Replicação

Replicação

Cópia: Cool for DNA, Cool for Us

Voltar quando alguns colegas do Shmoop estavam na escola, seus professores sempre os pegavam copiando. Mas, os colegas disseram aos seus professores que estava no seu ADN copiar. Ela não podia discutir com essa lógica, então eles nunca se metiam em problemas. Que história simpática.

Que paralelo estamos a tentar traçar com este conto não tão subtil e viciado? O ADN está sempre a copiar, e tem de ser, se quiser continuar a fazer todas aquelas células. E, oh, como é que ele faz! A replicação de DNA é a cópia do DNA para que as células replicadoras tenham DNA suficiente para as células filhas, ou para as novas células derivadas da célula original. A divisão celular, ou a transformação de uma célula em duas novas células, ocorre através de mitose para células não sexuais, ou aquelas células não envolvidas em…sexo, e meiose para células sexuais, ou aquelas células que ficam para baixo e sujas mais rápido que Vinny e Pauly D em uma boa noite no Karma.

É apenas uma fase: Mitose ou Meiose

Células de todas as formas e tamanhos, como um anúncio da Benetton, existem basicamente dois tipos de células:

1. Células sexuais (não, não aquelas coisas em Amesterdão)
2. Células somáticas (células não sexuais, que também não são as coisas em Amesterdão)

As células sexuais são as células que produzem descendentes de eucariotas que se reproduzem sexualmente, e dividem-se no seguinte:

1. Células de esperma que contêm a metade masculina do DNA
2. Células de ovo que contêm a metade feminina do DNA

Existem quatro fases principais no ciclo de vida da maioria das células eucarióticas (excluindo as células sexuais).

Estes são chamados

• Gap 1 (ou G1) fase
• Fase de síntese (ou “S”)
• Fase de Gap 2 (G2)
• Mitose

E, não, The Gap não patrocina a mitose. As fases G1, S e G2 são normalmente chamadas de “interfase”, na maioria das vezes por pessoas que estudam mitose. No entanto, se as obtivermos sozinhas, elas chamam-lhe “fase chata”

G1

G1 é a fase do ciclo de vida eucariótica após a mitose e antes da síntese do ADN, que é a fase S. Durante a mitose, a maior parte da atividade não-mitose foi encerrada, e G1 é o período em que tudo recomeça. G1 é como uma insónia louca que acorda a célula dizendo: “Ei, eu tenho cortado cupões toda a noite, hora de acordar e brincar comigo!”

S Fase

S fase é a fase de replicação do ADN do ciclo de vida. Falaremos mais sobre isso mais tarde, mas se você não pode esperar, clique em frente. Esta fase é onde a célula duplica a quantidade de DNA para fazer DNA suficiente para as células filhas, e a célula vai de 2n a 4n, onde n é o número de conjuntos de cromossomos, ou ploidy. A maioria das células somáticas são 2n, ou diplóides, enquanto as células do sexo são haplóides, significando que elas têm metade do DNA das células somáticas (células regulares).

G2 Fase

G2 é o Jan Brady do ciclo celular. Todos falam sempre em “Mitose, Mitose, Mitose!” e ninguém se importa com o pobre G2. É o período do ciclo celular onde ocorre mais síntese de proteínas e são feitas microtubulas, que são importantes para a mitose. “É só isso?” Você pergunta? Sim. Não é assim tão importante, e é por isso que muitas células saltam este passo. As células de sapo saltam-no, assim como muitas células cancerosas. Pobre G2…

Mitose

Mitose é a fase do ciclo celular que é tão importante, tem um ciclo próprio. A mitose começa após G2, e começa com a prófase, ou seja, a condensação da cromatina em cromossomos e centrosomas movendo-se em direção a pólos opostos da célula. Este passo é seguido pelo estágio prometafásico, um estágio intermediário entre a prófase e a metáfase, onde o envelope nuclear se rompe e os cromossomos começam a se montar em microtubos conectando os cromossomos. A metáfase é onde todos os cromossomos estão alinhados no centro, que é seguido pela anáfase, onde os cromossomos são divididos ao meio, e os cromossomos filhas se movem para o pólo centrossômico mais próximo. Telophase e citocinese são os passos finais da divisão celular e remontagem do núcleo em duas células filhas, respectivamente.

Meoisisis

Meiose é a fase M para células sexuais. Ela começa como a mitose, e após a produção das duas primeiras células filhas, ela continua um segundo ciclo de mitose. As 2n células filhas dividem-se ainda mais para produzir 4 células filhas, e um monte de casamentos superfaturados, cada um com n cromossomas.

