Em formação

Replicação de DNA em E.coli


Qual é a diferença entre replication e to divide? Meu livro de biografia nível A diz que leva 20 minutos para E.coli dividir e na próxima página está escrito que E.coli completa a replicação em 38min.

Além disso, existe um diagrama (mostrado abaixo) que contradiz o que eu pensava.

Explique a diferença entre replicação e divisão.


Não tenho certeza se realmente entendi a pergunta. Você está se perguntando como a taxa de replicação do DNA pode ser mais lenta do que a taxa de divisão celular se cada célula filha precisa de uma cópia do cromossomo?

Em caso afirmativo, tenha em mente que procariontes têm origens diferentes de replicação em seus cromossomos para que A replicação do DNA pode ser paralelizada. Cooper (1968) apresenta um modelo matemático que é consistente com os achados experimentais e indica que quando a etapa de replicação do DNA torna-se limitante para a divisão celular, E. coli muda para múltiplos garfos de replicação, diminuindo assim o tempo líquido necessário para a replicação completa do DNA.

De acordo com isso, não é nenhuma contradição que a replicação do DNA per se leva mais tempo do que a divisão celular.


A replicação refere-se à replicação do DNA e a divisão refere-se à divisão celular. Sim, é verdade que, em E.coli a replicação pode ser mais lenta do que o tempo de divisão. Este é um problema bem conhecido em genética molecular.

A bactéria lida com isso tendo um genoma parcialmente replicado durante o início do "ciclo celular". Portanto, na verdade, existem duas origens de replicação quando um novo ciclo começa. Quando a replicação continua, você tem vários bifurcações (das origens replicadas). Por causa desses vários garfos (garfos dentro de garfos), o tempo de replicação acelera. Veja a figura abaixo:


De Fossum et al. 2007

Para obter mais detalhes, consulte:

Fossum, Solveig, Elliott Crooke e Kirsten Skarstad. "Organização de origens irmãs e replissomos durante a replicação de DNA multifork em Escherichia coli." O jornal EMBO 26.21 (2007): 4514-4522.

A imagem que você mostrou é algo totalmente diferente. Conforme mencionado por Chris, a imagem ilustra o experimento Messelson-Stahl para demonstrar a natureza semiconservativa da replicação do DNA. Não confunda isso com o problema acima. Quanto aos 40min mostrados da geração 1 à geração 2, nesta foto, sinto que é um erro de impressão.


Aluno do sudeste explorando a replicação de DNA de E. Coli na pesquisa de verão da NSF

Adrienne Brauer sabe tudo sobre preparação, cadência, ritmo e ritmo como uma corredora de longa distância em equipes de cross country e atletismo na Southeast Missouri State University.

Neste verão, porém, ela está redirecionando essas habilidades do curso em Experiências de Pesquisa para Graduados (REU) da National Science Foundation (NSF) na Washington University em St. Louis, onde está trabalhando com a Dra. Petra Levin, professora de biologia e codiretora da o programa de pós-graduação em biociências vegetais e microbianas, dedicando horas, preparando-se para a pós-graduação e ganhando experiência para uma carreira centrada na pesquisa em microbiologia.

Adrienne, de Oakford, Illinois, sabe que o sucesso vem com treinamento, alicerce, condicionamento, superação de obstáculos e caminhada até a linha de chegada. Graduada no sudeste, Adrienne formou-se em microbiologia com especialização em química. Ela espera que sua experiência na Washington University ajude a prepará-la para o próximo passo em sua jornada educacional.

Adrienne diz que está conduzindo sua pesquisa neste verão junto com pós-doutorado e outros alunos de graduação, examinando E. coli’s capacidade de se tornar mais resistente a antibióticos sob estresse. Ela diz que está estudando como E. coli replicar seu DNA durante o crescimento rápido. Quando a célula está crescendo muito rápido para a replicação do DNA acompanhar, ela passa por uma replicação multifork. Isso ocorre quando o DNA de uma célula começa uma segunda (ou terceira ou quarta) rodada de replicação antes que a primeira seja concluída, disse ela.

