REPLICAOINTRODUO O DNA ocupa uma posio central e nica entre as macromolculas como repositrio de informao gentica. Suas sequncias de nucleotdeos codificam as estruturas primrias de todos RNAs e protenas, afetando, assim, a sntese de todos outros componentes celulares. Para que ocorra a diviso celular, em algum momento do seu ciclo a clula deve ter seu DNA duplicado. Esse processo deve estar em sincronia com a necessidade do organismo. O metabolismo do DNA envolve o processo pelo qual so feitas cpias fidedignas de mleculas de DNA ( replicao ) e os processo que afetam sua estrutura inerente (reparo e combinao). Nosso objetivo revisar a replicao do DNA. REGRAS FUNDAMENTAIS DA REPLICAO 1. A replicao do DNA um processo semi-conservativo Ambas fitas de DNA que formam um duplex servem como molde para sntese de uma fita nova complementar. Assim, durante um evento de duplicao so produzidas duas molculas novas de DNA, cada uma delas consistindo de uma fita velha (do duplex original) e uma nova (recm-sintetizada) . Isso a replicao semi-conservativa.

2. A replicao tem incio em uma origem e a partir dela continua bidirecionalmente A replicao de DNA sempre tem incio num ponto nico na molcula , caracterizado por uma seqncia de bases especficas denominado origem da replicao, a paritr de onde a dupla fita se abre. As terminaes destes so pontos dinmicos, chamados de forquilhas de replicao, onde as fitas de DNA so separadas e replicadas.

Como demonstrado na figura, a partir da origem a replicao prossegue bidirecionalmente. 3. A sntese de DNA procede na direo 5 3 e semi-descontnua Uma fita nova de DNA sintetizada na direo 5 3, sendo a extremidade livre OH de cada nucleotdeo o ponto em o DNA alongado. Devido a esta propriedade e considerando-se a natureza anti-paralela do DNA, a fita utilizada como molde s pode ser lida na da extremidade 3em direo a 5.

Como a abertura da dupla fita gradual a partir da forquilha de replicao e o sentido de leitura obrigatoriamente na direo 5 3, a sntese das duas fitas ocorre em sentidos opostos, no sendo possvel que elas fossem sintetizadas continuamente. Desta forma, foi descoberto que uma das fitas sintetizada continuamente, sendo denominada de fita lder, enquanto a outra se faz em pequenos fragmentos, sendo chamada de fita tardia. Estes fragmentos so denominados de fragmentos de Okasaki. ENZIMAS ENVOLVIDAS NA REPLICAO As principais enzimas envolvidas na replicao so: 1. NUCLEASES So enzimas que tem a capacidade de clivar (cortar) cidos nuclicos, sendo, portanto, responsveis pela degradao do DNA. Existem inmeros tipos, que esto dividas em duas classes principais: Exonucleases, que degradam cidos nucleicos a partir da extremidade da molcula e Endonucleases, que degradam a partir de qualquer stio (local) da molcula de DNA. 2. DNA POLIMERASES So as principais enzimas envolvidas na replicao, uma vez que adicionam nucleotdeos e participam do sistema de reparo. Na E. coli, utilizada como modelo para estudo da replicao, so mais de 5 enzimas conhecidas, sendo a I, II e III as principais. A reao bsica (polimerizao), comum a todas e responsvel pelo alogamento do DNA a partir da origem, :

O estudo das polimerases revelou que para polimerizao ocorra so necessrios dois elementos principais: uma fita molde de DNA e um primer ( iniciador) . O molde, lido na direo 3 5, determina a sequncia dos nucleotdeos da fita nova, obedecendo as leis de pareamento de Watson e Crick ( A = T , G = C). Ele normalmente representado pela fita velha. Desta forma, as caractersticas de complementariedade e antiparalelismo so mantidas no novo duplex de DNA. O primer necessrio porque a polimerase no consegue iniciar o alongamento de uma cadeia de polinucleotdeos a partir de nucleotdeos livres; ou seja um pedao de fita nova j deve existir. O primer um pequeno segmento de RNA, sintetizados pela enzima primase, que depois ser substitudo. O papel especfico de cada polimerase pode ser simplificado da seguinte maneira: Polimerase I: funo de reparo nos processos de replicao e recombinao. Polimerase III: a principal enzimas envolvida no processo. Tm uma estrututa mais complexa, com vrias subunidades com funes especficas. (extender) 3. HELICASES, TOPOISOMERASES, SSB As helicases fazem a separao das duas fitas parentais para que a replicao possa ter incio. Esta sepao cria um estress topolgico que aliviado pela ao das topoisomerases, enzimas que atuam no enrolamento do duplex de DNA. J as SSB ( single strand binding proteins ou protenas de ligao do DNA de fita simples) mantm as duas fitas separadas estabilizadas. 4. PRIMASES Sintetizam a pequena poro de RNA que servir como primer para incio da replicao. ESTGIOS DA REPLICAO O processo de replicao divido em 3 etapas: 1. INICIAO A origem da replicao da E. coli, chamada de OriC, consiste numa sequncia de 245 pb altamente conservada ( isto , aparece em diversos organismos e manteve-se idntica durante o processo evolutivo) entre as origens de replicao. As sequncias

