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Uma característica geral das células vivas é que elas se dividem. Antes que uma célula possa se transformar em duas, ela deve fazer uma cópia de seu DNA, ou ácido desoxirribonucleico, que contém suas informações genéticas. As células eucarióticas armazenam DNA em cromossomos fechados dentro das membranas de um núcleo celular. Sem múltiplas origens de replicação, a replicação levaria muito mais tempo e diminuiria o crescimento das células.
DNA 101
O DNA é uma molécula de cadeia longa com uma espinha dorsal de grupos alternados de açúcar e fosfato. Uma das quatro bases nucleotídicas - moléculas em forma de anel contendo nitrogênio - fica suspensa em cada grupo de açúcar. Duas cadeias de DNA formam uma estrutura de dupla hélice, na qual a base em cada local do açúcar se liga à sua base complementar na cadeia irmã. Somente certos emparelhamentos são permitidos; portanto, se você identificar uma base em um fio, conhece a base na mesma posição no outro fio.
Cromossomos
Nos eucariotos, os cromossomos são estruturas cilíndricas da cromatina, que é uma mistura de proteínas de DNA e histonas. As células humanas têm 23 pares de cromossomos, um membro de cada pai. Um cromossomo humano contém cerca de 150 milhões de pares de bases. A cromatina é bem dobrada para comprimir o DNA, de modo que caiba na célula. Se você definir de ponta a ponta todo o DNA de uma célula humana, ele medirá cerca de 1 metro. Para que a replicação ocorra, a hélice do DNA deve ser desenrolada imediatamente antes da cópia.
Replicação
As células eucarióticas alternam entre crescimento e divisão, e o DNA é replicado durante a fase de crescimento. O DNA entra em um estado relaxado que permite o acesso pela DNA polimerase, a enzima que copia cada cadeia. Outra enzima, helicase, primeiro separa os dois estandes em uma região chamada origem de replicação. Cada cadeia serve como modelo para uma nova cadeia com uma sequência complementar de bases nucleotídicas. Uma bolha de replicação ao redor da molécula de polimerase se move ao longo de cada fita de DNA durante a operação de cópia. Os fios velhos e novos se fecham na parte traseira da bolha.
Requisitos de tempo
A polimerase de DNA pode transcrever cromossomos eucarióticos a uma taxa de cerca de 50 pares de bases por segundo. Se o cromossomo tivesse apenas uma única origem de replicação, levaria cerca de um mês para copiar uma hélice de DNA. Usando várias origens, a célula pode replicar uma hélice em cerca de uma hora, uma aceleração de 720 vezes. Durante o processo, várias bolhas de replicação em cada cromossomo produzem pequenos pedaços de DNA que são então unidos para formar o produto final. A vantagem de múltiplas origens é que ela permite divisão celular relativamente rápida e crescimento do organismo. Por exemplo, uma mãe humana teria que carregar um feto por 540 anos antes de dar à luz se tivesse que depender de uma única origem de replicação em cada cromossomo.