No início…Origens da Replicação do DNA

Se o DNA nunca se replicasse, a meiose e a mitose reduziriam lentamente o tamanho do genoma pela metade até que cada célula morresse, o que provavelmente não levaria muito tempo. Portanto, é importante que o DNA se duplique para contabilizar a divisão das células durante a mitose/meiose. A replicação do DNA é semelhante à transcrição do RNA.

Below é uma tabela comparando as duas:

	Replicação do RNA	Transcrição do RNA
Produto	Duplo…DNA encalhado	mRNA
Enzima	DNA polimerase	RNA polimerase
Nucleotídeos Adicionado	Trifosfatos de desoxinucleótidos	Trifosfatos de nucleótidos
Template Strand	Both	Both, mas só transcreve de antisense strand

Como se chamam os sites onde a replicação começa? Origens. Gostaríamos que lhe chamassem Star Wars Episode I: The Phantom Menace, mas esse nome já foi tomado.

Origins diferem dependendo do tipo de ADN. A maioria das células eucarióticas e algumas bactérias e vírus têm DNA linear, o que significa que há um começo e um fim para a sequência de DNA. Portanto, as origens da replicação são o 5′ final do DNA linear. A maioria das bactérias e alguns vírus têm DNA circular, o que significa que existe uma sequência específica à qual as proteínas de replicação de DNA se ligam (o que é um pouco análogo à transcrição do RNA), e a replicação começa a partir deste site.

Replicação do DNA começa com uma ligação de proteínas iniciadoras, como o dnaA na bactéria E. coli, ou um complexo de proteínas, como o complexo de reconhecimento da origem na levedura. A função dos iniciadores é separar as duas cadeias de DNA para que a replicação possa começar. Esta situação não é diferente de um macaco a levantar o carro quando se muda um pneu. (Porque todos nós sabemos como fazer isso, certo?) Se você não sabe como trocar um pneu, então ligue para uma empresa de reboque e pergunte como eles fazem isso. Depois de eles lhe dizerem como, grite: “É exactamente como a Replicação de ADN!” desligue o telefone, e depois reze para que nunca mais precise de mudar um pneu.

Após o ADN ter sido separado, os primários de ADN entram, uma liga a cada filamento de ADN, e depois a replicação de ADN continua numa direcção de 5′ a 3′. É importante perceber que há duas réplicas de 5′ a 3′ acontecendo simultaneamente. Estas duas réplicas são cada uma chamada garfo de replicação. Não confundir com a colher de duplicação.

Passar o garfo de replicação

Quando você divide o DNA, temos um fio que é de 5′ a 3′ quando olhamos da esquerda para a direita, que chamaremos de fio “retardado” e um fio complementar que lê de 3′ a 5′ quando olhamos da esquerda para a direita, que chamaremos de fio “principal”. Portanto, quando adicionamos os primários de RNA, um primário se liga ao fio condutor, e o outro primário se liga ao fio retardatário. A pré-camada que liga ao fio principal é idêntica à seqüência do fio retardado, enquanto a pré-camada que liga ao fio retardado é idêntica à seqüência do fio principal. Esperamos que sua cabeça ainda não tenha explodido.

Pense na replicação de DNA como suas mãos esquerda e direita. Elas são essencialmente as mesmas, mas têm diferenças sutis. Sua mão esquerda tem o polegar como o quinto dedo, se você contar da esquerda para a direita, enquanto sua mão direita tem o polegar como o primeiro dedo. Vê? Desculpa se te estragámos o juízo. Portanto, como as suas mãos, ambas as vertentes de ADN estão a replicar-se da mesma forma, mas há uma diferença subtil. A replicação de DNA só funciona na direção de 5′ a 3′, então duas moléculas de DNA polimerase ligam os primers de RNA e começam a se replicar em direções opostas. A replicação do fio condutor conduz o processo de replicação porque o RNA primer conduz a replicação do fio de 5′ a 3′.

“Mas Shmoop, como você replica o fio ‘retardatário’?” você pode perguntar.

Como seu nome sugere, a replicação do DNA do cordão principal continua por algum tempo até que um novo primer de RNA seja inserido, e um segundo primer de DNA polimerase desse segundo primer de RNA retardado e replica o DNA até que ele atinja o primeiro primer de RNA, ou trecho anterior de DNA de cordão duplo. Lá, a DNA polimerase cai, e a DNA ligase junta-se a esses fragmentos de DNA. Este processo continua simultaneamente a liderar a síntese de cordão, por isso existem muitos pequenos fragmentos de ADN de dupla cadeia na cadeia retardada. Estes são chamados fragmentos de Okazaki, depois da dupla de marido e mulher de Reiji e Tsuneko Okazaki, que os descobriram.

Are We Done Yet?