chave deste segmento consistem em duas sries altamente repetidas: 3 repeties de

13 pb e e 4 repeties de 9 pb. Pelo menos 6 enzimas ou protenas participam na iniciao da replicao. Elas abrem o DNA na origem e estabilizam o complexo que se forma junto com as outras enzimas envolvidas na replicao (complexo pr-priming) para que ocorram as reaes subseqentes. O componente chave para no processo a protena DnaA. Um complexo de 20 DnaAs se liga s 4 repeties de 9 pb na origem, depois reconhece e abre o DNA na regio das trs repeties de 13 pares de base. A DnaB ento se liga a regio aberta e funciona como uma helicase criando assim uma forquilha de replicao e separando progressivamente a dupla fita, numa reao que requer DnaC como co-fator.

A iniciao nica fase regulada da replicao, de forma que ela a replicao s ocorra uma vez por ciclo celular. O tempo de incio da replicao afetado pela metilao do DNA. Imediatamente aps o trmino da replicao o DNA hemimetilado; a oriC da fita parental metilada mas da fita nova no. Enquanto a

regio oriC da fita nova no for metilada no pode ter incio um novo processo de replicao. 2. ALONGAMENTO Esta fase inclui duas operaes distintas mas relacionadas: a sntese da fita lder e a sntese da fita tardia . A sntese da fita lde um processo mais simples, iniciando com a sntese de um pequeno segmento de RNA pela primase na origem de replicao.Depois os desoxirribonucleotdeos so adicionados ao primer pela DNA polimerase III obedecendo as regras j mencionadas. A sntese da fita lder ento prossegue continuamente at o final da molcula. O primer retirado e substitudo por DNA.

A sntese da fita tardia realizada atravs da formao de pequenos fragmentos de Okasaki, j explicados anteriormente. Primeiro formado um primer de RNA pela primase e, assim como na fita lder, desoxirribonucleotdeos so adicionados pela DNA polimerase III. Neste nvel, o processo parece simples, mas na realidade ele bem complexo. Sua complexidade reside coordenao entre a sntese da fita lder contnua e a da fita tardia descontnua; sendo as duas realizadas por uma nica DNA polimerase III (em diferentes subunidades). Para tal, criada uma ala na fita tardia, aproximando assim os dois pontos da replicao. Como a fita tardia sintetizada descontinuamente, isto , atravs da formao de vrios fragmentos, o processo de criao de um primer se repete diversas vezes, assim como o desconectamento do fragmento formado da polimerase III e a conexo de um novo fragmeno. No final todos primers so retirados e os fragmentos de Okasaki unidos.

3. TERMINAO Tomando-se como um modelo a E. coli e tendo em vista seu DNA circular, haver um momento em que as duas forquilhas de replicao ( que progridem direncionalmente ) finalmente se encontraram um uma sequncia chamada Ter. Para que possa dar fim a replicao, ela foi arranjada de maneira a formar uma espcie de armadilha, em que a forquilha de replicao entre e no possa sair. Isso obtido pela ligao da protena Tus ao regio Ter. Como as forquilhas de replicao tem direo opostas e normalmente halt quando colidem, as sequncias talvez Ter no fossem essenciais, mas impedem que a replicao do DNA recomece ou continue. Nos eucariotos a terminao da replicao dos cromossomos lineares enfrenta o problema de replicar a extremidade da fita tardia, que est sendo sintetizada em sentido oposto. A soluo envolve a sntese das partes terminais dos cromossomos, chamadas telmeros. Os telmeros possuem vrias cpias de uma seqncia consenso, as quais so adicionadas por uma enzima especfica (telomerase) na fita tardia, quando a replicao estiver prxima ao final. Na fita lder, a terminao ocorre naturalmente quando ao final do molde parental. REPLICAO NOS EUCARIOTOS A essncia do processo de replicao a mesma entre procariotos e eucariotos. No entanto, como as molculas de DNA so maiores e esto organizadas em uma estrutura nucleoproteica complexa, algumas adaptaes so necessrias nos eucariotos. As solues encontradas foram criar um maquinrio enzimtico mais complexo e ter mltiplos pontos de origem ao longo do cromossomo. Isso permite que a replicao inicie simultaneamente em todos os cromossomos, aumentando a velocidade do processo.