Mecanismo de Síntese de DNA

Por Dr. Maho Yokoyama, Ph.D.Reviewed by Hannah Simmons, M.Sc.

Copiar a Receita da Vida

DNA, ou ácido desoxirribonucleico, é a molécula biológica que contém a informação necessária para criar um organismo vivo. Como a célula se divide para se tornar duas, o DNA tem que ser copiado para que ambas as células contenham a informação genética necessária. A síntese, ou fabricação de novas cadeias de DNA em células vivas é referida como “replicação de DNA”.

Replicação de DNA. Crédito da imagem: Designua /

Fazer uma nova cadeia de DNA

DNA é encontrado como uma hélice dupla, onde duas cadeias de DNA são unidas em duas hélices. O processo de replicação de DNA começa quando as duas cordas de DNA se separam. Uma enzima chamada helicase desenrola e separa as ligações entre as duas cordas de DNA, e ambas essas cordas separadas agem como modelos a partir dos quais é feito um novo DNA.

DNA polimerases são um grupo de enzimas que fazem um novo DNA. Mas, para que esta enzima funcione, ela precisa de um primer – uma sequência curta de nucleotídeos que está ligada a uma das cadeias de DNA singe. Durante a replicação do DNA, o primer é geralmente uma sequência curta de ácido ribonucleico (RNA), que mais tarde é degradado e substituído pelo DNA.

O primer fornece um grupo hidroxil de 3′ no qual a DNA polimerase adiciona os precursores do DNA, os nucleotídeos. Quando os nucleotídeos são adicionados à extremidade de 3′ do primer ou à nova cadeia de DNA, forma-se uma ligação entre o grupo 3′ hidroxila do primer/novo DNA e o grupo 5′ fosfato do nucleotídeo.

Existem quatro tipos de nucleotídeos de DNA, cada um com diferentes bases nitrogenadas; adenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina (T). Estes são sempre encontrados em pares, A-T e C-G. Isto é chamado de “emparelhamento de bases Watson-Crick”, e assim, se o modelo tiver um nucleotídeo “A”, então um nucleotídeo “T” será adicionado ao cordão de DNA em crescimento. Se for um nucleotídeo “G”, então um nucleotídeo “C” será adicionado à cadeia em crescimento.

Directionality of DNA, and How it Affects DNA Synthesis

DNA has directionality, with one strand going from 5′ to 3′ and the other going from 3′ to 5′. Na faixa de 5′-3′, a extremidade de 3′ é exposta durante a síntese do novo ADN. Isto significa que o DNA polimerase é capaz de fazer um novo DNA na direção do DNA modelo.

No entanto, quando se trata do suporte 3′-5′, isto deixaria a extremidade de 5′ exposta; como o DNA polimerase lida com isto? No suporte de 3′-5′, o novo DNA é feito pela DNA polimerase fazendo pequenos fragmentos de 5′-3′, chamados de fragmentos de Okazaki. Então uma enzima diferente, a DNA ligase, liga os fragmentos de Okazaki para formar a nova fita de DNA de 3′-5′.

Leitura de Provas

Algumas vezes, são cometidos erros ao adicionar nucleotídeos à fita de DNA modelo. Algumas DNA polimerases têm o que é chamado “3′-5′ atividade de exonuclease”. A atividade de exonuclease de 3′-5′, trabalhando contra a atividade de polimerase ou síntese, corta os nucleotídeos que não correspondem ao modelo. Isto fornece uma prova de leitura para que a nova fita de DNA seja o mais precisa possível.

Como isto é explorado na Biologia Molecular?

Propriedades de síntese de DNA têm sido usadas em várias técnicas de biologia molecular; reação em cadeia da polimerase (PCR) e seqüenciamento de DNA.

Reação em cadeia da polimerase

PCR é uma técnica desenvolvida nos anos 80 para amplificar uma parte específica do DNA. Os iniciadores de DNA são desenhados para cobrir a região de interesse. O calor é usado para separar as duas cadeias de DNA, e a temperatura é então baixada para permitir que os primers se liguem ao DNA. Uma polimerase de DNA termo-estável faz então novas fitas de DNA combinando a região de interesse adicionando nucleotídeos na extremidade de 3′ dos primers.

DNA Sequenciamento

Sequenciamento de DNA está trabalhando a ordem das bases (A, C, G, T) encontradas no DNA. Sanger Sequencing é uma das primeiras técnicas de sequenciamento de DNA, onde a síntese de DNA é interrompida. Isto é possível pela remoção do grupo hidroxila da extremidade de 3′ de nucleotídeos, portanto, quando estes “nucleotídeos dideóxicos” são incorporados na cadeia de DNA, a DNA polimerase não pode adicionar o próximo nucleotídeo. Estes nucleotídeos dideóxidos são misturados com os nucleotídeos, portanto, são criados fragmentos de comprimentos variáveis. Tendo dideoxi-A, dideoxi-C, dideoxi-G e dideoxi-T em reações separadas, o último nucleotídeo do fragmento pode ser determinado. Uma vez separado por tamanho, a sequência de ADN pode então ser determinada observando qual o último nucleótido dos fragmentos de acordo com o tamanho.

Embora os métodos modernos de sequenciamento de ADN sejam automatizados e menos trabalhosos que o Sanger Sequencing, há alguns que se baseiam no Sanger Sequencing; por exemplo, diferentes corantes fluorescentes podem ser adicionados a cada dideóxido-nucleótido e as diferenças detectadas por diferentes cores de fluorescência.

>Outra Leitura

• Todo o conteúdo de ADN
• O que é ADN?
• Propriedades do DNA
• DNA Modificações Químicas
• DNA Funções Biológicas

Escrito por

Dr. Maho Yokoyama

Dr. Maho Yokoyama é uma pesquisadora e escritora científica. Ela recebeu seu Ph.D. da Universidade de Bath, Reino Unido, após uma tese no campo da Microbiologia, onde ela aplicou a genômica funcional ao Staphylococcus aureus . Durante os seus estudos de doutoramento, Maho colaborou com outros académicos em vários artigos e até publicou alguns dos seus próprios trabalhos em revistas científicas avaliadas por pares. Ela também apresentou seu trabalho em conferências acadêmicas ao redor do mundo.

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