Replicação e Reparo do DNA

Peso Pareto: high · Step: step1 · Tempo estimado: 40 min Por que importa: O Step 1 raramente pergunta “qual enzima faz X” de forma seca — ele dá uma criança com queimadura solar grave + câncer de pele (Xeroderma Pigmentoso) ou uma família com câncer de cólon precoce (Lynch) e pede o MECANISMO de reparo defeituoso. Acertar exige saber qual via repara qual tipo de dano. Além disso, replicação é alvo de antibióticos (quinolonas) e quimioterápicos.

🧩 Visão geral (chunked)

Para não se perder, organize tudo em 3 chunks com nomes próprios:

1. “A FORQUILHA” (replicação) — como a célula copia o DNA: abrir, escorvar, sintetizar, costurar. Choke points: helicase, primase, DNA pol III (a operária), DNA pol I (a faxineira), ligase, topoisomerase.
2. “OS 4 CONSERTOS” (reparo) — 4 oficinas, cada uma para um tipo de estrago: NER (dano grande/UV), MMR (erro de pareamento que escapou), BER (uma base estragada), e Reparo de Quebra de Dupla Fita (o estrago catastrófico).
3. “DOENÇA = OFICINA QUEBRADA” — a chave do exame: cada oficina defeituosa gera uma doença assinatura. NER→Xeroderma Pigmentoso; MMR→Lynch/HNPCC; quebra de dupla fita→BRCA e Ataxia-Telangiectasia.

Pense assim: o DNA é um manuscrito sendo copiado o tempo todo. A replicação é o escriba; os reparos são os revisores. Quando um revisor específico falta, surge um tipo específico de erro acumulado — e é esse erro que vira câncer. O exame testa exatamente o “qual revisor faltou”.

⚙️ Mecanismo

Chunk 1 — A FORQUILHA (Replicação)

A replicação é semiconservativa (cada fita-filha guarda uma fita-mãe) e bidirecional a partir de uma origem de replicação. Pense numa equipe abrindo um zíper pelo meio e copiando os dois lados ao mesmo tempo.

A sequência de eventos na forquilha (em ordem de “quem entra primeiro”):

• Helicase — abre o zíper. Quebra as pontes de hidrogênio e separa as duas fitas.

  • Por quê? As duas fitas estão grudadas por pontes de hidrogênio. Sem separar, a maquinaria de cópia não tem como “ler” a sequência. A helicase gasta ATP justamente para forçar essa abertura.

• Single-strand binding proteins (SSB) — calços. Grudam nas fitas abertas para impedir que o zíper feche de novo antes da cópia.
• Topoisomerase (DNA gyrase em bactérias) — alivia a tensão. Quando você abre um zíper no meio, o resto do cabo se enrola (supercoiling). A topoisomerase corta, desenrola e re-liga o DNA à frente da forquilha.

  • Por quê isso é high-yield? A topoisomerase II bacteriana (DNA gyrase) e a topoisomerase IV são o alvo das FLUOROQUINOLONAS (cipro/levofloxacino). A droga trava a enzima depois que ela cortou o DNA, impedindo a re-ligação → quebras de fita acumulam → bactéria morre. (Verificado: as quinolonas estabilizam o complexo de clivagem da gyrase/topo IV.)

• Primase — escreve a “primeira letra”. DNA polimerase não consegue começar do zero — ela só ADICIONA a uma ponta existente. A primase faz um pequeno escorva (primer) de RNA que dá esse ponto de partida.

  • Por quê de RNA e não DNA? Porque a única enzima capaz de iniciar de novo (sem ponta prévia) é a primase, e ela sintetiza RNA. Esse primer de RNA depois será removido (papel da pol I) — é um “andaime temporário”.

• DNA polimerase III (procariotos) — a operária principal. Sintetiza a nova fita de DNA sempre na direção 5’→3’. Possui também atividade exonuclease 3’→5’ = proofreading (revisão): se colocou a base errada, ela volta e remove.

  • Por quê 5’→3’ só? A pol só consegue adicionar nucleotídeos à hidroxila livre na ponta 3’. Isso gera a assimetria leading/lagging (abaixo).

• DNA polimerase I (procariotos) — a faxineira. Tem exonuclease 5’→3’ que REMOVE os primers de RNA e preenche o buraco com DNA.

  • Choke point clássico: pol III = síntese + proofreading (3’→5’); pol I = remove primer de RNA (5’→3’) e proofreading também. Não troque as direções no exame.

• DNA ligase — a costureira. Sela a última lacuna (nick) entre os fragmentos, formando a ligação fosfodiéster final.

