. E os fragmentos existentes na fita serão fechados pela enzima DNA ligase.
Vocês viram quantas enzimas são necessárias para que aconteça o processo de replicação?
Agora vamos entender o processo como um todo?
Resumo da replicação do DNA em E. coli
A ilustração mostra a bolha de replicação. A helicase desenrola a hélice, e as proteínas de ligação se unem a fita simples para evitar que a hélice volte a se unir.
A frente da bolha de replicação temos a ação da Topoisomerase evitando que o DNA se enrole muito fortemente.
Temos os primers formados pela DNA primase, e subsequente ação da DNA polimerase adicionando os nucleotídeos complementares a fita de DNA.
A síntese de DNA acontece somente na direção 5' para 3'. Na fita contínua, a síntese de DNA acontece sem interrupções e sem novas adições de primers.
Enquanto na fita descontínua, a síntese de DNA reinicia-se muitas vezes à medida que a hélice se desenrola, resultando em muitos fragmentos curtos chamados "fragmentos de Okazaki".
A DNA ligase une os fragmentos de Okazaki em uma única molécula de DNA.
Replicação de DNA em eucariotos
Boa parte de todo o processo descrito acima se assemelha entre as bactérias e o seres eucariotos, baixo segue apenas algumas diferenças:
Eucariotos normalmente por possuírem múltiplos cromossomos lineares acabam apresentando múltiplas origens de replicação.
A maioria das enzimas descritas acima, presente na E. coli tem equivalentes na replicação do DNA dos eucariotos. No entanto, uma única enzima em E. coli pode ser representada por múltiplas enzimas nos eucariotos.
A maioria dos cromossomos eucarióticos são lineares e possuem uma região telomérica que possui um processo de replicação distinta, promovida por uma enzima especifica denominada telomerase.
Reação em Cadeia da Polimerase - Polymerase Chain Reaction (PCR)
Após compreender como ocorre todo o processo de replicação do DNA diversos cientistas propuseram replicar o DNA in vitro.
O desenvolvimento dessa técnica capaz de amplificar segmentos de DNA, específicos ou inespecíficos abriu enormes perspectivas para pesquisa filogenética assim como para a análise de genes, diagnóstico de doenças genéticas, detecção de agentes infecciosos e inclusive é base para técnicas mais robustas como a tecnologia do DNA recombinante.
A técnica PCR se baseia na replicação do DNA e utiliza DNA polimerase para sintetizar o DNA e garantir inúmeras copias do mesmo. No entanto, para abertura da hélice, adição dos primers e polimerização da sequencia de interesse usa-se diferentes temperaturas que irão possibilitar que todas essas etapas sejam alcançadas.
Aprenderemos mais sobre a PCR e demais técnicas da biologia molecular nas próximas postagens!
Conclusão
O conhecimento acerca das biomoléculas e como ocorrem as reações químicas fornecem conhecimentos que servem tanto para compreende-los melhor assim como gerar novas técnicas, produtos.
Ao se conhecer a molécula de DNA e como ocorre sua replicação foi possível mimetizar em laboratório sua replicação/ amplificação possibilitando o surgimento de outras técnicas e analises, assim como soluções para problemas da sociedade seja para o diagnóstico, tratamento ou profilaxia.
Gostaram??
Deixe seu comentário e compartilhe com os amigos!!
Até a próxima.
Comments