Biologia I

genomas eucarióticos são muito mais complexos e maiores em tamanho do que genomas procarióticos. O genoma humano tem três bilhões de pares de bases por conjunto haplóide de cromossomos, e 6 bilhões de pares de bases são replicados durante a fase S do ciclo celular. Existem múltiplas origens de replicação no cromossomo eucariótico; os seres humanos podem ter até 100.000 origens de replicação. A taxa de replicação é de aproximadamente 100 nucleótidos por segundo, muito mais lenta que a replicação procariótica. Na levedura, que é uma eucariota, sequências especiais conhecidas como sequências de replicação Autónoma (ARS) são encontradas nos cromossomas. Estes são equivalentes à origem da replicação em E. coli.

O número de polimerases do ADN em eucariotas é muito mais do que procariotas: 14 são conhecidos, dos quais cinco têm papéis importantes durante a replicação e foram bem estudados. Eles são conhecidos como pol α, pol β, pol γ, pol δ, e pol ε.

os passos essenciais da replicação são os mesmos que em procariontes. Antes que a replicação possa começar, o DNA tem que ser disponibilizado como modelo. O DNA eucariótico Está ligado a proteínas básicas conhecidas como histonas para formar estruturas chamadas nucleossomas. A cromatina (o complexo entre DNA e proteínas) pode sofrer algumas modificações químicas, de modo que o DNA pode ser capaz de deslizar para fora das proteínas ou ser acessível às enzimas da máquina de replicação de DNA. Na origem da replicação, um complexo de pré-replicação é feito com outras proteínas iniciadoras. Outras proteínas são então recrutadas para iniciar o processo de replicação (tabela).a helicase usando a energia da hidrólise de ATP abre a hélice de ADN. Garfos de replicação são formados em cada origem de replicação como o DNA se desenrola. A abertura da dupla hélice causa excesso de enrolamento, ou supercoiling, no DNA à frente do garfo de replicação. Estes são resolvidos com a acção das topoisomerases. Primers são formados pela enzima primase, e usando o primer, DNA pol pode iniciar a síntese. Enquanto a cadeia líder é continuamente sintetizada pela enzima pol δ, a cadeia retardada é sintetizada por pol ε. Uma proteína grampo deslizante conhecida como PCNA (antigénio Nuclear celular proliferante) mantém o pol de ADN no lugar para que não deslize do ADN. A RNase H remove o iniciador de RNA, que é então substituído por nucleótidos de DNA. Os fragmentos de Okazaki na cadeia retardada são unidos após a substituição dos iniciadores de RNA pelo DNA. As aberturas que permanecem são seladas por ligase de DNA, que forma a ligação fosfodiester.ao contrário dos cromossomas procarióticos, os cromossomas eucarióticos são lineares. Como você aprendeu, a enzima Pol de DNA pode adicionar nucleótidos apenas na direção de 5′ a 3′. Na cadeia principal, a síntese continua até o fim do cromossoma ser atingido. Na cadeia atrasada, o DNA é sintetizado em trechos curtos, cada um dos quais é iniciado por um iniciador separado. Quando o garfo de replicação atinge o fim do cromossoma linear, não há lugar para um iniciador ser feito para que o fragmento de DNA seja copiado no final do cromossomo. Estas extremidades, portanto, permanecem não emparelhadas, e ao longo do tempo estas extremidades podem ficar progressivamente mais curtas à medida que as células continuam a dividir-se.

As extremidades dos cromossomas lineares são conhecidas como telómeros, que têm sequências repetitivas que codificam para nenhum gene em particular. De certa forma, estes telómeros protegem os genes de serem apagados à medida que as células continuam a dividir-se. Em humanos, uma sequência de seis pares de bases, TTAGG, é repetida 100 a 1000 vezes. A descoberta da enzima telomerase (figura) ajudou na compreensão de como as terminações dos cromossomas são mantidas. A enzima telomerase contém uma parte catalítica e um modelo de ARN incorporado. Ele se liga ao final do cromossomo, e bases complementares ao modelo de RNA são adicionadas na extremidade 3′ da cadeia de DNA. Uma vez que a extremidade 3′ do modelo da cadeia retardada é suficientemente alongada, a DNA polimerase pode adicionar os nucleótidos complementares às extremidades dos cromossomas. Assim, as extremidades dos cromossomas são replicadas.

