Quais mecanismos garantem a precisão da replicação do DNA?

O ácido desoxirribonucléico, ou DNA, contém a informação genética transmitida de uma geração a outra. Em seu corpo, cada célula contém pelo menos um conjunto de todo o seu complemento genético, alojado em 23 cromossomos diferentes. Na verdade, a maioria de suas células tem dois conjuntos, um de cada pai. Antes que uma célula possa se dividir, ela deve replicar com precisão seu DNA para que cada célula filha receba informações genéticas completas e corretas. A replicação do DNA inclui um processo de revisão que ajuda a garantir a precisão.

O DNA é uma molécula longa com uma espinha dorsal de grupos alternados de açúcar e fosfato. Uma das quatro bases de nucleotídeos - adenina (A), guanina (G), citosina (C) e timina (T) - pende de cada unidade de açúcar. A sequência das quatro bases cria o código genético para a fabricação de proteínas. Os nucleotídeos de duas fitas de DNA se ligam entre si para formar a conhecida estrutura de dupla hélice. As regras de emparelhamento de base exigem que A apenas se ligue com T e C apenas com G. A célula deve obedecer a essas regras de emparelhamento durante a replicação para manter a precisão e evitar mutações.

A replicação é semiconservativa: as hélices recém-replicadas contêm uma fita original e uma recém-sintetizada. A fita original serve como modelo para a criação da nova fita. As enzimas helicase descompactam a estrutura de dupla hélice para expor as duas fitas do molde. A enzima DNA polimerase é responsável por ler cada nucleotídeo em uma fita modelo e adicionar a base complementar na nova fita alongada. Por exemplo, quando a polimerase encontra uma base G em uma fita modelo, ela adiciona à nova fita uma unidade de fosfato de açúcar contendo uma base C.

A DNA polimerase é uma enzima notável. Ele não apenas monta novas fitas de DNA, uma base de cada vez, como também revisa a nova fita à medida que ela avança. A enzima pode detectar uma base incorreta na nova fita, fazer backup de uma unidade de açúcar, cortar a base ruim, substituí-la pela base correta e retomar a replicação da fita modelo. A capacidade de eliminar a base incorreta, chamada de atividade de exonuclease, é incorporada aos complexos de DNA polimerase. A revisão resulta em uma taxa de precisão de cerca de 99 por cento.

A replicação precisa é importante o suficiente para que as células tenham desenvolvido um mecanismo de correção de erro secundário chamado reparo de incompatibilidade de DNA para consertar os erros que a DNA polimerase deixa escapar. O maquinário de reparo detecta incompatibilidades, inspecionando a estrutura da hélice do DNA em busca de deformidades. A família Mut de enzimas detecta uma incompatibilidade, identifica a fita recém-copiada, encontra um local adequado para clivar a fita e remove a porção que contém a incompatibilidade. A DNA polimerase então ressintetiza a porção removida. Ao contrário do reparo de base única que a DNA polimerase realiza durante a revisão, o mecanismo de reparo de incompatibilidade pode substituir milhares de bases para fazer um reparo.