Apontamentos sobre bioquímica celular I: As células replicam sua informação hereditária por meio da polimerização a partir de duas fitas, sendo uma molde para a síntese da outra durante o processo de replicação do DNA.

*Todas as células armazenam sua informação hereditária no DNA*

Todas as células armazenam sua informação hereditária no DNA (Ácido Desoxirribonucleico), um polímero de nucleotídeos formado por uma cadeia principal açúcar-fosfato e um conjunto de pares de bases ligadas por ligações de hidrogênio.

Veja a animação abaixo de um trecho de molécula de DNA:

O DNA pode se autoduplicar por meio de um processo semiconservativo, onde as duas fitas da dupla-hélice de DNA são separadas, e cada uma serve como molde para sintetizar uma nova fita complementar. Como sabemos, os nucleotídeos de Adenina (A) se ligam com os de Timina (T), e os de Citosina (C) se ligam com os de Guanina (G). 

A replicação do DNA ocorre sempre no sentido 5' - 3'. Isso significa que a síntese da nova cadeia de DNA ocorre a partir do seguimento 3' - 5' da cadeia molde.

Veja o esquema abaixo da replicação do DNA. Perceba que o processo sempre ocorre no sentido 5' - 3'.

Para que ocorra o processo de replicação, uma enzima denominada helicase se liga à molécula de DNA e, ao deslizar sobre ela, quebra as ligações de hidrogênio entre as duas fitas, separando-as. Posteriormente, os nucleotídeos livres no núcleo se ligam à fita molde, de maneira compatível às respectivas bases, originando duas novas cadeias de DNA.

A enzima responsável por garantir que os nucleotídeos livres no núcleo se liguem às cadeias moldes durante o processo de replicação do DNA é a DNA polimerase. 

*Etapas iniciais do processo de replicação do DNA* 

A replicação do DNA tem início em regiões do genoma conhecidas como origens de replicação. Estas são localidades específicas na sequência polimérica de nucleotídeos do DNA, onde a enzima helicase se une para quebrar as pontes de hidrogênio entre os pares de bases, abrindo a dupla-hélice do DNA e formando a forquilha de replicação. 

Esquema de enzimas helicases separando as cadeias de DNA. 

Esquema de forquilha de replicação: a) fita molde, b) cadeia contínua, c) cadeia descontínua, d) forquilha de replicação, e) primer, f) fragmentos de Okazaki.

Nota: Essas origens de replicação são regiões com grande concentração de adenina (A) e timina (T), o que é vantajoso para a célula, uma vez que as ligações de hidrogênio entre citosina (C) e guanina (G) são muito mais fortes e difíceis de quebrar.

*Uma das fitas será sintetizada continuamente, em antagônia à outra*

Após a separação da dupla-hélice, a enzima RNA primase se une às cadeias de DNA e sintetiza um primer, uma sequência de bases de RNA que iniciará a síntese. Isso ocorre porque a DNA polimerase III não possui grupos hidroxila expostos, impedindo-a de iniciar o processo. Com a síntese do primer, a DNA polimerase continuará o processo no sentido 5' - 3' para a cadeia nova. 

Uma das novas fitas de DNA, chamada fita líder, será sintetizada de maneira contínua, pois está no sentido correto da transcrição (5' - 3' para a nova fita). Em contrapartida, a outra fita, chamada fita descontínua, que está em direção contrária à síntese (3' - 5'), será sintetizada descontinuamente. Isso significa que a DNA primase irá sintetizar vários primers ao longo da fita molde, permitindo à DNA polimerase sintetizar séries de pequenos fragmentos de bases de DNA. Esses fragmentos recebem o nome de fragmentos de Okazaki. 

Alguns dos primers dispostos entre os fragmentos de Okazaki serão removidos e substituídos por DNA, um processo catalisado pela enzima DNA polimerase I.

Entre os novos nucleotídeos de DNA e os fragmentos de Okazaki, formam-se lacunas, pois a DNA polimerase I não consegue estabelecer ligações entre eles. Outra enzima, a DNA ligase, será responsável por unir esses nucleotídeos. 

Uma enzima denominada telomerase irá sintetizar os telômeros, as partes finais da cadeia de DNA. Essa enzima atua como uma transcriptase reversa, sintetizando DNA a partir de um molde de RNA em seu interior. 

Subunidade catalítica da telomerase de Tribolium castaneum.

Telômero formando um laço. 

Durante o processo de replicação do DNA, o enrolamento das cadeias é evitado graças a ação de enzimas denominadas topoisomerases. 

Esquema de uma enzima Topoisomerase Tipo I ligada a uma molécula de DNA.