“Usamos proteínas fluorescentes para marcar certos locais no cromossomo e, quando você vê essas células no microscópio, vê a origem e o término brilharem em vermelho e verde”, disse Adrienne. “Usar imagens fluorescentes tem sido uma experiência incrível para mim aqui. O microscópio que usamos é de alta tecnologia e até nos permite fazer 'filmes' de células crescendo e se movendo ao longo de horas. ”

No final do verão, ela planeja clonar um punhado de genes nas cepas com as quais está trabalhando e observar o efeito na replicação do DNA.

“Meu tempo no laboratório foi particularmente recompensador e produtivo, graças aos dois anos de pesquisa que passei no laboratório do Dr. (Jeremy) Ellermeier no Sudeste”, disse ela. “Ele me ensinou tanto que entrou em ação no laboratório do Dr. Levin!”

Adrienne também está participando de seminários e aulas de pesquisa na Universidade de Washington para aprender habilidades úteis para a pós-graduação, como os "prós e contras de bons pesquisadores", considerações éticas, comunicação com o público, redigir uma proposta de subsídio simulada, conduzir uma revisão da literatura e participar em uma apresentação de pôster de sua pesquisa na conclusão do programa.

“Todos são prestativos e, como equipe, eles já me ensinaram muito”, disse ela. “Eu & # 8217 tive um gostinho de como será meu futuro como estudante de graduação. Estou no laboratório e participando de workshops e aulas de até nove horas por dia, aprendendo sobre carreiras em ciências biológicas, novas maneiras de analisar células bacterianas e como me tornar um pesquisador mais independente criando minhas próprias hipóteses. ”

Fora do laboratório, Adrienne e os outros estagiários de graduação têm participado de aulas e workshops para aprimorar suas habilidades de pesquisa e prepará-los para a pós-graduação.

Adrienne Brauer, do centro, é membro da equipe de atletismo feminina do sudeste & # 8217s que ficou em segundo lugar no recente Ohio Valley Conference Track and Field Championships realizado no sudeste em maio.

“Nós nos encontramos e conversamos com profissionais de empresas de biotecnologia como Pfizer e Bayer e temos reuniões individuais de aconselhamento com professores que nos ajudam a nos orientar na direção certa, seja buscando um Ph.D., faculdade de medicina ou MTSP (Medicina Programa de Treinamento de Cientistas) ”, disse ela. “No final do verão, vou me sentir confiante para me inscrever em alguns dos melhores programas de microbiologia do país.”

Adrienne e seus colegas estagiários também exploraram St. Louis e passaram um tempo ocioso no dormitório Danforth, onde organizaram clubes de jornal não oficiais à noite para discutir as melhores maneiras de observar a localização de substratos em bactérias, disse ela. Eles também tiveram noites de jogos e, como ela mora perto do Forest Park, também corre no parque quase todos os dias.

Ela diz que gostou da oportunidade de trabalhar com alunos talentosos e membros do corpo docente na NSF REU neste verão.

“Eu & # 8217m cercada por grandes profissionais na área em que quero uma carreira”, disse ela. “Não estou apenas alimentando minha curiosidade em microbiologia, mas também adquirindo habilidades e conhecimentos necessários para entrar em uma ótima pós-graduação. Estou planejando obter meu Ph.D. em microbiologia, e as escolas com os melhores programas são muito competitivas. Este REU vai me ajudar imensamente. & # 8221

Ela não tem certeza de como será sua carreira futura, mas definitivamente envolverá pesquisa.

“Por mais que eu & # 8217 tenha gostado de trabalhar com Salmonella na SEMO, mal posso esperar para ramificar e trabalhar com outras bactérias. Eu adoraria trabalhar para o National Institutes of Health ou o CDC, mas também gostaria de lecionar em uma universidade com um laboratório de pesquisa ”, disse ela.

Adrienne diz que seus professores de ciências do ensino médio despertaram seu interesse pelas ciências desde o início e a colocaram em um caminho na ciência, tecnologia, engenharia e matemática (STEM).

“Eles me desafiaram em sala de aula e me fizeram amar as questões científicas que realmente fazem você pensar, que eram mais interessantes para mim do que simplesmente memorizar as definições das palavras do vocabulário”, disse ela. “O‘ momento aha ’que recebo ao estudar biologia é incrivelmente recompensador e me faz continuar voltando para mais”, disse ela. “Compreender os intrincados mecanismos pelos quais as células operam é realmente emocionante e descobrir mecanismos anteriormente desconhecidos é o objetivo que buscamos.”


