Olá, nessa aula vamos falar sobre a replicação de genomas lineares e organelas. Os objetivos é entender o mecanismo de manutenção das extremidades de genomas lineares durante o processo de replicação e conhecer alguns mecanismos de replicação que ocorrem em bacteriófagos e organelas. aulas celulares.
Introdução, nas aulas anteriores você acompanhou como ocorre o processo de replicação do DNA no amêndoa, vamos rever os conceitos básicos. Você deve lembrar que as fitas de DNA possuem extremidades diferentes, as extremidades 5 e a 3, que a replicação só ocorre em um sentido, você sabe qual? Isso mesmo, no sentido 5-3. Essa é a extremidade 3 e essa é a extremidade 5. Você sabia que as fitas de DNA que se formam durante a replicação não surgem de nada para sintetizar a nova fita ou DNA?
polimerase é precisa de uma ajudinha quem dá essa ajudinha é a enzima chamada primase você sabe o que ela faz essa é a enzima primase vamos observar a primase ela vai é construir pequena cadeia de RNA que nós conhecemos como prime ou sequência iniciadora. Esse é o iniciador de RNA. Veja o que acontece. Agora que já tem um pedacinho pronto, o DNA polimerase já pode se ligar e continuar a síntese da fita.
Esse é o DNA polimerase. E o que temos então? Observe, uma pequena sequência de RNA e o resto da fita de DNA.
Aí está o nosso problema, a sequência de RNA não pode ficar na molécula de DNA. Veja, essa é a sequência. essa é a fita filha de DNA e essa é a fita parental de DNA.
Esse é o iniciador de RNA. Como se resolve esse problema? problema. Note que uma nova enzima entra na nossa história, a RNAs, que é esta. Você sabe o que essa enzima faz?
Veja, sua ação é exatamente retirar o pedaço de RNA que ficou na molécula de DNA. Observe o que acontece depois da ação da RNAase. A remoção do iniciador de RNA da extremidade círculo da fita recém-sintetizada resultaria em uma fita de DNA mais curta. do que a fita é original.
Imagine qual seria as consequências desse recortamento depois de vários ciclos de replicação. Vamos acompanhar a animação. Aí veja, essas são as fitas filha do DNA mais curtas na extremidade 5 e vamos ver a animação em relação a esse problema. Isso mesmo, após cada ciclo de replicação, as moléculas seriam cada vez mais encurtadas e o DNA tenderia a desaparecer. Você pode concluir que se isso de fato ocorresse, um desastre pois a perda de pedaços de DNA a cada replicação inviabilizaria a sobrevivência das células apesar desse problema ser real na verdade não ocorre perda de DNA nas extremidades dos genomas lineares.
Vamos ver as fotos acima para conhecer as estratégias alternativas que diferentes organismos utilizam para acomodar a síntese dessas extremidades. e no caso dos paramércio o DNA mitocondrial de paramércio pode assumir uma estrutura pouco comum como a formação de um grampo nas extremidades de modo que não exista extremidade livre vamos ver por exemplo os pagos de quadro no DNA Nesses organismos ocorre a conversão de um réplico linear em uma molécula circular ou multimédica. Aí existe também o adenovírus, o FAD-29 e poliovírus.
O DNA desses vírus, o RNA do poliovírus, uma proteína pode intervir no modo de tornar possível a iniciação das extremidades. Para os vírus que possuem DNA linear, apresentam proteínas que se ligam covalentemente à última base da agenda. extremidades.
Veremos a seguir com mais detalhes como ocorre o mecanismo dos DNAs circulares e dos cromossomos eucarion. Síntese dos telômeros. Você se lembra da estrutura dos cromossomos eucariotos?
Observe que nas extremidades existem estruturas chamadas telômeros. Você lembra como a estrutura do DNA dos telômeros? São repetições adjacentes de sequências curtas e ricas em resíduos de guanina em uma das fitas. Essa região do cromossomo que resolve o problema do encurtamento da fita de DNA durante a replicação. Vamos ver como.
Essas são as cromátides irmãs, esse é o centrômero e esses são os telômeros que evitam o encurtamento do DNA durante a replicação. Você sabe como os telômeros são formados? Existe uma enzima chamada telomerase que é responsável ou montar a sequência de DNA que o constitui.
