Name: dna copying: leading and lagging strands
Uploaded: 2020-09-24T15:06:53.000Z
Duration: 2 min 40 s
Channel: JoVE

A replicação de ADN ocorre através de sintetização de novos fios de ADN utilizando vertentes existentes como um modelo. Cada uma das duas novas hélices duplas contém um modelo original e uma nova derivada sintetizada, e é por isso que este processo é conhecido como replicação semi-conservadora. Para começar a replicação, uma enzima, helicase, desenrola a hélice de ADN e quebra as ligações de hidrogénio entre as duas vertentes.Em seguida, separa as vertentes individuais formando uma estrutura em forma de Y, conhecido como o garfo de replicação, onde os cordões do modelo podem ser acedidas por enzimas adicionais. Outra enzima, primase, adiciona pequenos fragmentos de RNA chamadas primários em cada fio do modelo. Estes primários são essenciais para a síntese de ADN como a DNA polimerase pode adicionar apenas nucleotídeos a um cordão existente.A DNA polimerase acrescenta às derivadas em crescimento em ambas as vertentes do ADN modelo. A adição dos nucleotídeos são guiados pela sequência da fita de ADN original de acordo com as regras de emparelhamento do ADN. Síntese de uma das vertentes Derivadas, a vertente principal, ocorre na direção do movimento do garfo de replicação.A outra vertente, a vertente de atraso, é sintetizada na direção oposta. Isto leva a I a vertente principal seja sintetizada como um polímero contínuo, enquanto que a vertente de retardamento é sintetizada como fragmentos curtos. Isto ocorre porque o ADN pode ser sintetizado apenas na direção do 5'a 3'Antes da sua adição ao polímero em crescimento, os nucleotídeos existem como trifosfatos deoxirribonucleósidos, com três fosfatos anexados ao quinto carbono sobre o açúcar.Este nucleotídeo livre o trifosfato reage com os 3'grupos de hidroxila. Este é o OH que é anexado ao terceiro carbono do açúcar no final da vertente de crescimento. A reação provoca a libertação de pirofosfato e a formação de uma ligação fosfodiesterase entre os dois nucleotídeos.Após a síntese de novos fios, RNase H ou variantes adicionais de ADN polimerase, removemos os primários e sintetizamos o ADN no seu lugar. As lacunas entre os fragmentos são então selados por ligase de ADN para gerar um cordão contínuo. A adição de nucleotídeos continuam até que os dois garfos de replicação se encontrem um ao outro resultando na replicação completa.

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	<li>Pray, L. (2008) Principais eventos moleculares de replicação do DNA. Educação da Natureza 1(1):99 </li>
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replicação do dna

