Introdução à Genética
7.5 Replissomo | Uma máquina de replicação notável
longe da forquilha de replicação, no lamento descontínuo. A DNA polimerase necessita que um primer, ou uma
cadeia curta de nucleotídios, já esteja posicionado para iniciar a síntese.
FIGURA 7.19 A DNA polimerase remove o pareamento incorreto A-C com a utilização da sua atividade de exonuclease 3′ para 5′.
7.5 Replissomo | Uma máquina de replicação notável Outro marco da replicação do DNA é a velocidade. O tempo necessário para que a E. coli replique o seu cromossomo é tão breve quanto 40 min. Portanto, seu genoma de aproximadamente 5 milhões de pares de bases deve ser copiado a uma velocidade de aproximadamente 2.000 nucleotídios por segundo. A partir do experimento de Cairns, sabemos que a E. coli utiliza apenas duas forquilhas de replicação para copiar o seu genoma inteiro. Portanto, cada forquilha tem de ser capaz de se movimentar a uma velocidade de até 1.000 nucleotídios por segundo. O que é notável a respeito de todo o processo de replicação do DNA é que ele não sacrifica a velocidade pela precisão. Como ele consegue manter ambas, a velocidade e a precisão, tendo em vista a complexidade das reações na forquilha de replicação? A resposta é que a DNA polimerase é parte de um grande complexo “nucleoproteico” que coordena as atividades na forquilha de replicação. Esse complexo, denominado replissomo, é um exemplo de uma “máquina molecular”. Você encontrará outros exemplos nos capítulos posteriores. A descoberta de que as principais funções da célula — replicação, transcrição e tradução, por exemplo — são realizadas por grandes complexos de multissubunidades alterou o modo como pensamos a respeito das células. Para começar a compreender o motivo, vejamos o replissomo mais de perto.
Alguns dos componentes do replissomo na E. coli em interação estão demonstrados na
Figura 7.20. Na forquilha de replicação, o centro catalítico da DNA pol III for parte de um complexo muito maior, denominado holoenzima pol III, que é composto por dois centros catalíticos e muitas proteínas acessórias. Um dos centros catalíticos lida com a síntese do filamento contínuo, enquanto o outro lida com a síntese do filamento descontínuo.
Algumas das proteínas acessórias (não visíveis na Figura 7.20) formam uma conexão entre os dois centros catalíticos, coordenando, assim, a síntese dos filamentos contínuo e descontínuo. O filamento descontínuo está demonstrado fazendo uma alça, de modo que o replissomo consegue coordenar a síntese de ambos os filamentos e se movimentar para a forquilha de replicação. Uma proteína acessória importante, denominada grampo β, circunda o DNA como uma rosquinha e mantém a pol III ligada à molécula de DNA. Portanto, a pol III é transformada de uma enzima que pode adicionar apenas 10 nucleotídios antes de sair do molde (denominada enzima distributiva) em uma enzima que permanece na forquilha em movimento e que adiciona dezenas de milhares de nucleotídios (uma enzima processiva). Resumidamente, por meio da ação de proteínas acessórias, a síntese de ambos os filamentos contínuo e descontínuo é rápida e altamente coordenada.
FIGURA 7.20 O replissomo e as proteínas acessórias realizam uma diversidade de etapas na forquilha de replicação. A topoisomerase e a helicase desenrolam e abrem a dupla-hélice na preparação para a replicação do DNA. Quando a dupla-hélice foi desenrolada, proteínas de ligação a filamento simples evitam que a dupla-hélice se forme novamente. A ilustração é uma representação do assim denominado modelo em trombone (denominado em virtude da sua semelhança com um trombone em virtude da alça do filamento descontínuo), demonstrando como se imagina que os dois centros catalíticos do replissomo interajam para coordenar os diversos eventos de replicação dos filamentos contínuo e descontínuo.
Observe que a primase, a enzima que sintetiza o primer de RNA, não está tocando na
proteína grampo. Portanto, a primase atua como uma enzima distributiva — ela adiciona apenas alguns ribonucleotídios antes de se dissociar do molde. Esse modo de ação faz sentido, tendo em vista que o primer precisa ser apenas longo o suficiente para formar um ponto inicial dúplex adequado para a DNA pol III.