Telomerase é tipicamente activa em células germinativas e células estaminais adultas. Não está activo em células somáticas adultas. Por sua descoberta da telomerase e sua ação, Elizabeth Blackburn (figura) recebeu o Prêmio Nobel de Medicina e Fisiologia em 2009.

Telomerase e envelhecimento

células que sofrem de divisão celular continuam a ter seus telômeres encurtados porque a maioria das células somáticas não fazem telomerase. Isto significa essencialmente que o encurtamento de telômero está associado com o envelhecimento. Com o advento da medicina moderna, dos cuidados de saúde preventivos e de estilos de vida mais saudáveis, a esperança de vida humana aumentou, e há uma procura crescente para as pessoas parecerem mais jovens e terem uma melhor qualidade de vida à medida que envelhecem.

em 2010, os cientistas descobriram que a telomerase pode reverter algumas condições relacionadas com a idade em ratinhos. Isto pode ter potencial em medicina regenerativa.Nestes estudos foram utilizados ratinhos com deficiência de Telomerase; estes ratinhos têm atrofia tecidular, depleção das células estaminais, falência do sistema orgânico e resposta diminuída às lesões tecidulares. A reactivação da Telomerase nestes ratinhos causou extensão de telómeros, reduziu as lesões do ADN, inverteu a neurodegeneração e melhorou a função dos testículos, baço e intestinos. Assim, a reactivação de telomere pode ter potencial para tratar doenças relacionadas com a idade em seres humanos.o cancro é caracterizado por uma divisão celular não controlada de células anormais. As células acumulam mutações, proliferam incontrolavelmente, e podem migrar para diferentes partes do corpo através de um processo chamado metástase. Os cientistas observaram que as células cancerosas reduziram consideravelmente os telómeros e que a telomerase é activa nestas células. Curiosamente, só depois de os telómeros terem sido Encurtados nas células cancerosas é que a telomerase se tornou activa. Se a acção da telomerase nestas células pode ser inibida por fármacos durante a terapia do cancro, então as células cancerosas podem potencialmente ser interrompidas a partir de uma maior divisão.

Difference between Prokaryotic and Eukaryotic Replication
Property	Prokaryotes	Eukaryotes
Origin of replication	Single	Multiple
Rate of replication	1000 nucleotides/s	50 to 100 nucleotides/s
DNA polymerase types	5	14
Telomerase	Not present	Present
RNA primer remoção	DNA pol I	RNase H
Strand alongamento	DNA pol III	Pol δ, pol ε
Deslizante grampo	Deslizante grampo	PCNA

Seção Resumo

Replicação em eucariotas começa às várias origens de replicação. O mecanismo é bastante semelhante aos procariontes. Um iniciador é necessário para iniciar a síntese, que é então estendida pela DNA polimerase como ele adiciona nucleótidos um a um para a cadeia de crescimento. A cadeia líder é sintetizada continuamente, enquanto a cadeia retardada é sintetizada em trechos curtos chamados fragmentos de Okazaki. Os iniciadores de RNA são substituídos por nucleótidos de DNA; o DNA permanece uma cadeia contínua, ligando os fragmentos de DNA com a ligase de DNA. As extremidades dos cromossomas colocam um problema, pois a polimerase é incapaz de estendê-los sem um iniciador. Telomerase, uma enzima com um modelo de RNA incorporado, estende as extremidades copiando o modelo de RNA e estendendo uma extremidade do cromossomo. A DNA polimerase pode então estender o DNA usando o iniciador. Desta forma, as extremidades dos cromossomas são protegidas.

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