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Replicação do DNA: Entenda o processo de duplicação do DNA

Veja as etapas da replicação do material genético passo a passo

A replicação do DNA é a base da hereditariedade. É o  processo em que o uma molécula de DNA dará origem a outra molécula. Esse processo acontece quando uma célula se prepara para uma divisão celular. Outro fato sobre a replicação do DNA é que ela é dita semi-conservativa.

Como o DNA é uma fita dupla, cada lado dessa fita dará origem a uma fita nova. O novo DNA replicado terá então uma fita original e outra recém sintetizada. Por isso é semi-conservativa.

O DNA é responsável por guardar informação para sintetizar proteínas. Porém antes de começar a sintetizar uma proteína, a partir de um trecho do DNA se produz uma molécula de RNA. A partir da molécula de RNA que se produzirá uma proteína.

Nesta apresentação serão mostrados de forma resumida como se dá o processo de duplicação de DNA e síntese de proteínas. A formação molecular e agentes envolvidos são destaques nesta apresentação. Veja a vídeo aula e o slide do mesmo vídeo caso queira apresentar ou aprofundar seus estudos

Assista e deixe sua opinião.  Espere a aula carregar e veja.

O processo de Replicação do DNA

A replicação do DNA é o processo de produção de duas cadeias de DNA idênticas de uma, e envolve uma série de processos. Todos esses processos ocorrem durante a fase S da Interfase do ciclo celular ou divisão celular.

É um processo de consumo de energia e principalmente três enzimas principais conhecidas como helicase de DNA, DNA polimerase e DNA-ligase envolvidas na regulação desse processo.

Primeiro, a helicase de DNA desmantela a estrutura de dupla hélice da cadeia de DNA rompendo as ligações de hidrogênio entre as bases nitrogenadas das cadeias opostas. Este desmantelamento começa a partir do fim da cadeia de DNA e não do meio. Portanto, DNA helicase pode ser considerado uma exonuclease de restrição.

Depois de expor as bases nitrogenadas do DNA de cadeia simples, os nucleotídeos correspondentes são dispostos de acordo com a sequência de base e as respectivas ligações de hidrogênio são formadas por enzima DNA polimerase.

Este processo particular ocorre em ambas as cadeias de DNA. Finalmente, as ligações fosfodiéster são formadas entre nucleótidos sucessivos, para completar a cadeia de DNA usando enzima DNA ligase.

No final de todas essas etapas, duas cadeias de DNA idênticas são formadas a partir de uma única cadeia de DNA mãe.

 

As etapas da duplicação do DNA

Início , alongamento e terminação são três etapas principais na replicação do DNA. Esses nomes podem variar dependendo da referência bibliográfica. Vamos agora examinar mais detalhes de cada um deles:

Etapa 1: Início

O ponto no qual a replicação começa é conhecido como a Origem da Replicação. Uma enzima chamada Helicase vai separar as duas fitas e expor os nucleotídeos, que leva à formação do garfo de replicação.

Etapa 2: alongamento

A enzima DNA Polimerase III forma a nova cadeia lendo os nucleotídeos na cadeia molde e adicionando especificamente um nucleotídeos após o outro. Se ele ler uma Adenina (A) no modelo, ele adicionará apenas um Timina (T).

Etapa 3: Rescisão

Quando a Polimerase III está adicionando nucleotídeos ao filamento atrasado e criando fragmentos de Okazaki, às vezes deixa uma lacuna ou dois entre os fragmentos. Essas lacunas são preenchidas por ligase.

Vamos falar sobre tudo isso em mais detalhes agora.

Todos nós sabemos que cada ser humano começa sua vida como uma única célula, que se divide para formar duas células, e estas duas formam quatro!

Este processo ajuda-nos a formar o nosso minúsculo corpo, que depois se torna adulto! Agora, enquanto tudo isso está acontecendo, nosso DNA também está sendo dividido nessas células.

