21.10
Replicação do DNA
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 complementa…
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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Q1: Why is DNA replication called semiconservative?
DNA replication is semiconservative because each newly formed double helix contains one original template strand and one newly synthesized daughter strand. After replication, the two resulting DNA molecules each preserve one parental strand from the original double helix, ensuring genetic continuity while incorporating new genetic material.
Q2: What role does helicase play in DNA replication?
Helicase unwinds the DNA double helix by breaking hydrogen bonds between the two strands. This separation creates a Y-shaped structure called the replication fork, which exposes the template strands so that other enzymes can access and copy them during DNA synthesis.
Q3: Why are RNA primers necessary for DNA synthesis?
RNA primers are essential because DNA polymerase can only add nucleotides to an existing strand; it cannot initiate synthesis de novo. Primase adds short RNA fragments to each template strand, providing the 3'-OH group that DNA polymerase requires to begin extending the new DNA strand.
Q4: How does the directionality of DNA synthesis affect leading and lagging strand formation?
DNA polymerase synthesizes only in the 5' to 3' direction. The leading strand is synthesized continuously toward the replication fork. The lagging strand grows away from the fork, requiring DNA polymerase to repeatedly restart synthesis, producing short DNA fragments called Okazaki fragments separated by RNA primers.
Q5: What happens to nucleotide triphosphates when they are added to the growing DNA strand?
Nucleotide triphosphates react with the 3'-OH group at the end of the growing strand. This reaction releases pyrophosphate, and the energy from breaking phosphate bonds drives the formation of a phosphodiester bond between nucleotides, linking them together in the DNA backbone.
Q6: How are gaps sealed after DNA polymerase removes RNA primers?
After RNase H or DNA polymerase variants remove RNA primers and fill the gaps with DNA nucleotides, the enzyme DNA ligase seals the remaining nicks. DNA ligase catalyzes the formation of phosphodiester bonds between the 3'-OH end of one DNA fragment and the 5' phosphate end of the adjacent fragment.
Q7: How does eukaryotic DNA replication differ from prokaryotic replication?
Eukaryotic genomes are larger and more complex, with multiple origins of replication per chromosome, whereas prokaryotes have single origins. Eukaryotic replication occurs at approximately 100 nucleotides per second—ten times slower than prokaryotic replication. Despite these differences, the essential enzymatic steps and base pairing and its significance in DNA replication remain fundamentally similar.