Replicação de DNA termina em bactérias e vírus com genomas circulares quando os dois garfos de replicação se encontram no lado oposto do cromossoma da origem da replicação, num magnífico jogo de galinha. A corajosa proteína terminadora de replicação entra e pausa a replicação de DNA para que não se choquem uma contra a outra. Contudo, o mecanismo de terminação leva a dois cromossomas circulares entrelaçados, colados um ao outro como anéis de mágico. As enzimas topoisomerase, como a girosase de DNA e a topoisomerase IV, que são responsáveis pelo corte temporário de um cromossomo para que o outro possa passar. Lá vamos nós, arruinando truques de magia para todos.

Animação do Encurtamento do Cromossoma Linear

Cromossomos Lineares têm outro conjunto de problemas porque com esses caras, nós nunca chegamos a replicação completa do cromossomo completo. Cada etapa de replicação encurta o DNA um pouco mais. Bactérias e vírus com cromossomos lineares contornam este problema por

• Replicação iniciadora no centro do cromossoma, ou por

• Replicação iniciadora com uma proteína em vez de uma sequência de RNA primer.

Eukaryotes não são capazes de fazer qualquer um destes, no entanto, e têm sequências terminadoras evoluídas chamadas telómeros que contornam o problema do encurtamento do ADN.

As extremidades do ADN eucariótico linear são chamadas telómeros, e embora sejam regularmente encurtadas a cada ciclo de replicação, enzimas chamadas telomerases resolvem o problema do encurtamento do ADN. Os telómeros são altamente repetitivos e as telomerases adicionam sequências curtas para alongar o fim do ADN, para que não se tornem demasiado curtas e para que partes importantes da sequência de ADN não sejam perdidas. Telomerases são transcriptases inversas, ou enzimas (podemos dizer pela -ase) que convertem RNA em ADN. Veja a seção “Homem-Aranha e Outros Exemplos de DNA Recombinante” para mais informações.

Telomerases pegue uma pequena seqüência de RNA, converta-a em seqüência de DNA de cadeia dupla, e prenda-a ao final do DNA. Há um comprimento mínimo para os telômeros manterem, e se a seqüência de DNA for menor que o comprimento mínimo, chamado de limite Hayflick, a célula morre. As telomerases asseguram que a célula pode continuar a replicar-se e a dividir-se indefinidamente. E, a sobreatividade das telomerases é comumente ligada ao câncer, já que as células se tornam imortais, como The Highlander.

Whoops, Mistakes Were Made: Revisão e Reparação

Provavelmente estás a pensar, “A DNA polimerase pensa que é tão grande porque replica todo o DNA do meu corpo para que eu possa sobreviver e continuar a sofrer mitose e meiose.” OK, temos certeza que a maioria de vocês não está pensando isso, mas vamos brincar com o punhado de pessoas que pensam isso.

Na verdade, o DNA polimerase não é tão bom assim! Ela comete erros como você ou Shmoop – embora nossos erros sejam principalmente os produtos de muitas bebidas energéticas de 5 horas misturadas com Twinkies bem fritos. No entanto, a DNA polimerase deve corrigir esses erros, enquanto nós no Shmoop entramos num coma induzido por açúcar.

Salgumas vezes, na pressa da replicação do ADN, uma base errada que não faz um par de bases adequado com a cadeia de modelos é adicionada à sequência. Portanto, obtemos estranhos pares de bases G-T ou A-G. Todos nos lembramos que pares normais são G-C e A-T (Eh? O que é isso?). Estes pares incorretos não são bons para nós porque significa que nossos genes são mutantes, e nos tornamos mutantes. Poucas mutações levam a coisas incríveis como teletransporte ou visão laser… ou qualquer coisa fora dos X-Men. Shucks.

Big eukaryotes como nós que se replicam lentamente e vivem muito tempo não querem que muita mutação aconteça. Porquê? Qualquer mutação que afete nosso crescimento geralmente não é boa…e nos machucará. Cara triste.

No entanto, organismos menores, como bactérias, vírus e até moscas, têm ciclos de vida curtos na ordem de dias, e às vezes, horas. Eles replicam-se como loucos, onde cada nova geração terá 100s-1000s mais indivíduos do que a geração anterior. Portanto, as mutações em seus casos podem ser mais vantajosas. Às vezes, eles vão querer escapar de pesticidas, antibióticos ou medicamentos concebidos para tratá-los, e é por isso que é tão difícil fazer um medicamento que vai nos impedir de ficar doentes. Bactérias e vírus continuam mutando e se replicando. E, como já notamos, há pouco controle de erros em suas polimerases.

Brain Snack

Aqui está um vídeo limpo de como a replicação de DNA realmente funciona.

Pode você identificar as polimerases de DNA? Elas são as esferas multicoloridas, uma para o fio condutor e outra para o fio retardatário. As polimerases de fio retardado são as que entram e caem quando o fio duplo é completado.