Back to chapter

6.8:

O Replissoma

JoVE Core
Molecular Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Molecular Biology
The Replisome

Languages

Share

A replicação do DNA é realizada por uma montagem multiproteina altamente coordenada, conhecida como a máquina de replicação do DNA, ou o replissomo, o que aumenta a eficiência da replicação do DNA. Os componentes do núcleo da maquinaria são helicases, proteínas de ligação do DNA de uma só cadeia, DNA primasse, grampos deslizantes, um carregador de fechamento, e DNA múltiplo DNA primasse, que são todos associados uns aos outros próximo ao garfo de replicação. As polimerases do DNA Replicativo têm um processamento de ao redor de 10 nucleotídeos, que é o número de nucleotídeos que se pode adicionar à vertente da filha antes de dissociar 00:00:45.070 00:00 48.160 do modelo.Isto é demasiado ineficiente para copiar genomas inteiros em um período de tempo razoável, e este problema é resolvido com a ajuda de proteínas de fechamento deslizantes. Quando ATP associa-se com a proteína do carregador do grampo, ligarão e abrirão a braçadeira deslizante, de modo que sua estrutura em forma de anel pode circundar o complexo do primer-DNA do molde. Uma vez ligado, o grampo de fechamento hidrolisa o ATP à ADP, fazendo com que o grampo de fechamento desassocie e o grampo para fechar próximo ao DNA.Então, a DNA polimerase se liga às proteínas de fechamento. E juntas, deslizam ao longo do DNA modelo, a polimerase do DNA das amarras à fita e aumentando seu processamento em até 1, 000 nucleotídeos. Este aumento do processamento permite que a DNA polimerase realize a replicação contínua do DNA na vertente na principal.No entanto, no modelo de vertente mais atrasada, outra polimerase do DNA executa a replicação descontínua do DNA de uma maneira que permite que as moléculas de DNA polimerase sintetizem em simultâneo as cadeias principais e atrasadas. Este processo é descrito às vezes como o modelo do trombone. A vertente mais atrasada e seu molde de tira formam um laço quando DNA polimerase inicia a síntese do fragmento de Okazaki de um primer do RNA.A fita DNA cresce de ambas as direções quando o DNA se desdobra da helicase e a vertente mais atrasada é sintetizada. Quando a DNA polimerase encontra o próximo RNA primer, se separa da cadeia modelo. Entretanto, a primasse adiciona um outro primer à vertente mais atrasada.E a fita crescente do DNA é liberada. As proteínas do grampo de fechamento e grampo permitem DNA polimerase rapidamente associe com o modelo de DNA preparado. A formação e posterior colapso da fita de DNA se repete com a síntese de cada novo fragmento de Okazaki.

6.8:

O Replissoma

A replicação do DNA é realizada por um grande complexo de proteínas que atuam em de forma coordenada para replicar o DNA com alta fidelidade. Conjuntamente, este complexo é conhecido como a maquinaria de replicação do DNA ou o replissoma.

A síntese das cadeias líder e atrasada é um processo altamente coordenado. Para explicar isso, o “Modelo Trombone” foi proposto por Bruce Alberts em 1980. A formação de um laço de DNA começa quando um primer é sintetizado na cadeia parental atrasada. O laço cresce com a síntese de um fragmento de Okazaki e finalmente dissolve-se quando a síntese do fragmento termina. A DNA polimerase liga-se então a outro primer e todo o ciclo, desde a formação do laço até ao seu colapso, é repetido. O replissoma permite que todas as atividades sejam coordenadas como um complexo de maquinaria de replicação.

Componentes do replissoma

As helicases desenrolam e separaram o DNA de cadeia dupla.  Estas enzimas estão presentes como um único hexâmero em anel em procariotas e como um hexâmero em anel duplo em eucariotas. As helicases eucarióticas dependem de proteínas adicionais, Cdc45 e GINS, para funcionarem.  As proteínas de ligação ao DNA de cadeia simples (SSB) impedem que as cadeias de DNA se voltem a unir.  Em procariotas, as SSB consistem em uma única subunidade, enquanto que em eucariotas, são uma proteína heterotrimérica conhecida como proteína de replicação A (RPA).

A primase adiciona um primer de RNA onde a síntese de DNA se irá originar.  Em procariotas, a primase está presente como uma enzima de subunidade única chamada DnaG, que sintetiza um primer de RNA com cerca de 12 nucleótidos.  Em eucariotas, uma enzima com várias subunidades, a primase da DNA polimerase-α, sintetiza um primer híbrido de RNA-DNA com cerca de 25 nucleótidos. Além da polimerase-α, a polimerase replicativa irá prolongar o DNA recém-sintetizado. Enquanto que um único tipo de polimerase replicativa, a DNA polimerase III, está presente em procariotas, dois tipos diferentes de polimerases replicativas, Pol ε e Pol δ, estão presentes em eucariotas, para a síntese da cadeia líder e atrasada, respectivamente. 

As proteínas Braçadeiras Deslizantes mantêm as polimerases ligadas ao molde de DNA.  β-clamp, uma proteína homodimérica, atua como a braçadeira em procariotas. Em eucariotas, a mesma tarefa é realizada pelo antigénio nuclear de células em proliferação (PCNA), uma proteína homotrimérica. O poro central da braçadeira deslizante é positivamente carregado, o que lhe permite ter interações eletrostáticas com o esqueleto de fosfato negativamente carregado do DNA. A braçadeira está ligada ao DNA por um Carregador de Braçadeira. Estas proteínas pentaméricas pertencem à classe AAA+ das ATPases. O carregador de braçadeira eucariótico é conhecido como factor de replicação C, enquanto que o carregador de braçadeira procariótico de E. coli é conhecido como o complexo γ; no entanto, as proteínas braçadeira e carregadores de braçadeira são considerados homólogos evolutivos ao contrário de muitos outros componentes do replissoma.

Suggested Reading

  1. O’Donnell, Michael, Lance Langston, and Bruce Stillman. "Principles and concepts of DNA replication in bacteria, archaea, and eukarya." Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 5, no. 7 (2013): a010108.
  2. Alberts, Bruce. "DNA replication and recombination." Nature 421, no. 6921 (2003): 431.
  3. Kelch, Brian A., Debora L. Makino, Mike O'Donnell, and John Kuriyan. "Clamp loader ATPases and the evolution of DNA replication machinery." BMC Biology 10, no. 1 (2012): 34.
  4. Hedglin, Mark, Ravindra Kumar, and Stephen J. Benkovic. "Replication clamps and clamp loaders." Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 5, no. 4 (2013): a010165.
  5. Gardner, Andrew F., and Zvi Kelman. "The DNA Replication Machinery as Therapeutic Targets." Frontiers in Molecular Biosciences 6 (2019): 35.