Replicação semiconservativa - Semiconservative replication

A replicação semiconservativa descreve o mecanismo de replicação do DNA em todas as células conhecidas. A replicação do DNA ocorre em múltiplas origens de replicação ao longo da fita molde do DNA. Como a dupla hélice do DNA é desenrolada pela helicase , a replicação ocorre separadamente em cada fita modelo em direções antiparalelas. Esse processo é conhecido como replicação semiconservativa porque duas cópias da molécula de DNA original são produzidas, cada cópia conservando (replicando) as informações de uma metade da molécula de DNA original. Cada cópia contém uma fita original e uma fita recém-sintetizada. (Ambas as cópias devem ser idênticas, mas isso não é totalmente garantido.) A estrutura do DNA (conforme decifrado por James D. Watson eFrancis Crick em 1953) sugeriu que cada fita da dupla hélice serviria como um modelo para a síntese de uma nova fita. Não se sabia como as fitas recém-sintetizadas se combinavam com as fitas molde para formar duas moléculas de DNA em dupla hélice.

Descoberta

Experiência de Meselson-Stahl usando isótopos para descobrir a replicação semiconservativa.

Vários experimentos foram conduzidos para determinar como o DNA se replica. O modelo semiconservador foi antecipado por Nikolai Koltsov e mais tarde apoiado pelo experimento Meselson-Stahl ., Que confirmou que o DNA se replicou semiconservador conduzindo um experimento usando dois isótopos : nitrogênio-15 (15
N
) e nitrogênio-14 (14
N
) Quando14
N
 foi adicionado ao pesado 15
N
-15
N
 DNA, um híbrido de 15
N
-14
N
foi visto na primeira geração. Após a segunda geração, o híbrido permaneceu, mas o DNA leve (14
N
-14
N
) também foi visto. Isso indicou que o DNA se replicou de forma semi-conservadora. Este modo de replicação do DNA permitiu que cada fita filha permanecesse associada à sua fita molde.

Modelos de replicação

Três métodos postulados de síntese de DNA

A replicação semiconservativa deriva seu nome do fato de que este mecanismo de transcrição foi um dos três modelos originalmente propostos para a replicação do DNA :

  • A replicação semiconservadora produziria duas cópias, cada uma contendo uma das fitas originais de DNA e uma nova fita. A replicação semiconservativa é benéfica para o reparo do DNA. Durante a replicação, a nova fita de DNA se ajusta às modificações feitas na fita modelo.
  • A replicação conservadora deixaria as duas fitas do molde original do DNA juntas em uma dupla hélice e produziria uma cópia composta de duas novas fitas contendo todos os novos pares de bases do DNA.
  • A replicação dispersiva produziria duas cópias do DNA, ambas contendo regiões distintas de DNA compostas por ambas as fitas originais ou por ambas as novas fitas. As fitas de DNA foram originalmente pensadas para serem quebradas a cada décimo par de bases para adicionar o novo modelo de DNA. Eventualmente, todo novo DNA formaria a dupla hélice após muitas gerações de replicação.

Separação e recombinação de DNA de fita dupla

Para que a replicação semiconservativa ocorra, a dupla hélice do DNA precisa ser separada para que a nova fita modelo possa ser ligada aos pares de bases complementares. A topoisomerase é a enzima que auxilia na descompactação e recombinação da dupla hélice. Especificamente, a topoisomerase evita que a dupla hélice se enrole demais ou se torne muito rígida. Três enzimas topoisomerase estão envolvidos neste processo: Tipo IA topoisomerase , Tipo IB topoisomerase , e Tipo II topoisomerase . A Topoisomerase Tipo I desenrola o DNA de fita dupla, enquanto a Topoisomerase Tipo II quebra as ligações de hidrogênio que ligam os pares de bases complementares do DNA.

Taxa e precisão

A taxa de replicação de DNA semiconservador em uma célula viva foi medida pela primeira vez como a taxa de alongamento da fita de DNA do fago T4 em E. coli infectada por fago . Durante o período de aumento exponencial do DNA a 37 ° C, a taxa de alongamento da fita foi de 749 nucleotídeos por segundo. A taxa de mutação por par de bases por rodada de replicação durante a síntese de DNA do fago T4 é2,4 × 10 −8 . Assim, a replicação semiconservativa do DNA é rápida e precisa.

Formulários

A replicação semiconservativa oferece muitas vantagens para o DNA. É rápido, preciso e permite fácil reparo do DNA. Também é responsável pela diversidade fenotípica em algumas espécies procarióticas. O processo de criação de uma fita recentemente sintetizada a partir da fita modelo permite que a fita velha seja metilada em um momento separado da nova fita. Isso permite que as enzimas de reparo revisem a nova fita e corrijam quaisquer mutações ou erros.

O DNA pode ter a capacidade de ativar ou desativar certas áreas na fita recém-sintetizada que permite que o fenótipo da célula seja alterado. Isso pode ser vantajoso para a célula porque o DNA pode ativar um fenótipo mais favorável para ajudar na sobrevivência. Devido à seleção natural , o fenótipo mais favorável persistiria em toda a espécie. Isso dá origem à ideia de herança, ou por que certos fenótipos são herdados em vez de outro.

Veja também

Referências