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Os passos essenciais da replicação são os mesmos que nos procariotas. O início da replicação é mais complexo nos eucariotas. Na origem da replicação, um complexo pré-replicação é feito com outras proteínas iniciadoras. Outras proteínas são então recrutadas para iniciar o processo de replicação. O processo geral é o mesmo, embora as enzimas de nomes diferentes cumpram a mesma função. Por exemplo, o DNA pol III é usado para a maioria da replicação em procariotas, enquanto em eucariotas o fio condutor é continuamente sintetizado pela enzima pol δ, o fio condutor é sintetizado pela pol ε. Estamos focando nas enzimas usadas na replicação procariótica, portanto não se preocupe com essas diferenças de nome.

Aqui estão as diferenças importantes entre a replicação procariótica e eucariótica:

Tabela 1: Diferenças entre a replicação procariótica e eucariótica

Eukaryotes

Propriedade	Prokaryotes
Origem de replicação	Single	Múltiplos
Taxa de replicação	1000 nucleotídeos/s	50 a 100 nucleotídeos/s
DNA tipos de polimerase	5	14
Acondicionamento de ADN	Supercoiling	Borrar em torno de histones
Telomerase	Não presente	Atual

Originas e taxa de replicação

Genomas eucarióticos são muito mais complexos e maiores em tamanho do que os 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. Isso significa que deve haver múltiplas origens de replicação no cromossomo eucariótico para que todo o DNA seja replicado de forma oportuna; humanos podem ter até 100.000 origens de replicação. A taxa de replicação é aproximadamente 100 nucleotídeos por segundo, muito mais lenta que a replicação procariótica.

Tipos de DNA polimerase

O número de DNA polimerase em eucariotas é muito maior que o de procariotas: 14 são conhecidas, das quais cinco são conhecidas por terem papéis importantes durante a replicação e foram bem estudadas. Eles são conhecidos como pol α, pol β, pol γ, pol δ, e pol ε. Eu nunca vou perguntar os nomes dessas polimerases – aprenda os nomes das polimerases procarióticas.

Acondicionamento do DNA eucariótico

O DNA eucariótico é enrolado em torno de proteínas conhecidas como histonas para formar estruturas chamadas nucleosomas. O ADN deve ser tornado acessível para que a replicação do ADN possa prosseguir. A cromatina (o complexo entre o DNA e as proteínas) pode sofrer algumas modificações químicas, para que o DNA possa deslizar dos histones ou ser acessível às enzimas do mecanismo de replicação do DNA. Os procariotas não embalam seu DNA envolvendo-o ao redor dos histones.

Replicação de melómeros

Cromossomos procarióticos não semelhantes, os cromossomas eucarióticos são lineares. Como você aprendeu, a enzima DNA pol pode adicionar nucleotídeos apenas na direção 5′ para 3′. No fio condutor, a síntese continua até ao fim do cromossoma ser alcançado. No cordão retardatário, o ADN é sintetizado em pequenos trechos, cada um dos quais é iniciado por um primer separado. Quando o garfo de replicação chega ao fim do cromossoma linear, não há lugar para um primer a ser feito para que o fragmento de DNA seja copiado no final do cromossoma. Estas extremidades, portanto, permanecem não pareadas, e com o tempo estas extremidades podem ficar progressivamente mais curtas conforme as células continuam a se dividir.

As extremidades dos cromossomos lineares são conhecidas como telômeros, que possuem sequências repetitivas que não codificam um gene em particular. Estes telômeros protegem os genes que estão localizados no cromossomo de serem apagados à medida que as células continuam a se dividir. Em humanos, uma sequência de seis pares básicos, TTAGGGG, é repetida 100 a 1000 vezes. A descoberta da enzima telomerase (Figura 1) ajudou na compreensão de como os fins cromossômicos são mantidos. A enzima telomerase contém uma parte catalítica e um modelo de RNA incorporado. Ela se liga à extremidade do cromossomo, e bases complementares ao modelo de RNA são adicionadas na extremidade 3′ do fio de DNA. Uma vez que a extremidade do modelo de fita 3′ é suficientemente alongada, a DNA polimerase pode adicionar os nucleotídeos complementares às extremidades dos cromossomos. Assim, as extremidades dos cromossomos são replicadas.

Telomerase é tipicamente ativa em células germinativas e células-tronco adultas. Não é activa nas células somáticas adultas. Por sua descoberta da telomerase e sua ação, Elizabeth Blackburn (Figura 2) recebeu o Prêmio Nobel de Medicina e Fisiologia em 2009.

Telomerase e Envelhecimento

Células que sofrem divisão celular continuam a ter os seus telómeros encurtados porque a maioria das células somáticas não fazem telomerase. Isto significa essencialmente que o encurtamento dos telômeros está associado ao envelhecimento. Com o advento da medicina moderna, cuidados de saúde preventivos e estilos de vida mais saudáveis, a esperança de vida humana aumentou e há uma demanda crescente para que as pessoas pareçam mais jovens e tenham 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 ratos. Isto pode ter potencial na medicina regenerativa (Jaskelioff, 2011). Ratos com telomerase foram utilizados nestes estudos; estes ratos têm atrofia tecidual, esgotamento das células estaminais, falha do sistema orgânico e respostas de lesão tecidual prejudicadas. A reativação da telomerase nesses ratos causou extensão dos telômeros, reduziu os danos ao DNA, reverteu a neurodegeneração e melhorou a função dos testículos, baço e intestinos. Assim, a reativação dos telômeros pode ter potencial para tratar doenças relacionadas à idade em humanos.

Câncer é caracterizado pela divisão celular descontrolada 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 encurtaram consideravelmente os telómeros e que a telomerase é activa nestas células. Curiosamente, só depois de os telómeros terem encurtado nas células cancerosas é que a telomerase se tornou activa. Se a ação da telomerase nestas células puder ser inibida por medicamentos durante a terapia do câncer, então as células cancerosas poderiam potencialmente ser paradas de uma divisão posterior.