Conceito de Replicação do DNA
O processo de replicação do DNA genómico é bastante complexo, permitindo assegurar ao organismo a passagem das suas características específicas à descendência, através da replicação do seu material genético. É um processo intimamente ligado ao ciclo celular e é, tanto em eucariotas como em procariotas, um mecanismo bidirecional com uma única origem de replicação em genomas circulares de procariotas, e com centenas de origens de replicação em genomas lineares de eucariotas, variando consoante a espécie.
De um modo geral, consiste na duplicação de moléculas de DNA através de um modelo semiconservativo baseado na complementaridade das duas cadeias de DNA constituintes da dupla hélice, na qual cada cadeia parental serve de molde para a cadeia filha que lhe é complementar, culminando na obtenção de duas moléculas filhas idênticas ao duplex inicial – modelo sugerido por Watson e Crick, em 1953. Neste mecanismo, intervém um conjunto de entidades proteicas que constituem a maquinaria de replicação, que vai atuar ao longo das várias fases deste processo: Iniciação, Elongação e Terminação.
O processo de replicação inicia-se então a partir de uma origem de replicação ao qual vão ligar dois complexos enzimáticos hexaméricos – helicases, responsáveis pelo desenrolamento da dupla hélice, quebrando as ligações hidrogénio estabelecidas entre as bases azotadas complementares de cada cadeia. Às duas cadeias simples resultantes associar-se-ão novas proteínas específicas responsáveis por manter a estrutura estável e adequada ao posterior reconhecimento pela DNA polimerase, permitindo que possam servir de modelo às duas cadeias filhas que lhe serão complementares. Este conjunto de proteínas e DNA formando uma estrutura funcional na zona da origem de replicação, vai dar origem a uma dupla forquilha de replicação que se estenderá em direções opostas nas cadeias simples.
Para se dar início à síntese de cada cadeia filha, é ainda necessária a intervenção de um novo complexo enzimático – primase, que irá sintetizar um fragmento iniciador de RNA – fragmento iniciador ou RNA iniciador, a partir da extremidade 5’ de cada uma das novas cadeias a sintetizar. Este fragmento iniciador tem como função permitir a ligação da DNA polimerase, responsável pela síntese das novas cadeias filhas através da catalisação das reações de condensação dos nucleóticos percursores, de acordo com a sequência nucleotídica da cadeia simples de DNA molde.
A polimerização das cadeias simples de DNA ocorre em ambos os sentidos a partir da origem de replicação, em que as duas forquilhas de replicação de deslocam em direções opostas. No entanto, e devido ao antiparalelismo da cadeia de DNA parental das duas cadeias filhas a sintetizar, só uma poderá ser feita de forma continua no sentido 5´- 3’, a partir da região parental adjacente à origem de replicação. Deste modo, enquanto que na cadeia condutora – leading, a polimerização ocorre de forma contínua (5’ – 3’), a outra cadeia – lagging, é sintetizada de forma descontinua, através da formação de pequenos fragmentos interrompidos a partir dos iniciadores de RNA – fragmentos de Okazaki. O posterior processo de ligação dos fragmentos de Okazaki implica a remoção do RNA iniciador existente no fragmento na extremidade 5’, ao mesmo tempo que são adicionados novos nucleótidos na extremidade 3’ do fragmento de DNA adjacente, pelas DNA polimerases. Os dois fragmentos de DNA são então ligados pela DNA ligase, que estabelece a ligação fosfodiéster entre o grupo 3’ do último nucleótido do primeiro fragmento de Okazaki e a extremidade 5’ do fragmento adjacente acabado de sintetizar.
Durante todo o processo de replicação e de modo a aliviar a tensão de torção da abertura da dupla hélice pelas helicases, estão presentes enzimas do tipo topoisomerase. Estas enzimas encontram-se associadas à cadeia dupla a montante de cada helicase e removem a tensão existente através de uma série de cortes pontuais nas ligações fosfodiéster, reformadas posteriormente pela ação da mesma enzima.