Leading vs Lagging (o ponto que confunde todo mundo):

• Como a pol só anda 5’→3’ e as duas fitas-mãe são antiparalelas, só uma fita pode ser copiada de forma contínua, acompanhando a forquilha → fita leading (contínua).
• A outra precisa ser copiada “para trás”, em pedacinhos, à medida que a forquilha abre → fita lagging, feita de fragmentos de Okazaki (cada um precisa do seu próprio primer de RNA, depois removidos pela pol I e selados pela ligase).

  • Por quê em pedaços? A síntese tem que ir 5’→3’, mas a forquilha abre no sentido oposto nessa fita. A célula resolve isso copiando trechos curtos repetidamente, sempre no sentido permitido — como remar contra a maré dando braçadas curtas.

Chunk 2 + 3 — OS 4 CONSERTOS e a DOENÇA de cada um

Esta é a parte mais testada. A regra mestra: tipo de dano → via de reparo → doença quando a via falta.

Detalhando os mecanismos de doença (causa→efeito):

• NER defeituoso → Xeroderma Pigmentoso (XP): A luz UV do sol cria dímeros de pirimidina (duas pirimidinas vizinhas, tipo timina-timina, se ligam covalentemente e entortam a hélice). Normalmente o NER corta o trecho danificado e ressintetiza. Em XP (autossômico recessivo), o NER não funciona → os dímeros se acumulam a cada exposição solar → mutações → criança com fotossensibilidade extrema, queimaduras graves, lesões e câncer de pele (melanoma, carcinomas) já na infância.

  • Por quê só na pele? Porque o dano é causado pela UV, que só atinge pele e olhos. O órgão que recebe o estrago é o que adoece.

• MMR defeituoso → HNPCC / Lynch: Durante a replicação, a pol às vezes pareia errado e o proofreading deixa passar. O MMR é a “segunda revisão” que pega esses escapes na fita recém-feita. Sem MMR (mutação em MSH2/MLH1), erros se acumulam, especialmente em microssatélites (instabilidade de microssatélites). Resultado: Síndrome de Lynch (HNPCC) — câncer colorretal hereditário precoce (e endométrio, ovário). Autossômico dominante.

  • Por quê microssatélites? São regiões repetitivas onde a pol “escorrega” com facilidade — é justo onde o MMR é mais necessário. Sem ele, viram marca da doença.

• BER → glicosilase: Quando UMA base é estragada (ex: citosina desaminando em uracila), uma glicosilase específica reconhece e remove só aquela base, deixando um sítio sem base (AP site). Endonuclease corta, pol preenche, ligase sela.

  • Por quê uma via só para uma base? Eficiência: trocar uma letra errada é mais barato que cortar um trecho inteiro (NER). Use a ferramenta proporcional ao estrago.

• Quebra de dupla fita → BRCA1/2 e Ataxia-Telangiectasia (ATM): Quando AS DUAS fitas quebram (ex: radiação ionizante), não há molde intacto na própria fita → o reparo usa recombinação homóloga (copia da cromátide-irmã). BRCA1/BRCA2 são peças centrais dessa recombinação → mutação → câncer de mama e ovário hereditários. ATM é o sensor que detecta a quebra e dispara a resposta → mutação (autossômico recessivo) → Ataxia-Telangiectasia: ataxia cerebelar, telangiectasias, imunodeficiência (IgA baixa), e hipersensibilidade extrema à radiação ionizante / raio-X + risco de câncer (linfomas/leucemias). (Verificado: gene ATM, cromossomo 11, sensor de quebra de dupla fita, radiossensibilidade.)

  • Por quê A-T é radiossensível? Porque a radiação É a principal causadora de quebra de dupla fita, e o ATM é o detector dessa quebra. Sem detector, o dano da radiação não é reparado → célula morre ou vira maligna. Isso muda conduta: evitar raio-X diagnóstico nesses pacientes.

Por quê (síntese do tema todo)? Por que defeito de reparo = câncer? Porque cada divisão celular acumula erros; o reparo é o que mantém o genoma “limpo”. Tire um tipo de reparo e o tipo de mutação correspondente se acumula até ativar oncogenes/inativar supressores. Reparo defeituoso é a ponte entre ciência básica e oncogênese — exatamente o que o Step 1 ama testar.

