REPLICAÇÃO DO DNA EM PROCARIOTOS E EUCARIOTOS

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1 REPLICAÇÃO DO DNA EM PROCARIOTOS E EUCARIOTOS 1

2 O CICLO CELULAR E A REPLICAÇÃO DO DNA EM EUCARIOTOS Como acontece em procariotos? CARACTERÍSTICAS UNIVERSAIS DO MECANISMO DE REPLICAÇÃO DE DNA: SEMI-CONSERVATIVO BIDIRECIONAL SEMI-DESCONTÍNUO 2

3 MESELSON-STAHL (1958) Modelo de replicação semi-conservativo DEMONSTRAÇÃO DA BIDIRECIONALIDADE DO PROCESSO DE REPLICAÇÃO DO DNAAPARTIRDAORIGEMDO A DA DO SV40 3

4 A BOLHA E AS FORQUILHAS DE REPLICAÇÃO DO DNA PROCARIOTOS EUCARIOTOS Genoma pequeno e circular Única origem de replicação biderecional Genoma grande e linear Múltiplas origem de replicação biderecional Como são classificadas as enzimas envolvidas na síntese de DNA, chamadas DNA-polimerases? 4

5 TIPOS DE DNA POLIMERASES E SUAS RESPECTIVAS FUNÇÕES DNA POLIMERASE DNA-DEPENDENTE Envolvida em replicação, reparo e recombinação do DNA. Catalisa a adição de um desoxiribonucleotídeo ao terminal 3 de uma cadeia preexistente, utilizando uma cadeia de DNA complementar como molde. Portanto, depende de uma fita molde e de um primer. DNA POLIMERASE RNA-DEPENDENTE Transcriptase reversa Envolvida na replicação de retrovírus. Descoberta por Temein e Baltimore, em Não apresenta atividade exonuclease 3-5. Além da atividade DNA polimerase RNA dependente, apresenta também as atividades RNAse H e DNA polimerase DNA-dependente. Catalisa a adição de desoxiribonucleotídeos ao terminal 3 de uma cadeia de DNA preexistente, utilizando uma cadeia de RNA complementar como molde e um primer exógeno específico. Num estágio seguinte, a fita híbrida DNA- RNA é convertida em DNA-DNA, por ação das atividades RNAse H e DNA polimerase DNAdependente. Portanto, depende de uma fita molde e de um primer. Telomerase Envolvida na manutenção do tamanho dos telômeros. Catalisa a adição de um desoxi-ribonucleotídeo ao terminal 3 de uma cadeia pré existente, utilizando uma seqüência de RNA complementar interna (grupo prostético) como molde. Portanto, depende apenas de uma fita molde de DNA. Enzima encontrada em células germinativas de eucariotos. PIADA DE BIOLOGISTA MOLECULAR 5

6 CARACTERÍSTICAS DAS DNA POLIMERASES (parte 1) 1. Não são capazes de iniciar síntese de novo. Precisam de 3 OH livre fornecido pelo iniciador (primer) 2. Necessidades de íons de Mg Acrescentam nucleotídeos à fita recém sintetizada obedecendo do o pareamento e de bases com a fita molde. CARACTERÍSTICAS DAS DNA-POLIMERASES (parte 2) 4. Remoção de nucleotídeos: atividade exonuclease (5 3 ) replicação, reparo de mutações atividade exonuclease (3 5 ) revisão Enzima fiel com frequência de erro de ~ 10-5 a

7 ATIVIDADES DA DNA POLIMERASE POLIMERASE 5 3 EXONUCLEASE 3 5 Figure 5-9 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) REAÇÃO CATALISADA PELA DNA POLIMERASE PIROPHOSPHATASE Figure 5-4 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 7

8 A REPLICAÇÃO DO DNA EM PROCARIOTOS 8

9 ETAPAS DA REPLICAÇÃO DO DNA EM PROCARIOTOS: INÍCIO ALONGAMENTO TÉRMINO O SITIO DE INICIO DE REPLICAÇÃO DO DNA, DENOMINADO ORIGEM DE REPLICAÇÃO (ori-c). (APRESENTA SEQUENCIAS CONSENSO ESPECÍFICAS) 9