10. Se a E. coli concluir o processo de replicação do DNA em 38 minutos, a taxa de polimerização do DNA será de aproximadamente [NCERT Pg. 106] (1) 4,6% 10% bp segundo (2) 500 bp / segundo (3) 23

10. Se a E. coli concluir o processo de replicação do DNA em 38 minutos, a taxa de polimerização do DNA será de aproximadamente [NCERT Pg. 106] (1) 4,6% 10% bp segundo (2) 500 bp / segundo (3) 230 bp / segundo 19 2000 bp / segundo% 14 In

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Base molecular de herança

Pergunta nº 11 Qual das alternativas a seguir pode não ser aplicável aos genes vinculados? Controle de caracteres diferentes Lei de segregação Lei de sortimento independente Ambos (2) e (3)

Base molecular de herança

14. Se houver 999 bases em um RNA que codifica para uma proteína com 333 aminoácidos e a base na posição 901 for deletada de modo que o comprimento do RNA se torne 998 bases, quantos códons serão alterados? (a) 1 (b) 11 (C) 33 (d) 333

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428 B 1 Os primers usados ​​em PCR devem ser: A 3 & # x27-end específico Resposta correta 5-end específico Pode ser 3 e # x27-end específico ou 5-end específicos Primers não são necessários em PCR.


Replicação em procariontes

A replicação começa em um ponto de iniciação específico denominado ponto OriC ou replicon. (Replicon: é uma unidade do genoma na qual o DNA é replicado; ela contém uma origem para o início da replicação) É o ponto em que o DNA se abre e forma um complexo aberto que leva à formação do complexo pré-priming para iniciar o processo de replicação.

O site OriC está situado a 74 & # 8243 minutos próximo ao gene ilv. O sítio OriC consiste em 245 pares de base, dos quais três das 13 sequências de pares de base são altamente conservadas em muitas bactérias e formam as sequências de consenso (GATCTNTTNTTTT). Perto do site OriC, existem quatro de 9 sequências de pares de base cada (TTATCCACA).

A sequência de reações no processo de iniciação é a seguinte:

a) A proteína Dna A reconhece e se liga a até quatro repetições de 9 bp em OriC para formar um complexo de DNA OriC superenrolado negativamente ao redor de um núcleo central de monômeros da proteína Dna A. Este processo requer a presença da histona como as proteínas HU ou 1 HC para facilitar a curvatura do DNA.

b) As subunidades da proteína DnaA então fundem sucessivamente três segmentos de 13 pb repetidos em tandem na presença de ATP a & gt = 22 * ​​C (complexo aberto).

c) A proteína Dna A então guia um complexo Dna B & # 8211 Dna C para a região derretida para formar o chamado complexo de pré-priming. O Dna C é posteriormente lançado. O Dna B desenrola ainda mais o complexo aberto para formar o complexo de pré-priming.

d) DNA girase, proteína de ligação de fita simples (SSB), proteína Rep e Helicase & # 8211 II estão ligadas ao complexo de pré-priming e agora o complexo é chamado de complexo de priming.

e) Na presença de girase e SSB, as helicases desenrolam ainda mais o DNA em ambas as direções de modo a permitir a entrada da primase e da RNA polimerase. Em seguida, a RNA polimerase forma o primer para a síntese de fita principal, enquanto primase na forma de primer de síntese de primossoma para a síntese de fita retardada.

f) Ao complexo acima, a DNA polimerase & # 8211 III se ligará e formará replissoma.

REPLISOME: É a estrutura multiproteica que se monta na forquilha de replicação bacteriana para realizar a síntese de DNA. Ele contém DNA polimerase e outras enzimas.