Essa enzima é ribonucleoproteica. Você consegue saber por quê? Observe, sua estrutura apresenta dois componentes essenciais, uma porção proteica, que é esta, e uma porção ribonucleica, que é esta, ou seja, um RNA.
Então existe a telomerase, a porção proteica dela, e a porção ribonucleica. Bom, vamos lá. Vamos entender como ocorre a síntese do telômero.
Observe a animação. Nós já vimos que após a replicação de um segmento linear de DNA, a RNA retira a sequência de RNA que está na extremidade 5 da fita sintetizada. Essa é a fita de DNA parental e essa é as fitas filhas de DNA.
a partir da RNAs. Perceba, ela elimina essa região. Qual é a consequência dessa remoção da sequência de RNA das fitas recém sintetizadas?
Observe, isso mesmo, as fitas filhas de DNA ficam mais curtas, precisa haver um procedimento que repare essa perda, não é mesmo? Senão, haveria perda de genes no processo de replicação. Vamos ver o que acontece.
Essa é a fita de DNA parental e essas são as fitas filhas de DNA curtos. Você se lembra da enzima Telomerase que vimos no início da animação? É essa enzima que vai corrigir a diferença de tamanho, mas como isso ocorre?
Vamos ver. Essa é a Telomerase. Aí veja.
Essa é a enzima telomerase e essa é a fita de DNA parental. Observe, a telomerase reconhece a sequência 3, que é GTT, no final da fita parental do DNA. Essa sequência pareia com a sequência 5CAA3, presente no RNA da telomerase.
O que acontece agora? Veja, uma sequência de DNA é sintetizada. sintetizada utilizando o RNA como molde. Então essa é a telomerase e essa é a fita de DNA parental. Vamos ver o que acontece.
Viu? Ele cria um molde. Só que essa sequência adicional ainda não é o suficiente. Quando a síntese termina, a sequência é GTT, GG, GGTT é liberada pela translocação da telomerase, então o que ocorre? Note que a porção do RNA vai variar novamente, formando um novo molde para síntese e de um novo pedaço de RNA.
Vamos ver o que vai acontecer. Perceba que ela vai criando um novo molde. O processo de correção não para após o segundo ciclo de ciclos dessa sequência.
São necessários vários ciclos desses para que as fitas de DNA voltem a ficar no mesmo tamanho. Veja. O que ela está fazendo?
Ela está replicando para que a fita fique do mesmo tamanho antes era. Então essa é a fita de DNA parental e essa é a sequência sintetizada pela telomerase. Agora o molhinho.
está pronto para o que ocorrerá agora isso mesmo o rna polimerase irá sintetizar o prime depois a dna polimerase irá sintetizar a cadeia complementar ela vai sintetizar o prime e o DNA polimerase vai fazer o complementar o prime é o que o primeiro e as e o complementar vai se ligar para que se ligue a sequência aí Veja, esse é o iniciador de RNA, essa é a fita de DNA parental e essa é a sequência sintetizada pela telomerase, mecanismo do círculo rolante. Repare que as bactérias possuem, além do DNA, circular um DNA extra que chamamos de plasmídeo, que nas bactérias os plasmídeos geralmente contém os genes de resistência a antibióticos. Você tem ideia de como se dá a replicação desse tipo de DNA? Vamos ver as bactérias. Veja, esse é o citoplasma da bactéria, esse é o DNA genômico, essa é a membrana celular, esses são os ribossomos, essa é a parede celular.
Esse é o DNA plasmidial e essa é a polimerase. A replicação do DNA circular se dá pelo mecanismo do círculo rolante. Você já ouviu falar disso? Neste mecanismo, o DNA circula em uma forma de um círculo. somente a replicação de uma fita é usada para gerar as cópias das moléculas de DNA circular, mas para isso é necessário a ação de uma enzima chamada nuclease.
Observe o que ocorreu após a ação da nuclease. A enzima cortou apenas uma das fitas, gerando uma extremidade 3, que é hidroxila, e 5, que é fosfato. Por que a geração dessas extremidades?