DNA Replication

A replicação do DNA envolve a separação das duas cadeias da hélice dupla, com cada uma a servir como modelo a partir do qual a nova cadeia complementar é copiada.  Após a replicação, cada DNA de cadeia dupla inclui uma cadeia parental ou “velha” e uma cadeia “nova”. Isto é conhecido como replicação semiconservativa. As moléculas de DNA resultantes têm a mesma sequência e são divididas igualmente para as duas células filhas.
Replicação em Procariotas
A replicação do DNA utiliza um grande número de proteínas e enzimas. A enzima helicase separa as duas cadeias do DNA. À medida que a helicase se move ao longo do DNA, separa as duas cadeias para formar uma estrutura em forma de Y conhecida como o garfo de replicação. Em seguida, a enzima primase adiciona porções curtas de RNA conhecidas como primers para iniciar a síntese de DNA pela DNA polimerase, a enzima responsável pela síntese de DNA. Em bactérias, são conhecidos três tipos principais de DNA polimerases: DNA pol I, DNA pol II, e DNA pol III. A DNA pol III é a enzima necessária para a síntese de DNA; a DNA pol I e a DNA pol II são principalmente necessárias para a reparação. A DNA pol III adiciona desoxirribonucleótidos, cada um complementar a um nucleótido na cadeia modelo, um a um ao grupo 3’-OH da cadeia de DNA crescente. A DNA polimerase III só se pode estender na direção de 5’ a 3’. A adição destes nucleótidos requer energia. Essa energia está presente nas ligações de três grupos fosfato ligados a cada nucleótido, semelhante ao modo como a energia é armazenada nas ligações de fosfato do trifosfato de adenosina (ATP). Quando a ligação entre os fosfatos é quebrada e o difosfato é libertado, a energia libertada permite a formação de uma ligação fosfodiéster covalente por síntese de desidratação.
A dupla hélice do DNA é antiparalela; isto é, uma das cadeias está orientada na direção de 5’ a 3’ e a outra está orientada na direção de 3’ a 5’. Durante a replicação, uma cadeia, que é complementar à cadeia de DNA 3’ a 5’ parental, é sintetizada continuamente no sentido do garfo de replicação, uma vez que a polimerase pode adicionar nucleótidos nesta direcção. Esta cadeia continuamente sintetizada é conhecida como a cadeia líder. A outra cadeia, complementar ao DNA parental de 5’ a 3’, cresce afastando-se do garfo de replicação, pelo que a polimerase tem de voltar para o garfo de replicação para começar a adicionar bases a um novo primer, novamente na direção oposta ao garfo de replicação. Ela faz isto até encontrar a cadeia previamente sintetizada, e move-se depois novamente para trás. Estes passos produzem pequenos fragmentos de sequências de DNA conhecidos como fragmentos de Okazaki, cada um separado por um primer de RNA. A cadeia com os fragmentos de Okazaki é conhecida como a cadeia atrasada, e diz-se que a sua síntese é descontínua.
Após a síntese pela DNA polimerase III, os primers são removidos pela atividade de exonuclease da DNA polimerase I, e as lacunas são preenchidas. Os cortes que permanecem entre o DNA recém-sintetizado (que substituiu o primer de RNA) e o DNA previamente sintetizado são selados pela enzima DNA ligase que catalisa a formação de uma ligação fosfodiéster covalente entre a extremidade 3’-OH de um fragmento de DNA e a extremidade 5’ fosfato do outro fragmento, estabilizando o esqueleto açúcar-fosfato da molécula de DNA.
Replicação em Eucariotas
Os genomas eucarióticos são muito mais complexos e maiores do que os genomas procarióticos e são tipicamente compostos por múltiplos cromossomas lineares. O genoma humano, por exemplo, tem 3 mil milhões de pares bases por conjunto haplóide de cromossomas, e 6 mil milhões de pares bases são inseridos durante a replicação. Há múltiplas origens de replicação em cada cromossoma eucariótico; o genoma humano tem 30.000 a 50.000 origens de replicação. A velocidade de replicação é de aproximadamente 100 nucleótidos por segundo—10 vezes mais lenta do que a replicação procariótica.
Os passos essenciais da replicação em eucariotas são os mesmos que em procariotas. Antes que a replicação possa começar, o DNA tem de ser disponibilizado como um modelo. O DNA eucariótico está altamente superenrolado e empacotado, o que é facilitado por muitas proteínas, incluindo histonas. Após o início da replicação, em um processo semelhante ao encontrado em procariotas, o alongamento é facilitado por DNA polimerases eucarióticas. A cadeia líder é continuamente sintetizada pela enzima polimerase eucariótica pol δ, enquanto que a cadeia atrasada é sintetizada pela pol ε. A enzima ribonuclease H (RNase H), em vez de uma DNA polimerase como em bactérias, remove o primer de RNA, que é então substituído por nucleótidos de DNA. As lacunas que permanecem são seladas pela DNA ligase. 
Tal como nos procariotas, a DNA polimerase eucariótica pode adicionar nucleótidos apenas na direção de 5’ a 3’. Na cadeia líder, a síntese continua até atingir o final do cromossoma ou outro garfo de replicação que progride na direção oposta. Na cadeia atrasada, o DNA é sintetizado em porções curtas, cada uma das quais iniciada por um primer separado. Quando o garfo de replicação atinge o final do cromossoma linear, não há lugar para fazer um primer para que o fragmento de DNA seja copiado na extremidade do cromossoma. Estas extremidades permanecem assim sem par, e, com o tempo, podem começar a ficar progressivamente mais curtas à medida que as células se continuam a dividir.
Este texto é adaptado de <a href="https://openstax.org/books/microbiology/pages/11-2-dna-replication">Openstax, Microbiology, Chapter 11.2: DNA Replication</a>.