Agora o cenário está armado para o início da síntese e o alongamento para prosseguir. Mas isso ocorre em duas vias mecanicamente diferentes na fita modelo 5 & # 8242 & # 8211 & gt3 & # 8242 e na fita modelo 3 & # 8242 & # 8211 & gt5 & # 8242.

a) Iniciação da síntese e alongamento no modelo 5 & # 8242 & # 8211 & gt3 & # 8242 (síntese da fita principal) (Se a bifurcação de replicação se mover na direção 3 & # 8242 & # 8211 & gt5 & # 8242)

A fita filha de DNA que é sintetizada continuamente no modelo 5 & # 8242 & # 8211 & gt3 & # 8242 é chamada de fita principal. O DNA pol-III sintetiza DNA adicionando 5 & # 8242-P de desoxinucleotídeo ao grupo 3 & # 8242-OH do fragmento já presente. Assim, a cadeia cresce na direção 5 & # 8242 & # 8211 & gt3 & # 8242. A reação catalisada pelo DNA pol-III é muito rápida. A enzima é muito mais ativa do que DNA pol & # 8211 I e pode adicionar 9000 nucleotídeos por minuto a 37 * C. O primer de RNA que foi inicialmente adicionado pela RNA polimerase é degradado pela RNase.

b) Iniciação da síntese e alongamento no modelo 3 & # 8242 & # 8211 & gt5 & # 8242 quando o garfo se move na direção 3 & # 8242 & # 8211 & gt5 & # 8242 (Síntese do fio retardado)

A fita de DNA filha que é sintetizada de forma complexa descontínua no modelo 3 & # 8242 & # 8211 & gt5 & # 8242 é chamada de fita retardada. Isso ocorre nas seguintes etapas:

eu) Síntese do fragmento de Okazaki:

Ao primer de RNA sintetizado por primossoma, 1000-2000 nucleotídeos são adicionados por DNA pol-III para sintetizar fragmentos de Okazaki.

ii) Excisão do primer de RNA:

Quando a síntese do fragmento de Okazaki foi completada até o primer de RNA, então o primer de RNA foi removido por DNA pol & # 8211 I usando sua atividade de exonuclease 5 & # 8242 & # 8211 & gt3 & # 8242.

iii) Preenchendo a lacuna (tradução de Nick)

A lacuna criada pela remoção do primer é preenchida pelo DNA pol & # 8211 I usando o 3 & # 8242-OH do fragmento de Okazaki próximo por sua atividade de polimerização.

4) Junção do fragmento de Okazaki: (Nick selando)

Finalmente, o entalhe existente entre os fragmentos é selado por DNA ligase que catalisa a formação de ligação fosfodiéster entre um 3 & # 8242-OH no final de uma fita e um fosfato 5 & # 8242 & # 8211 na outra extremidade de outro fragmento. A enzima requer NAD durante esta reação.

III) RESCISÃO:

A terminação ocorre quando os dois garfos replicantes se encontram no lado oposto do DNA circular de E. coli. Sítios de terminação como A, B, C, D, E e F estão presentes no DNA. Destes sites, Ter A termina o garfo móvel no sentido anti-horário, enquanto ter C termina os garfos que se movem no sentido horário. Os outros sites são sites de backup. A terminação nesses locais é possível porque, nesses locais, a proteína tus (terminação utilizando substância) se liga à proteína Dna B e inibe sua atividade helicase. E proteína Dna B liberada e resultado de terminação.

Após a síntese completa, dois DNAs duplex são encontrados catenados (com nós). Esta catenação é removida pela ação da topoisomerase. Finalmente, a partir do DNA duplex parental único, dois DNA duplex progênie foram sintetizados.

REGULAMENTO DE REPLICAÇÃO PROCARIÓTICA:

Especialmente a iniciação da replicação é regulada. A proteína Dna A, quando disponível em alta concentração, a proporção de DNA para massa celular é bastante alta, mas em baixa concentração de Dna A, a proporção encontrada é baixa. Isso mostra que a proteína Dna A regula o início da replicação.


Porque Science!

Bom Dia a todos! Não faz muito tempo desde a última vez que você ouviu falar de mim, mas espero que todos tenham tido uma boa noite! Embora eu normalmente não me levante a esta hora às quintas-feiras, tenho um teste para o qual estudar, então estou aqui para apresentar a vocês as maravilhas da replicação do DNA. Assunto de hoje: procariontes!

Sabemos que, quando uma célula se divide em duas, ela precisa copiar seu DNA para que cada uma das células filhas tenha uma cópia. Também sabemos que o mecanismo para isso é bastante simples: os fios da dupla hélice são separados, e cada fio é usado como um modelo para fazer seu fio complementar. (Isso é chamado semiconservador, já que cada cópia filha tem um fio antigo e um novo.)

