Replicação: O Sentido da Síntese do DNA


A replicação semi-conservativa do DNA exige que duas cadeias polinucleotídicas que formam a hélice do DNA se separem, de modo a expor as bases que irão orientar o emparelhamento dos nucleotídeos para formação das novas cadeias complementares às cadeias moldes.

A separação de duas cadeias da hélice do DNA ocorre à medida que as novas cadeias vão sendo sintetizadas. A região de separação das cadeias tem a forma de uma letra Y e é denominada forquilha de replicação.

A síntese semidescontínua do DNA


Os experimentos mostraram que ambas as cadeias filhas são sintetizadas na forquilha de replicação por um complexo de enzimas que inclui a polimerase III do DNA. Como, no entanto, as duas cadeias moldes são antiparalelas, em uma delas a síntese da cadeia complementar ocorre no sentido 5´ => 3´, mas na outra cadeia essa síntese teria que se dar no sentido inverso, ou seja, 3´ => 5´. No entanto, as duas cadeias são sintetizadas pela polimerase III do DNA, que só catalisa o crescimento da cadeia no sentido 5´ => 3´.

A explicação para esse paradoxo é que, na forquilha de replicação, uma das cadeias é sintetizada continuamente por uma polimerase que se move no mesmo sentido do deslocamento da forquilha. Já a cadeia com polaridade inversa é sintetizada no sentido inverso ao do deslocamento da forquilha de replicação, portanto, também no sentido 5´ => 3´. Isso é possível porque, nesse último caso, a polimeraze sintetiza segmentos polinucleotídicos curtos, que são, posteriormente, unidos para formar a nova cadeia contínua.

Na figura abaixo podemos ver as duas cadeias sendo sintetizadas no sentido 5´ => 3´.

Figura 1 -Replicação do DNA. Ambas as cadeias são sintetizadas no sentido 5´ => 3´. A cadeia leading é sintetizada continuamente, enquanto a cadeia lagging é sintetizada descontinuamente. Modificada a partir de http://www.blc.arizona.edu/Marty/181/181Lectures/Figures/POHS_Figures/Chap11/Fig11_16.gif

A cadeia que cresce no mesmo sentido que o deslocamento da forquilha de replicação, e cuja síntese ocorre continuamente, é chamada de cadeia leading, conforme pode ser visto na figura 1 acima.

A cadeia que cresce no sentido oposto ao deslocamento da forquilha de replicação, e cuja síntese ocorre descontinuamente, é chamada de cadeia lagging.

Esse modo de replicação do DNA, em que uma das cadeias é sintetizada continuamente e a outra, descontinuamente, é chamado de síntese semidescontínua. Costuma-se dizer também qua a síntese do DNA na forquilha de replicação é assimétrica, pois em uma das cadeias (cadeia leading) ela ocorre continuamente, enquanto que na outra (cadeia lagging) ela ocorre de modo descontínuo, em fragmentos. Esses fragmentos são denominados fragmentos de Okazaki e podem ser vistos na figura 1 acima.

A descoberta dos fragmentos de Okazaki

A hipótese da síntese descontínua da cadeia lagging foi corroborada por um experimento realizado pelo pesquisador Reiji Okazaki1, no final da década de 1960. Okazaki forneceu, a bacterias em divisão, timina tritiada, isto é, um desoxirribonucleotídeo com a base timina (=timidina) marcado com átomos de trítio (um isótopo radioativo do hidrogênio).

Esse precursor do DNA, altamente radioativo, foi deixado em contato com as bactérias por apenas alguns segundos, de modo que somente o DNA recém-sintetizado, ou seja, aquele imediatamente após a forquilha de replicação, se tornasse radioativo. O DNA foi então isolado e analisado, mostrando que parte da radioatividade estava contida em fragmentos de cadeias polinucleotídicas, com cerca de mil a dois mil nucleotídeos.

Quanto maior fosse o tempo de contato das bactérias com o precursor radioativo maior era quantidade de radioatividade em cadeias de DNA de grande tamanho. A conclusão foi que os nucleotídeos eram primeiramente polimerizados em fragmentos de mil a dois mil nucleotídeos, os quais eram, em seguida, reunidos para formar cadeias longas.

Esses pequenos pedaços de DNA que aparecem transitoriamente durante a síntese da cadeia lagging foram denominados fragmentos de Okazaki.


1 – Para saber mais sobre Reiji Okazaki (1930 – 1975):

Informações sobre Reiji Okazaki e os experimentos que levaram à descoberta dos fragmentos de Okazaki.

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