Fitas leading e lagging na replicação do DNA

RKA8JV Vamos falar um pouco mais sobre como ocorre a replicação do DNA. Vamos falar sobre os principais elementos que se relacionam com esse processo. Eu vou falar bastante sobre as extremidades 3' e 5' da molécula de DNA. Esta é a representação da ampliação de um fragmento de DNA. Quando falamos sobre o sentido 5' a 3' estamos nos referindo a como ribose faz parte dessa estrutura de açúcar e fosfato. Nós temos a ribose aqui, o açúcar com 5 carbonos. Nós podemos numerar esses 5 carbonos. Então, carbono 1', 2', 3', 4' e 5'. Podemos dizer que este lado do filamento de RNA está indo no sentido 3' a 5', está sendo replicado no sentido 3' a 5'. Este fosfato aqui está conectado com o carbono 3', e este fosfato aqui está conectado ao carbono 5'. Chamamos este filamento de fita paralela. E essa daqui é a fita antiparalela, é similar à paralela, só que é orientada no sentido contrário, aqui é o carbono 3', aqui é o 5', aqui é o 3' e aqui é o 5'. Esses dois filamentos são paralelos, só que orientados em direções opostas. Então, na antiparalela, a extremidade 3' fica aqui e a extremidade 5' fica aqui. Isso vai ser importante para entender a replicação do DNA, isto porque a DNA polimerase, os elementos que adicionam mais e mais nucleotídeos, que fazem o filamento de DNA, só podem adicionar nucleotídeos no carbono 3'. Isso quer dizer que só podemos adicionar DNA neste sentido, ou neste sentido aqui. Não tem como a replicação do DNA acontecer no sentido 3' para o 5', não tem como adicionar nucleotídeos na extremidade 5' usando a polimerase. Bom, vamos falar sobre a polimerase. Vamos ver esse diagrama aqui em cima, que nos dá uma visão geral dos diferentes elementos que fazem parte da replicação do DNA. Aqui está o DNA, na sua forma irreplicável em dupla hélice. Aqui nós podemos ver a extremidade 3' e a extremidade 5'. Você pode seguir um desses filamentos. Se você seguir aqui o 3' por exemplo, você verá que ele chega ao seu correspondente 5', aqui. Então este aqui e este aqui pertencem ao mesmo filamento. Se seguir este aqui, nós veremos que este pertence ao mesmo filamento. Agora, a primeira coisa que vamos fazer é uma breve revisão da replicação do DNA. Para que a duplicação ocorra é necessário que a dupla fita de DNA seja dividida, para que seja construído um novo filamento em cada uma das duas pontas. Você pode imaginar isso aqui como um zíper, um zíper que pode ser aberto e construído 2 zíperes a partir de 1. Na verdade, é mais complexo do que dizer: "abra o zíper e crie um novo zíper a partir deste". Este processo envolve um grupo de enzimas e outros elementos que mesmo neste diagrama não foram representados. Aqui, estamos mostrando apenas os atores primários, aqueles que você ouve discutir quando as pessoas falam sobre replicação do DNA. A primeira coisa que precisa acontecer é a dupla hélice do DNA estar enrolada em um dos lados. Eu vou escrever isso aqui. Enrolada. Quanto mais enrolada desse lado mais fácil será desenrolar desse lado de cá. Para abrir o zíper é necessário uma enzima que ajuda a desenrolar da dupla hélice. Esta enzima é a topoisomerase. Este mecanismo realizado pela topoisomerase quebra temporariamente a estrutura das fitas, deixando-as desenroladas. A partir disso, a enzima helicase entra em ação. A enzima helicase não parece com um pequeno triângulo, como aqui representado, seria mais fascinante se você visse a estrutura molecular dela. O que a helicase faz é quebrar as pontes de hidrogênio entre as bases nitrogenadas. Essas são as pontes de hidrogênio e essas são as bases nitrogenadas, aqui apresentadas pela adenina e pela timina. A helicase quebra a ligação entre as bases nitrogenadas. Então, primeiro a topoisomerase desenrola a molécula de DNA, e, depois, a helicase rompe com as pontes de hidrogênio presentes entre as bases nitrogenadas. Então, precisamos pensar nestes dois filamentos como diferentes, porque como eu mencionei, só podem ser adicionados nucleotídeos no sentido 5' para 3'. Assim, nessa parte inferior do flamento que chamaremos de fita leading, para adicionar nucleotídeos é bastante simples. Lembre-se que essa é a extremidade 5', por isso, os nucleotídeos podem ser adicionados nesse sentido. Este é o sentido 5' para 3'. Tudo o que precisa acontecer é começar o processo, é necessário um primer de RNA. O elemento que coloca esse primer de RNA é a DNA primase. Vamos falar um pouco mais sobre os elementos que estão relacionados com o flamento leading. Um primer de RNA é adicionado aqui. Uma vez que há um indicador, a DNA polimerase pode começar a adicionar nucleotídeos. A DNA polimerase pode adicionar nucleotídeos para a extremidade 3', então, nesse sentido. A razão pela qual a fita leading faz isso de forma fácil é porque a DNA polimerase, aqui representada por este retângulo, segue adicionando nucleotídeos de forma contínua na extremidade 3'. À medida que o zíper vai sendo aberto, a DNA polimerase apenas continua adicionando nucleotídeos no sentido da extremidade 3'. Deixe-me ser claro. Este filamento aqui embaixo vai no sentido 5' para 3'. Este aqui em cima vai no sentido 3' para 5'. Neste filamento, os nucleotídeos não podem ser adicionados como neste filamento, então, como a biologia lida com isso? Bom, ela lida com isso adicionando primers à direita. Quando essa abertura acontece, a DNA primase adiciona primers, que, nesse diagrama, é representado como 1 nucleotídeo, mas que podem ser muitos, cerca de 10. Então, imagine que a DNA primase adicione 10 nucleotídeos aqui. Assim, a DNA primase vai ao longo da fita lagging, nessa direção, eu poderia dizer que no topo da fita, adicionando primers de RNA, adicionando vários núcleotídeos. Uma vez finalizado com o primer de RNA, a DNA polimerase pode adicionar nucleotídeos no sentido 5' para 3', adicionando nucleotídeos na extremidade 3'. Então, a DNA polimerase pode começar a adicionar DNA assim. Então, você pode imaginar este processo, a DNA primase coloca um primer aqui, que começa a construir o filamento no sentido 5' a 3'. Começa a construir assim, então, a DNA primase pula e começa novamente. Então, termina com todos esses fragmentos de DNA. Estes são chamados de fragmentos de Okazaki. Todos estes fragmentos podem ser colocados juntos pela DNA ligase. A DNA ligase não só coloca o fragmento como também o RNA substituído por DNA. Quando tudo estiver feito, terá o DNA replicado, ou seja, terão duas fitas de dupla hélice, uma fita lagging, que replica de forma lenta, e uma fita leading, que replica de forma mais rápida.