Estudantes de biologia do ensino médio provavelmente também estão cientes de que a replicação do DNA ocorre nas origens da replicação, e as bifurcações de replicação se afastam das origens em ambas as direções. No E. coli, a origem é OriC.

Como mencionei em meu post sobre a transcrição, desenrolar a dupla hélice cria tensão (superenrolamento positivo) que pode interromper a replicação se ela não for aliviada. Assim, uma enzima chamada DNA girase (uma topoisomerase tipo II) usa ATP para introduzir superenrolamento negativo.

Outras proteínas também são importantes para o processo de replicação: a helicase, uma enzima dependente de ATP, liga-se a uma região de fita simples de DNA e, em seguida, desenrola o restante, interrompendo as ligações de hidrogênio entre os pares de bases. SSBs, ou proteínas de ligação de fita simples, evitam que as fitas únicas renascam antes que nossa polimerase possa fazer sua mágica.

E, por falar em polimerase, vamos apresentar nosso player principal! A parte principal da replicação é realizada por uma enzima (ou, eu acho, uma classe de enzimas) chamada DNA polimerase. Estes usam o molde de fita simples de DNA para sintetizar uma fita complementar pela montagem de dNTPs na ordem apropriada.

No entanto, há um problema com esta enzima: ela só pode adicionar nucleotídeos na direção 5 & # 8242 a 3 & # 8242. Isso não é problema para a fita 3 & # 8242-5 & # 8242, cuja fita complementar (a fita & # 8220leader & # 8221) corre nessa direção, mas surge um pequeno problema ao lidar com o modelo oposto. Na verdade, o melhor que nossas DNA polimerases podem fazer é dobrar a fita 5 & # 8242-3 & # 8242 e replicá-la em pequenas (1000-2000 bp) para trás. Isso leva à criação de fragmentos chamados fragmentos de Okazaki, que são então selados no produto final para formar uma fita & # 8220lagging & # 8221 inteira.

Outra limitação das DNA polimerases é que elas não podem começar a sintetizar uma fita complementar do zero. Isso é facilmente aliviado, porém, por uma enzima chamada primase, uma enzima que sintetiza trechos curtos de RNA chamados & # 8220primers. & # 8221 Primers dão à DNA polimerase um ponto de partida e eles são substituídos por DNA no produto final.

Agora, você está notando que eu estou me referindo a polimerases no plural, o que implica que não temos apenas uma. Isso é verdadeiro para procariotos e eucariotos (ao contrário da RNA polimerase, que é a única RNA polimerase procariótica). Para manter as coisas um pouco ([tosse um pulmão] MUITO) mais simples, vamos começar observando apenas a replicação procariótica e não há lugar melhor para começar do que as polimerases.

Os procariotos têm cinco DNA polimerases que são designadas com os numerais I a V. I, II e V principalmente lidam apenas com o reparo do DNA, então não vamos falar muito sobre eles. A Wikipedia descreve o IV como & # 8220 uma polimerase sujeita a erros envolvida na mutagênese não direcionada. & # 8221 III é o que realiza a maior parte da replicação do DNA, não é muito abundante nas células, mas é extremamente processivo (bom para pendurar no modelo de DNA) em comparação com os outros.

A holoenzima DNA polimerase III é composta de dezessete subunidades diferentes, cada uma conferindo a ela algum tipo de funcionalidade. O mais notável deles é o complexo gama, que atua como um & # 8220 carregador de pinça & # 8221 ajudando a prender os anéis de dímero beta da enzima (que ajudam a mantê-la no DNA) na fita usando ATP.

Agora, assim que colocarmos nossa polimerase III em ação e produzir DNA, a DNA polimerase I terá tempo de brilhar. Essa enzima desempenha a função muito importante de substituir os primers de RNA por DNA. É também especial porque, além de ser capaz de fazer isso, é capaz de remover nucleotídeos de uma fita de DNA em Ambas a direção 3 & # 8242 a 5 & # 8242 e 5 & # 8242 a 3 & # 8242.

A atividade da exonuclease 3 & # 8242 a 5 & # 8242 é útil porque significa que essa enzima pode literalmente verificar seu trabalho à medida que avança. Se ele descobrir que cometeu um erro, tudo o que precisa fazer é voltar e mastigar a base incorreta do fio em crescimento. Muito bacana, se você pensar sobre isso.

