Replicação: O RNA iniciador da síntese de DNA

Como já visto nas seções anteriores da Replicação do DNA (Replicação e Sentido da sintese de DNA), a atividade de síntese das polimerases do DNA é adicionar nucleotídeos na extremidade 3´OH livre de uma cadeia em crescimento. Isso quer dizer que as polimerases do DNA requerem a presença de uma extremidade 3´OH livre de um nucleotídeo corretamente emparelhado à cadeia molde, para poderem atuar.

Assim, as polimerases do DNA não conseguem iniciar uma síntese, ou seja, adicionar um primeiro nucleotídeo sobre uma cadeia molde. Mas, então, como a síntese do DNA é iniciada?

A primase do DNA e a síntese do primer de RNA

Para que a polimerase III do DNA comece uma polimerização é necessário que uma outra enzima adicione os primeiros nucleotídeos. Essa enzima é uma polimeraze especial que catalisa a síntese de um pequeno fragmento de RNA sobre a cadeia molde do DNA, o qual atua como inciador para a polimerase III do DNA adicionar desoxirribonucleotídeos.

O fragmento de RNA iniciador de uma cadeia de DNA que, em bactéria, tem cerca de 2 a 3 nucleotídeos, é chamado de primer de RNA e a enzima que catalisa sua síntese é denominada primase do DNA.

A primase do DNA atua no início da replicação, sintetizando o primer necessário para começar a síntese da cadeia leading, e também, durante todo o processo, sintetizando os primers necessários para o início da síntese de cada fragmento de Okazaki. Isso é necessário porque após completar um fregmento de Okazaki, a polimerase do DNA da cadeia lagging precisa iniciar a síntese de um novo fragmento.

Os primers de RNA são feitos a intervalos regulares sobre a cadeia molde da cadeia lagging e são, em seguida, alongados pela polimerase III para gerar os fragmentos de Okazaki. A síntese de cada fragmento de Okazaki termina quando a polimerase do DNA atinge o primer de RNA ligado à extremidade 5´ do fragmnento sintetizado anteriormente.

Clicando no link a seguir, você poderá ver uma animação ilustrando o processo da replicação do DNA, mostrando a ação da primase e da polimerase III, sintetizando a cadeia leading e os fragmentos de Okazaki na cadeia lagging.

A substituiçaõ do primer por um segmento de DNA

Nas proximidades da forquilha de replicação, a cadeia lagging é constituída, portanto, por fragmentos de Okazaki, ligados à seus respectivos primers de RNA, dispostos linearmente ao longo da cadeia molde. Os primers de RNA precisam ser removidos e substituídos por segmentos de DNA, antes dos fragmentos de Okazaki serem unidos entre si. A eliminação dos primers é feita pela atividade exonucleotídica 5´ => 3´ de uma enzima que pode ser tanto uma “Rnase H” quanto a “polimerase I” do DNA.

A Rnase é uma enzima que degrada especificamente moléculas de RNA que formam híbridos com DNA, ou seja, cadeias de RNA emparelhadas a cadeias de DNA. Assim, elas podem detectar o primer de RNA, que se encontra emparelhado à cadeia molde de DNA, e degradá-lo. Quando isso ocorre, cria-se uma falha entre dois fragmentos de Okazaki contiguos, a qual é preenchida por ação de uma polimerase de reparo de DNA, a polimerase I do DNA.

Características da polimerase I do DNA

A polimerase I do DNA é uma cadeia polipeptídica única com três atividades enzimáticas:

1 – polimerização no sentido 5´ => 3´
2 – atividade exonucleotídica no sentido 3´ => 5´
3 – atividade exonucleotídica no sentido 5´ => 3´

Existem proteases que cortam a polimerase I em dois fragmentos polipeptídicos de tamanhos diferentes. O maior, denominado fragmento Klenow, conserva a capacidade de polimerização e a atividade exonucleotídica 3´ => 5´. Já o fragmento menor, que não recebe denominação especial, mantém a atividade exonucleotídica 5´ => 3´.

A reação de deslocamento do corte

Graças a sua capacidade de alongamento de cadeia polinucleotídica e à sua atividade exonucleotídica 5´ => 3´, a polimerase I do DNA é capaz de substituir os primers de RNA por segmentos de DNA por meio de um processo denominado deslocamento do corte (do ingês nick translation). Nesse processo, a polimerase I reconhece um corte (nick) na cadeia do DNA, isto é, ausência de ligação fosfodiéster entre a extremidade 3´ de um resíduo de nucleotídeo e a extremidade 5´ do resíduo vizinho, que, nesse caso, é o início do primer de RNA. Uma vez conhecido o nick, a enzima se liga à extremidade 3´OH livre e, por meio de sua atividade exonucleotídica 5´ = 3´, remove por hidrólise o primeiro ribonucleotídeo do primer do fragmento de okazaki seguinte. Enquanto isso ocorre, a atividade polimerizadora da enzima, adiciona, à extremidade 3´OH do fragmento de Okazaki ao qual ela está ligada, um desoxirribonucleotídeo no lugar do ribonucleotídeo que foi removido.

Desse modo, o nick se desloca um nucleotídeo no sentido 5´ => 3´ e o processo se repete. A polimerase I do DNA realiza em sequência cerca de 10 a 12 ciclos de hidrólise e polimerização antes de se dissociar do DNA. Isso é mais do que suficiente para substituir todo o primer de RNA por DNA. Essa reação chama-se nick translation, pelo fato da atividade da enzima mover o nick entre dois fragmentos de Okazaki.

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