Mas a célula divide o DNA existente em duas partes? Ou faz uma segunda cópia? Se você acha que é o último, então você está correto! A célula faz uma segunda cópia, então quando duas células-filhas são formadas; cada um deles recebe um conjunto completo de DNA.

Estrutura do DNA

Antes de entrarmos no processo de replicação, vamos dar uma rápida olhada na estrutura do DNA. Como todos sabemos, o DNA é o código genético que ajuda nossas células a se desenvolverem e se reproduzirem de forma planejada.

O DNA é composto de quatro nucleotídeos.

O que são nucleotídeos?

Eles são moléculas, que são feitas de um grupo fosfato, um anel de açúcar e uma base de nitrogênio! Esses nucleotídeos são Adenina (A), Timina (T), Guanina (G) e Citosina (C). A e G são chamados purinas, enquanto T e C são chamados de pirimidinas. Essas palavras podem ser um bocado, mas você será capaz de lê-las depois de um pouco de prática.

O DNA é feito de duas cadeias. Essas cadeias têm nucleotídeos alinhados um após o outro e esses nucleotídeos são ligados aos nucleotídeos da outra cadeia para criar uma estrutura semelhante a uma escada!

Agora, a ligação entre nucleotídeos é muito específica e a ligação é via ligações de hidrogênio. A se ligará a T e C se ligará a G. Esses nucleotídeos se ligam entre si e são chamados de pares de bases . Então só temos isso. Uma escada aparentemente interminável feita de nucleotídeos emparelhados uns com os outros. Mas há mais uma mudança, pegue a escada e torça-a! É isso, nosso DNA parece uma simples hélice dupla com ligação específica de nucleotídeos. Fácil, certo?

 

Replicação do DNA: Entenda o processo de duplicação do DNA

Direção da Replicação

Esses fios têm duas extremidades designadas chamadas 5 ‘e 3′ (você pode ler isso como 5 extremidade principal e 3 extremidade principal). Esses números indicam orientação química de ponta a ponta.

Os números 5 e 3 representam o quinto e terceiro átomos de carbono do anel de açúcar, respectivamente. 5′ é o fim, que une um grupo fosfato que se liga a outro nucleotídeo. 3′ final é importante, pois durante a replicação o novo nucleotídeo é adicionado a este fim.

Em termos de direção, se um fio for de 5′ para 3′ ao ler da esquerda para a direita, o outro fio será de 3′ a 5’. Simplificando, os fios correm em direções opostas. Essa orientação é mantida para facilitar a ligação entre os nucleotídeos das cadeias opostas.

A estrutura química de um fragmento de quatro pares de bases de uma dupla hélice de DNA.

5' 3'

Processo de replicação

Replicar o DNA inteiro não é tarefa fácil. O genoma humano (genoma significa um conjunto completo de genes presentes na célula) tem cerca de 3 bilhões de pares de bases (emparelhamento nucleotídeo, lembra?). Então, para fazer uma cópia de algo que demoraria muito tempo.

Mas isso não acontece! Porque as nossas células têm um conjunto de enzimas e proteínas que tornam este processo rápido!

Cada enzima e proteína tem sua própria função específica. Vamos olhar o processo passo a passo.

Início

  • Helicase – o ponto em que a replicação começa é conhecido como a origem da replicação. Helicase traz o procedimento de separação de fita, que leva à formação do garfo de replicação. Ele quebra a ligação de hidrogênio entre os pares de bases para separar o fio. Utiliza energia obtida da Hidrólise de ATP para realizar a função.
  • Proteína SSB – O próximo passo é que a Proteína de Ligação de DNA de Cadeia Simples se ligue ao DNA de fita simples. Seu trabalho é impedir que os fios se liguem novamente.
  • DNA Primase – Uma vez que os filamentos estejam separados e prontos, a replicação pode ser iniciada. Para isso, é necessário um primer para vincular na origem. Primers são sequências curtas de RNA, com cerca de 10 nucleotídeos de comprimento. Primase sintetiza os primers.