Depois que a polimerase I age, uma enzima chamada ligase vem e sela os cortes na espinha dorsal deixados para trás por todo esse disparate de formação de fragmentos de Okizaki.

Finalmente, precisamos encerrar nossa replicação de DNA. Em procariontes, isso não é muito difícil: requer apenas o Ter sequência (GTGTGTTGT). Tus proteína, uma contrahelicase, liga aqui e basicamente vai, & # 8220Nope nope nope, nenhuma helicase está passando por aqui! & # 8221 A replicação bifurca-se e termina a replicação.

Veja, não é tão ruim, hein? Agora chegamos ao realmente coisas divertidas - aqueles eucariotos estúpidos e exibicionistas!

Vê muitos erros? Sente necessidade de apontá-los? Por favor, tenha misericórdia - estou postando isso sem revisá-lo, porque estou com um pouco de pressa aqui.


Sandwalk

Comecei a ler microcosmo do meu escritor científico favorito, Carl Zimmer [Compre este livro!]. Aguarde uma revisão, em breve.

Fiquei um pouco desapontado ao ver Carl repetir um mito comum sobre a replicação do DNA em E. coli na página 29. Como costumamos usar esse mito para ensinar pensamento crítico em nossas aulas de graduação, achei que valeria a pena discuti-lo aqui.

Hoje vou apresentar o problema e deixar que todos pensem em uma possível solução. No domingo, publicarei a resposta. (Se você conhece a solução, não tem permissão para postá-la nos comentários & mdashEu apagarei esses comentários. Você pode pedir esclarecimentos ou especular.)

Aqui está o que Carl diz no início da página 29.

Hoje, não estamos preocupados com o tempo de geração de 20 minutos, mas observo, para registro, que o tempo médio de geração de E. coli, na Vivo, é cerca de um dia. Também quero mencionar que o tempo de geração de 20 minutos é um exemplo extremo que é alcançado apenas nas circunstâncias mais extraordinárias. Os tempos de geração típicos no laboratório são de cerca de 30 minutos.

No entanto, esse não é o problema. Vamos supor um tempo de geração de 20 minutos.

No próximo parágrafo, Carl diz.

O que Carl está se referindo à montagem de complexos de replicação (replissomos) na origem da replicação. Uma vez que esses complexos são montados, a replicação dispara e prossegue em direções opostas (bidirecionalmente) até que as duas bifurcações se encontrem no lado oposto do cromossomo.

Carl está correto quando diz que os garfos se movem a 1000 nucleotídeos por segundo. Mais tarde em seu livro, ele menciona que o tamanho do E. coli o cromossomo tem 4.600.000 pares de bases ou 4.600 kb (pág. 116). A 1000 nucs por segundo, levaria 4600 segundos para replicar este DNA se houvesse apenas uma bifurcação de replicação. Como são dois, demorará 2.300 segundos.

Você pode fazer a matemática. Isso é 38 minutos. É um número correto & mdashit leva pelo menos 38 minutos para replicar o E. coli cromossomo, não 20 minutos, como afirmado anteriormente. É verdade que o tempo de geração de E. coli pode durar apenas 20 minutos em circunstâncias extraordinárias.

Aqui está o problema. Como pode E. coli dividir mais rápido do que pode replicar seu cromossomo?


O modelo de replicação de iniciação de replicação

O garfo de replicação inicial requer a separação das duas fitas do duplex de DNA para fornecer um modelo para a síntese do primer de RNA e do novo DNA. A sequência específica de DNA genômico direciona o início da Replicação do DNA. Os locais específicos em que ocorre o desenrolamento do DNA e o início da replicação são chamados de Origem da Replicação.

O modelo de replicação de iniciação de replicação:

Em 963, Frabcois Jacob, Sydney Brenner e Jacques Cuzin propuseram um modelo para explicar os eventos que controlam a iniciação da replicação em bactérias. Propôs dois componentes que controlam o início da replicação:

  • Replicador: Replicador é definido como o conjunto completo de sequências de DNA de ação cis que é suficiente para direcionar o início da Replicação.
  • Iniciador: Iniciador é a proteína que reconhece especificamente os elementos do DNA no replicador e ativa o início da replicação. A proteína iniciadora é a única proteína de ligação ao DNA específica de sequência envolvida na iniciação da replicação.

