A replicação do DNA tem sido extremamente bem estudada em procariontes, principalmente devido ao pequeno tamanho do genoma e ao grande número de variantes disponíveis. Escherichia coli tem 4,6 milhões de pares de bases em um único cromossomo circular, e tudo isso é replicado em aproximadamente 42 minutos, partindo de uma única origem de replicação e continuando ao redor do cromossomo em ambas as direções. Isso significa que aproximadamente 1000 nucleotídeos são adicionados por segundo. O processo é muito mais rápido do que nos eucariotos. A tabela resume as diferenças entre as replicações procariótica e eucariótica.
DNA polimerase pode cometer erros ao adicionar nucleotídeos. Ele edita o DNA, revisando cada nova base adicionada. Bases incorretas são removidas e substituídas pela base correta, e então a polimerização continua ( Figura a ). A maioria dos erros é corrigida durante a replicação, embora, quando isso não acontece, o mecanismo de reparo de incompatibilidade seja empregado. As enzimas de reparo incompatíveis reconhecem a base incorretamente incorporada e a eliminam do DNA, substituindo-a pela base correta ( Figura b ). Em ainda outro tipo de reparo, reparo de excisão de nucleotídeos, a cadeia dupla de DNA é desenrolada e separada, as bases incorretas são removidas juntamente com algumas bases na extremidade 5 ‘e 3’, e estas são substituídas copiando a matriz com a ajuda da DNA polimerase ( Figura c ). O reparo por excisão de nucleotídeos é particularmente importante na correção dos dímeros de timina, que são causados ​​principalmente pela luz ultravioleta. Num dímero de timina, dois nucleótidos de timina adjacentes um ao outro numa cadeia estão ligados covalentemente entre si em vez das suas bases complementares. Se o dímero não for removido e reparado, isso levará a uma mutação. Indivíduos com falhas em seus genes de reparo por excisão de nucleotídeos mostram extrema sensibilidade à luz solar e desenvolvem câncer de pele no início da vida.
A revisão pela DNA polimerase (a) corrige erros durante a replicação. No reparo incompatível (b), a base incorretamente adicionada é detectada após a replicação. As proteínas de reparo incompatíveis detectam esta base e a removem da fita recentemente sintetizada pela ação da nuclease. A lacuna é agora preenchida com a base corretamente emparelhada. Excisão de nucleótidos (c) repara dímeros de timina. Quando expostos a UV, as tiaminas adjacentes umas às outras podem formar dímeros de timina. Em células normais, elas são extirpadas e substituídas.
A maioria dos erros é corrigida; se não forem, podem resultar em uma mutação – definida como uma mudança permanente na sequência do DNA. Mutações em genes de reparo podem levar a sérias conseqüências, como o câncer.
O DNA se replica por um método semi conservativo no qual cada uma das duas cadeias de DNA parentais atua como um modelo para o novo DNA a ser sintetizado. Após a replicação, cada DNA tem uma cadeia parental ou “antiga” e uma filha ou “nova” vertente.
A replicação em eucariotos começa em múltiplas origens de replicação, enquanto a replicação em procariontes começa a partir de uma única origem de replicação. O DNA é aberto com enzimas, resultando na formação do garfo de replicação. Primase sintetiza um primer RNA para iniciar a síntese por DNA polimerase, que pode adicionar nucleotídeos em apenas uma direção. Um fio é sintetizado continuamente na direção do garfo de replicação; isso é chamado de cadeia principal. A outra vertente é sintetizada em uma direção distante do garfo de replicação, em pequenos trechos de DNA conhecidos como fragmentos de Okazaki. Este fio é conhecido como o fio atrasado. Uma vez completada a replicação, os iniciadores de ARNs substituídos por nucleotídeos de ADN e o ADN selado com ADN-ligase.
As extremidades dos cromossomos eucarióticos representam um problema, pois a polimerase é incapaz de estendê-los sem um primer. A telomerase, uma enzima com um molde de RNA embutido, estende as extremidades copiando o molde de RNA e estendendo uma extremidade do cromossomo. A DNA polimerase pode então estender o DNA usando o primer. Desta forma, as extremidades dos cromossomos são protegidas. Células têm mecanismos para reparar o DNA quando ele é danificado ou erros são cometidos na replicação. Esses mecanismos incluem reparo incompatível para substituir nucleotídeos que são pareados com uma base não complementar e reparo de excisão de nucleotídeos, que remove as bases que estão danificadas, como os dímeros de timina.
uma enzima que ajuda a abrir a hélice do DNA durante a replicação do DNA, quebrando as ligações de hidrogênio
durante a replicação da cadeia de 3 ‘para 5’, a cadeia que é replicada em fragmentos curtos e longe do garfo de replicação