Alongamento

  • DNA Polimerase III – Esta enzima faz a nova cadeia lendo os nucleótidos na cadeia modelo e adicionando especificamente um nucleótido após o outro. Se ele ler uma Adenina (A) no modelo, ele adicionará apenas um Timina (T). Ele só pode sintetizar novos fios na direção de 5 ‘para 3’. Também ajuda na revisão e reparação do novo fio. Agora você pode pensar por que a Polimerase continua trabalhando ao longo do fio e não flutuar aleatoriamente? É porque uma proteína em forma de anel chamada de grampo deslizante mantém a polimerase em posição.

Agora, quando o garfo de replicação avança e o Polimerase III começa a sintetizar o novo fio, surge um pequeno problema.

Se você se lembra, eu mencionei que os dois fios correm nas direções opostas. Isto significa que quando ambos os fios estão sendo sintetizados na direção 5 ‘para 3’, um estará se movendo na direção do garfo de replicação enquanto o outro se moverá no sentido oposto.

O strand, que é sintetizado na mesma direção que do garfo de replicação, é conhecido como o strand ‘leading’. O modelo para este fio é executado na direção de 3 ‘a 5’.

A Polimerase tem que anexar apenas uma vez e pode continuar seu trabalho conforme o garfo de replicação avança.

No entanto, para a cadeia que está sendo sintetizada na outra direção, que é conhecida como a cadeia “retardada”, a polimerase tem que sintetizar um fragmento de DNA.

Então, à medida que a forquilha de replicação avança, ela precisa se reconectar ao novo DNA disponível e depois criar o próximo fragmento. Estes fragmentos são conhecidos como fragmentos de Okazaki (em homenagem ao cientista Reiji Okazaki que os descobriu).

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Terminação

  • DNA Polimerase I – Se você se lembra, nós adicionamos um RNA primer na origem para ajudar a Polimerase a iniciar o processo. Agora, como o fio foi feito, precisamos remover o primer. É quando a polimerase I entra em cena. É preciso a ajuda da RNase H para remover o primer e preencher as lacunas.
  • DNA ligase – Quando a Polimerase III está adicionando nucleotídeos ao filamento atrasado e criando fragmentos de Okazaki, às vezes deixa uma lacuna ou dois entre os fragmentos. Essas lacunas são preenchidas por ligase.

DNA ligase polimerase primers

O processo de replicação está finalmente concluído assim que todos os primers forem removidos e o Ligase preencher todos os espaços restantes.

Esse processo nos dá dois conjuntos idênticos de genes, que serão então passados ​​para duas células-filhas. Cada célula completa todo o processo em apenas uma hora!

A razão para levar um tempo tão curto é de múltiplas origens. A célula inicia o processo a partir de vários pontos e depois as peças são unidas para criar o genoma inteiro!

O DNA e as proteínas

A duplicação do DNA e a síntese de proteína constituem uma das bases da bioquímica celular. O DNA por conter todas as informações que um organismo necessita e as proteínas por realizarem as mais diversas funções orgânicas são mostradas com exemplos e ilustrações Sugiro que para complementar está aula você também veja a Aula Organelas Citoplasmáticas.

Diferenças e semelhanças entre Duplicação de DNA e Síntese de Proteínas

Proteínas e DNA fornecem são moléculas fundamentais para manter a vida na Terra. De fato, as proteínas determinam a forma e as funções dos organismos enquanto o DNA mantém as informações necessárias para isso.

Assim, a síntese de proteína e replicação de DNA pode ser entendida como processos extremamente importantes que ocorrem nas células vivas. Ambos os processos começam a partir da sequência de nucleotídeos do fio de ácido nucleico, mas esses são caminhos diferentes. São explicadas as etapas importantes de ambos os processos e as diferenças entre eles são discutidas neste artigo.

Síntese proteica

A síntese de proteínas é um processo biológico que ocorre dentro das células dos organismos em três etapas principais conhecidas como Transcrição, processamento de RNA e Tradução.