O modelo propôs que todo o DNA se replicasse de uma origem particular como um replicon. Em procariotos, uma vez que há apenas uma origem de replicação no único cromossomo, o cromossomo inteiro é um único replicon. Em contraste, a presença de múltiplas origens de replicação divide cada cromossomo eucariótico em múltiplos replicons.

Replicador:

A origem da replicação é o local no DNA onde o DNA é desenrolado e a síntese do DNA é iniciada. Embora a origem da replicação sempre faça parte do replicador, às vezes a origem da replicação é apenas uma fração do replicador.

As sequências de DNA do replicador compartilham duas características comuns:

  • Primeiro, eles incluem um local de ligação para a proteína iniciadora.
  • Eles incluem um trecho de DNA rico em AT que se desenrola prontamente, mas não espontaneamente. O desenrolamento do DNA nos replicadores é controlado pelo Proteínas de iniciação de replicação.

O único replicador necessário para a replicação cromossômica E-Coli é denominado oriC. Existem dois motivos repetidos que são críticos para a função oriC. O motivo 9-mer é o local de ligação para o iniciador E-Coli, DnaA, e é repetido quatro vezes em oriC. O motivo 13-mer, repetido 3 vezes, é o local inicial de formação de ssDNA durante a iniciação.

Iniciador:

As proteínas iniciadoras normalmente executam 3 funções diferentes:

  1. Ligação ao replicador & # 8211 Ligue uma sequência de sequência de DNA específica dentro do replicador.
  2. Desenrolar DNA & # 8211 uma vez ligado ao DNA, eles freqüentemente distorcem ou desenrolam uma região do DNA adjacente ao local de ligação.
  3. O recrutamento de outras proteínas de replicação & # 8211 As proteínas do iniciador interagem com fatores adicionais necessários para o início da replicação, recrutando-os assim para o replicador.

Em procariotos, por exemplo, o iniciador E-coli, DnaA liga os elementos 9-mer repetidos em oriC e é regulado por ATP. Quando ligado ao ATP, o DnaA também interage com o DNA na região das repetições de 13 repetições de oriC. Essas interações adicionais resultam na separação das fitas de DNA em mais de 20 pb dentro da região de repetição 13-mer. este DNA desenrolado fornece um modelo de ssDNA para proteínas de replicação adicionais, tais como ad DNA helicase, para iniciar as etapas de replicação de síntese de RNA e DNA.

Em Eukaryotes, o iniciador é conhecido como o complexo de reconhecimento de origem (ORC). É um complexo formado por 6 proteínas. Como o DnaA em E-Coli, o ORC se liga e hidrolisa o ATP. O ATP é necessário para a ligação de DNA específica de sequência na origem. Ao contrário do DNA, a ligação ORC no replicador não separa as fitas de DNA. ORC é, no entanto, necessária para recrutar todas as proteínas de replicação restantes para o replicador antes de se desenrolar. Para desenrolar os fios, é necessário que a origem seja ativada. A ativação da origem ocorre apenas quando a célula entra na fase S do ciclo celular.

Ao contrário do iniciador procariótico, ORC de eucariotos têm duas funções:

uma vez que o iniciador se liga ao replicador, as etapas restantes no início da replicação são amplamente conduzidas pelas interações proteína-proteína e proteína-DNA que são independentes da sequência. O resultado final é a montagem de duas bifurcações de replicação.