Replicação do DNA

A replicação do DNA envolve a separação das duas fitas da dupla hélice, com cada fita servindo como um molde a partir do qual o novo ...

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KEY TERMS AND CONCEPTS

TERMOS-CHAVE E CONCEITOS

dna copying: leading and lagging strands

DNA replication copies genetic material before a cell divides. Each original DNA strand serves as a template for a new complementary strand. The result is semiconservative replication, which means each new DNA molecule contains one old strand and one new strand. The two daughter cells then receive DNA with the same sequence.

Replication starts when helicase separates the two strands of the double helix. This creates a Y-shaped replication fork. Primase then adds short RNA primers that give DNA polymerase a place to begin DNA synthesis. In bacteria, the main DNA polymerases are DNA pol I, DNA pol II, and DNA pol III. DNA pol III carries out DNA synthesis, while DNA pol I and DNA pol II mainly help with repair.

DNA pol III adds deoxyribonucleotides one at a time to the 3'-OH end of the growing strand. It can extend DNA only in the 5' to 3' direction. The energy for this process comes from the three phosphate groups on each nucleotide. When a phosphate bond is broken and diphosphate is released, that energy helps form the phosphodiester bond in the DNA backbone.

Because the DNA double helix is antiparallel, the two template strands face opposite directions. The strand copied toward the replication fork is made continuously and is called the leading strand. The other strand is copied away from the fork. It must start over with new primers as the fork opens, so it is made in short stretches called Okazaki fragments. This strand is the lagging strand, and its synthesis is discontinuous.

After DNA pol III finishes, DNA pol I removes the RNA primers in bacteria, and the gaps are filled in. DNA ligase then seals the remaining nicks by forming covalent phosphodiester bonds between adjacent DNA fragments. This step strengthens the sugar-phosphate backbone of the new DNA molecule.

Eukaryotic DNA replication follows the same basic steps, but the genome is larger and more complex. Eukaryotic chromosomes are linear and have many origins of replication. In humans, the genome has 3 billion base pairs per haploid set, and about 6 billion base pairs are copied during replication. Human chromosomes also have about 30,000 to 50,000 origins of replication, and replication occurs at about 100 nucleotides per second, which is much slower than in prokaryotes.

Before replication begins, eukaryotic DNA must be made available as a template. It is tightly packed and supercoiled, and histones help organize this packaging. After initiation, eukaryotic DNA polymerases carry out elongation. Polymerase delta (pol δ) synthesizes the leading strand, and polymerase epsilon (pol ε) synthesizes the lagging strand. RNase H removes the RNA primers, DNA nucleotides replace them, and DNA ligase seals the final gaps. Because eukaryotic DNA polymerase also works only in the 5' to 3' direction, the lagging strand is still made in short pieces. Near the ends of linear chromosomes, there is no place to add a final primer, so these ends remain unpaired and can become shorter over time as cells keep dividing.

DNA Copying: Leading and Lagging Strands

functional groups

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Lipids, Fats, and Cell Membranes

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Cell Chemistry: Water and Macromolecules

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key terms and concepts

Explore how DNA replication uses leading and lagging strands, RNA primers, DNA polymerase, ligase, and semiconservative copying in bacteria and eukaryotes.

DNA Copying: Leading and Lagging Strands | JoVE K12

chemistry

JoVE Core - Química dá vida a conceitos gerais de química usando vídeos de animação fáceis de entender. Além disso, nos vídeos Cientistas em ação, demonstramos experimentos de pesquisa clássicos e originais realizados atualmente por cientistas em laboratórios em todo o mundo.

DNA Copying: Leading and Lagging Strands

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