é importante. Com a exposição da extremidade E3 do hidroxila, a enzima DNA polimerase pode se ligar e adicionar os nucleotídeos à fita externa. Observe o que acontece a partir do alongamento dessa fita. A sequência nova desloca a que estava inicialmente pareada.
Esse é o DNA polimerase. A fita inicialmente pareada não se perde, veja só, ao final do processo de replicação, essa fita fica presa à extremidade ciclo-pós-fato nova fita formada. Então, o que acontece após vários ciclos de replicação?
Vamos ver continuar a replicação. Observe, cada volta é deslocada o material genético no ciclo anterior. As novas unidades genômicas vão ficando presas umas das outras.
Após alongamentos sucessivos, o círculo colante gera uma cauda de DNA, fita simples, que pode conter múltiplas unidades genômicas. Esse é o DNA da fita simples. Observe cada volta. Enquanto essa daqui é a unidade genômica original. Depois do alongamento, o que acontece então?
Veja, a cauda pode ser clivada como monômero ou múltímero da forma linear. Então foi cortada. Esse é o monômero e esse é o múltiplo. A forma linear multimérica pode ser mantida como fita simples ou ser convertida em fita dupla durante a síntese da fita complementar.
Depois a fita dupla é clivada em monômeros que se ligam formando moléculas de fita dupla e circular. Aí veja, formou uma fita dupla. fita dupla circular.
A forma linear monomérica pode formar uma fita simples circular e posteriormente será replicada, formando moléculas de fita dupla circular. Vamos ver. Esse é o DNA circular.
Replicação de DNA de mitocôndrias e cloroplásticos. Você sabia que podemos encontrar DNA fora do núcleo? Sim, existem organelas que são dotadas de genoma. Observe as representações simplificadas das células, em que outras organelas além do núcleo podemos encontrar DNA, isso mesmo na mitocôndria de células de animais. animais e vegetais e também no cloroflásticos de células vegetais.
Mas o DNA nessas organelas possui uma estrutura peculiar. Note, é uma estrutura em dupla fita circular, onde as fitas são denominadas L e H. Esse é o núcleo, esse é o cloroflásticos e esse é a mitocôndria.
Esse é a mitocôndria e esse é o cloroflástico. As duplas fitas de DNA circular nas mitocôndrias e dos cloroflásticos estão replicadas, mas onde se inicia essa replicação? Claro, na origem de replicação.
Observe a imagem. Você notou que as origens de replicação das fitas L e H são desencontradas? Essa é a fita H e essa é a fita L. Veja que interessante, apesar das duas fitas serem replicadas, o processo se iniciará primeiro a fita H e para isso será necessário o deslocamento de uma das fitas.
formando uma alça. O que precisa acontecer primeiro? Muito bem, a síntese de sequência de iniciação é que o país vício é a enzima primária.
Só depois dessa sequência, a DNA polimerase consegue se ligar e iniciar a replicação propriamente dita. Essa é a primária. A enzima primaz vai fazer o primeiro processo e posteriormente quem fará o trabalho todo é o DNA polimerase.
Essa é a fita H, essa é a fita L. Essa é a fita H e essa é a fita L. Vamos continuar.
Observe que há uma defasagem de tempo entre a replicação das duas fitas. Só quando a replicação da fita H chega próximo à origem da fita L, é que inicia o processo para essa fita. fica no sentido oposto. No final, teremos dois DNAs circulares na dupla fita, sendo que a síntese de uma termina antes da síntese do outro. Então veja, quando a DNA polimerase ela chega um ponto na fita H começa o processo de replicação na fita L e sempre a enzima que começa o processo é a primagem, vem de primeiro, então a enzima primagem começa e posteriormente será a DNA polimerase que vai replicar.
e acaba primeiro a fita H de replicar e posteriormente será a fita L veja a fita H é parental e fita H filha e pita as artilhas. O que precisa ocorrer para finalizar o processo? Claro, a sequência de iniciação precisa ser retirada por uma endonuclease e as fitas seladas por uma ligase para que fiquem intactas.
Então vamos ver, essa endonuclease. Temos que tirar a primase. e posteriormente utilizar a ligada