A maquinaria epigenética no ciclo de vida e farmacoepigenética

Ramón Cacabelos,. Pablo Cacabelos, em Farmacoepigenética, 2019

1.2.3.6.1 Reguladores de replicação de DNA

A replicação do DNA na eucromatina hiperacetilada é ativada preferencialmente durante a fase S inicial. TICRR / TRESLIN é uma proteína essencial necessária para o início da replicação do DNA. O TICRR interage com o bromodomínio de ligação da acetil-histona (BRD) e as proteínas extraterminais (BET) BRD2 e BRD4. A anulação desta interação prejudica a ligação do TICRR à cromatina acetilada e interrompe a progressão da fase S normal. O fator de licenciamento de replicação CDC6 recruta a helicase replicativa MCM2-7 para a origem de replicação, onde MCM2-7 é ativado para iniciar a replicação do DNA. MCM2-7 é ativado tanto pela quinase CDC7-Dbf4 quanto pela quinase dependente de ciclina e por meio de interações com CDC45 e o complexo go-ichi-ni-san (GINS) para formar o complexo de helicase CDC45-MCM2-7-GINS (CMG) . TIMELESS (TIM) é importante para o acoplamento subsequente da atividade de CMG às polimerases de DNA para a síntese de DNA eficiente. O TIM interage com o MCM2-7 antes do início da replicação do DNA. A depleção de TIM em várias linhas de células humanas resulta no acúmulo de complexos aberrantes de helicase CMG na cromatina. Esses complexos CMG aberrantes interagem com as DNA polimerases na cromatina humana, não são fosforilados adequadamente pela cinase dependente de ciclina / CDC7-Dbf4 quinase e exibem atividade reduzida de desenrolamento do DNA. Este fenômeno é acompanhado pelo acúmulo dos inibidores de replicação de p27 e p21, redução da associação da cromatina de CDC6 e ciclina E, e um retardo na entrada da fase S. O TIM é necessário para a associação correta da cromatina do complexo CMG para permitir a replicação eficiente do DNA. 254


A maquinaria da replicação do DNA

DNA polimerase

É a principal enzima necessária para a replicação do DNA. Ele usa o DNA como um modelo para catalisar a polimerização de desoxinucleotídeos. As polimerases de DNA devem ter as seguintes propriedades:

  • Altamente eficiente para realizar a polimerização de um grande número de nucleotídeos em um tempo muito curto. O processo de replicação em E.coli, que tem apenas 4,6 x 10 6 bp (pares de bases) é concluído em 18 minutos. Isso indica que a taxa média de polimerização é de aproximadamente 2.000 bp por segundo.
  • Alto grau de precisão, pois qualquer erro levará a mutações.

Trifosfatos desoxirribonucleosídeos

Eles atuam como substratos para a polimerização. A replicação também é um processo que consome muita energia. Portanto, os trifosfatos também fornecem energia para a polimerização.

Origem de replicação

A replicação não pode começar aleatoriamente em nenhum lugar do DNA. Tudo começa em um lugar específico em E.coli DNA denominado & # 8216origina de replicação & # 8217.

Bifurcação de replicação

Uma vez que vai exigir muita energia para separar as duas fitas de DNA em todo o seu comprimento, a replicação geralmente começa dentro de uma pequena abertura na hélice do DNA. Esta é a & # 8216 bifurcação de replicação & # 8217. A DNA polimerase pode funcionar apenas em uma direção 5 & # 8242 → 3 & # 8242. Portanto, a replicação da fita de DNA com polaridade 3 & # 8242 → 5 & # 8242 é contínuo.

Isso também é chamado de & # 8216cadeia principal & # 8217. Enquanto na fita de DNA com polaridade 5 & # 8242 → 3 & # 8242, é descontínuo e resulta na formação de fragmentos de novo DNA. Este cordão é o & # 8216 cordão de arrastamento & # 8217.

DNA ligase

Esta é a enzima que une os fragmentos de DNA sintetizados descontinuamente. Em eucariotos, a replicação do DNA ocorre na fase S do ciclo celular. Além disso, a replicação do DNA e a divisão celular devem ser altamente coordenadas. Se uma célula não se divide após a replicação do DNA, isso resulta em poliploidia & # 8211, uma condição em que uma célula tem mais cromossomos do que o normal.

Replicação de DNA [Wikimedia Commons]


Meselson e Stahl determinaram que a replicação do DNA em E. coli é semiconservativa. Que aditivo eles forneceram inicialmente ao meio para distinguir o DNA & # 8220new & # 8221 do & # 8220old & # 8221 DNA?

Meselson e Stahl determinaram que a replicação do DNA em E. coli é semiconservador. Que aditivo eles forneceram inicialmente ao meio para distinguir o DNA & # 8220new & # 8221 do & # 8220old & # 8221 DNA?

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Assista o vídeo: Replicação do DNA Animação (Dezembro 2021).