10 FORMAÇÃO DO COMPLEXO DE INICIAÇÃO DA REPLICAÇÃO 10

11 DESNATURAÇÃO DO DNA E SÍNTESE DE UMA SEQUÊNCIA INICIADORA DE RNA ETAPAS DA REPLICAÇÃO DO DNA EM PROCARIOTOS: INÍCIO ALONGAMENTO TÉRMINO 11

12 FORQUILHAS DE REPLICAÇÃO: FITA CONTÍNUA FITA DESCONTÍNUA 3` 5` 3` 3` 5` 3` 5` 5` 5 3 3` 3` 3` 3` (gama-loader) ASSOCIAÇÃO DO DNA COM A DNA POLIMERASE III (Beta-clamp) 12

13 O DÍMERO DE DNA POLIMERASE III NA FORQUILHA DE REPLICAÇÃO A REPLICAÇÃO SIMULTÂNEA DAS DUAS FITAS DE DNA PELO DÍMERO DE DNA POLIMERASE III 13

14 PAPEL DAS SSDNA-BINDING-PROTEINS Figure 5-16 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) SÍNTESE DESCONTÍNUA DA FITA ATRASADA DE DNA: papel da DNA-POL I papel da DNA LIGASE Figure 5-12 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 14

15 FORMAÇÃO DO SUPERCOILING POSITIVO NA FORQUILHA DE REPLICAÇÃO Figure 5-21 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Super-helicoidização Super-helicoidização induzida por abertura 15

16 Figure 5-19a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) ETAPAS DA REPLICAÇÃO DO DNA EM PROCARIOTOS: INÍCIO ALONGAMENTO TÉRMINO 16

17 SEQUÊNCIAS TERMINADORAS DA REPLICAÇÃO DO DNA RESOLUÇÃO DOS CONCATÂMEROS DE DNA 17

18 A REPLICAÇÃO DO DNA EM EUCARIOTOS EUKARYOTIC DNA POLYMERASES: PROPOSAL FOR A REVISED NOMENCLATURE. Peter M. J. Burgers et.al. THE JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, Vol. 276, No. 47, Issue of November 23, pp , GREEK NAME HUGO NAME CLASS OTHER NAMES α (alpha) POLA B POL1 β (beta) POLB X γ (gamma) POLG A MIP1 δ (delta) POLD1 B POL3 ε (epsilon) POLE B POL2 ζ (zeta) POLZ B REV3 PROPOSED MAIN FUNCTION DNA replication Base excision repair Mitochondri al replication DNA replication DNA replication Bypass synthesis Bypass synthesis η (eta) POLH Y RAD30, XPV θ (theta) POLQ A mus308, eta DNA repair ι (iota) POLI Y RAD30B Bypass synthesis κ (kappa) POLK Y DinB1, theta Bypass synthesis Base λ (lambda) POLL X POL4, beta2 excision repair μ (mu) POLM X Nonhomologous end joining ς (sigma) POLS X TRF4, kappa Sister chromatid cohesion REV1L Y REV1 Bypass synthesis TDT X Antigen receptor diversity 18

19 ETAPAS DA REPLICAÇÃO DO DNA EM EUCARIOTOS: INÍCIO ALONGAMENTO TÉRMINO ORIGENS (19) DE REPLICAÇÃO NO CROMOSSOMO III DE LEVEDURA UMA ORIGEM DE REPLICAÇÃO DE LEVEDURA ORC origin recognition complex Abf1 proteina que facilita a ligação de ORC 19

20 MECANISMO DE INÍCIO DA REPLICAÇÃO DO DNA EM EUCARIOTOS: Única utilização de uma origem de replicação por ciclo celular Cdc6 e Cdt1 - Helicase loading proteins Figure 5-36 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) ETAPAS DA REPLICAÇÃO DO DNA EM EUCARIOTOS: INÍCIO ALONGAMENTO TÉRMINO 20

21 REPLICAÇÃO DO DNA DE SV40: papel de FEN 1 REPLICAÇÃO DO DNA DE SV40 21

22 The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2009 "for the discovery of how chromosomes are protected by telomeres and the enzyme telomerase" Elizabeth H. Blackburn Carol W. Greider Jack W. Szostak REPLICAÇÃO DO TELÔMERO PELA TELOMERASE Figure 5-41 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 22