No passo da transcrição, a sequência de nucleótidos do gene na cadeia de DNA é transcrito em RNA. Este primeiro passo é altamente similar à replicação do DNA, exceto que o resultado é uma vertente do RNA na síntese de proteínas.

A cadeia de DNA sendo desmontada com enzima helicase de DNA, a RNA polimerase é anexada no local específico do início do gene conhecido como promotor, e a cadeia de RNA é sintetizada ao longo do gene. Esta cadeia de RNA recentemente formada é conhecida como RNA mensageiro (mRNA).

A cadeia de mRNA leva a sequência de nucleótidos aos ribossomos para o processamento de RNA. As moléculas específicas de RNAt (RNA de transferência) reconhecerão os aminoácidos relevantes no citoplasma.

Depois disso, as moléculas de RNAt estão ligadas aos aminoácidos específicos. Em cada molécula de tRNA, há uma sequência de três nucleótidos. Um ribossomo no citoplasma é unido à cadeia mRNA, e o códon de partida (o promotor) é identificado.

As moléculas de RNAt com os nucleotídeos correspondentes para a sequência de mRNA são movidas para a grande subunidade do ribossomo.

À medida que as moléculas de RNAt vêm para o ribossomo, o aminoácido correspondente é ligado com o próximo aminoácido na sequência através de uma ligação peptídica. Este último passo é conhecido como tradução; de fato, é aí que ocorre a síntese real de proteínas.

A forma da proteína é determinada através dos diferentes tipos de aminoácidos na cadeia, que foram anexados a moléculas de RNAt, mas o RNAt é específico da sequência de mRNA. Portanto, é claro que as moléculas de proteína retratam a informação armazenada na molécula de DNA. No entanto, a síntese de proteínas pode ser iniciada a partir de uma cadeia de RNA, também.

Veja também aqui no site uma aula sobre as funções biológicas das proteínas.

Diferença entre a Síntese de Proteínas e a Replicação de DNA

  Síntese proteica   Replicação do DNA
  O resultado final é uma proteína   O resultado final é uma cadeia de DNA
  O RNA está envolvido no processo   Somente o DNA está envolvido no processo
  Isso pode ser iniciado a partir de DNA ou RNA   Isso é iniciado a partir de DNA apenas
  Uma nova cadeia de proteínas é formada   Uma nova cadeia de DNA é formada
  Três etapas principais estão envolvidas   Isso é altamente sinônimo da primeira dessas três etapas principais
  Toma lugar no núcleo, mitocôndria e citoplasma   Apenas no núcleo, mas às vezes nas mitocôndrias, também

Os ácidos nucleicos são o DNA e RNA. São os responsáveis pelo controle celular através da síntese de proteínas.

No DNA há todas as informações necessárias para a síntese de todas as proteínas. As proteínas são sintetizadas através do RNA, que foi transcrito através das informações contidas no DNA.

Complemente seus estudos visitando a página Visão Geral da Função Celular. Outra relacionada com essa e que seria interessante você ver caso queira se aprofundar nesse assunto é a aula Ácidos Nucleicos – DNA e RNA.

Essa animação é show de bola é mostra de forma muito interativo o que foi mostrado nessa aula.

Tem também um filme bem legal da série Didavision que dá uma boa ideia das funções desta macromolécula. Para assistir o Vídeo clique em DNA – O controlador da vida.

Resumo da aula Duplicação do DNA

  • DNA e RNA são ácidos nucleicos
  • DNA tem a capacidade de auto duplicar
  • Os ácidos nucleicos são formados pro bases nucleotídicas
  • Transcrição é a síntese de RNA a partir do RNA
  • Tradução é a síntese proteica a partir do RNA

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Referências bibliográficas

Redação Planeta Biologia

Planeta Biologia é uma site de educação com foco na produção de conteúdos para ensino fundamental e ensino médio. Desde 2012 escreve, produz slides e vídeos com o objetivo de auxilar o ensino de ciências e biologia

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