🗺️ Concept Map

graph TD
  REPL[Replicação do DNA] -->|requer| HEL[Helicase abre a hélice]
  REPL -->|requer| TOPO[Topoisomerase / DNA gyrase alivia tensão]
  TOPO -->|é inibida por| QUIN[Fluoroquinolonas - antibiótico]
  HEL -->|permite| PRIM[Primase faz primer de RNA]
  PRIM -->|dá ponta 3' para| POL3[DNA pol III sintetiza 5'→3' + proofreading 3'→5']
  POL3 -->|gera| LEAD[Fita leading contínua]
  POL3 -->|gera| LAG[Fita lagging = fragmentos de Okazaki]
  LAG -->|primers removidos por| POL1[DNA pol I remove primer RNA 5'→3']
  POL1 -->|lacuna selada por| LIG[DNA ligase]

  DANO[Dano ao DNA] -->|UV: dímero de pirimidina| NER[NER]
  DANO -->|erro de pareamento que escapou| MMR[Mismatch Repair]
  DANO -->|1 base estragada| BER[Base Excision Repair]
  DANO -->|quebra de dupla fita| DSB[Reparo de quebra de dupla fita]

  NER -->|defeito causa| XP[Xeroderma Pigmentoso - câncer de pele/UV]
  MMR -->|defeito causa| LYNCH[HNPCC / Lynch - câncer colorretal]
  BER -->|usa| GLIC[Glicosilase remove a base]
  DSB -->|recombinação homóloga via| BRCA[BRCA1/2 - câncer mama/ovário]
  DSB -->|sensor da quebra| ATM[ATM - Ataxia-Telangiectasia / radiossensível]

🩺 Vinheta Clínica (estilo USMLE)

Uma menina de 4 anos é levada à consulta pelos pais, preocupados com a pele. Desde os primeiros meses de vida, mesmo com exposições breves ao sol, ela desenvolve queimaduras solares graves e bolhas. Ao exame: pele do rosto e braços com inúmeras sardas (lentigos), áreas de hiperpigmentação irregular, telangiectasias e algumas lesões crostosas; já foi removida uma lesão diagnosticada como carcinoma basocelular. Os pais relatam que evitam levá-la para fora de casa durante o dia. Não há déficit neurológico óbvio. História familiar: pais são primos de primeiro grau (consanguinidade).

Pergunta: Qual processo molecular está MAIS provavelmente defeituoso nesta paciente?

• A) Reparo por excisão de nucleotídeos (NER)
• B) Reparo de pareamento incorreto (mismatch repair)
• C) Reparo por excisão de base (base excision repair)
• D) Recombinação homóloga (reparo de quebra de dupla fita)
• E) Atividade exonuclease 3’→5’ de proofreading da DNA polimerase

🔁 Active Recall

Responda SEM olhar acima. Reconstrua o mecanismo de memória.

1. Explique por que a DNA polimerase precisa de um primer de RNA e por que esse primer é depois removido — qual enzima procariótica faz a remoção e em que direção?
2. Reconstrua por que existe uma fita leading (contínua) e uma lagging (fragmentos de Okazaki), partindo do fato de que a polimerase só sintetiza 5’→3’.
3. Sem olhar — para cada via de reparo (NER, MMR, BER, quebra de dupla fita), diga qual tipo de dano ela conserta e qual doença surge quando ela falta.
4. Explique por que o defeito de NER causa câncer só na pele enquanto o defeito de MMR causa câncer no cólon — o que determina o órgão afetado em cada caso?
5. Reconstrua por que um paciente com Ataxia-Telangiectasia é hipersensível a raio-X e o que isso muda na conduta clínica.
6. Explique por que as fluoroquinolonas matam a bactéria ao inibir a topoisomerase II (DNA gyrase) — o que acontece com o DNA quando a enzima trava após cortar?

🃏 Flashcards

Versão Anki tab-separated em _anki/dna-replication-repair.txt. Cards atômicos — cada um testa UM mecanismo.

• Q: Por que a DNA polimerase não inicia a síntese sozinha, e o que resolve isso? · A: Ela só adiciona nucleotídeos a uma ponta 3’ existente; a primase faz um primer de RNA que fornece esse ponto de partida.
• Q: Qual enzima procariótica remove os primers de RNA e em que direção? · A: DNA polimerase I, via exonuclease 5’→3’.
• Q: Qual a função da exonuclease 3’→5’ da DNA pol III? · A: Proofreading — remove a base recém-adicionada errada durante a replicação.
• Q: Por que a fita lagging é feita de fragmentos de Okazaki? · A: A síntese só ocorre 5’→3’, mas a forquilha abre no sentido oposto nessa fita → cópia em trechos curtos repetidos.
• Q: Qual enzima sela o nick final entre fragmentos? · A: DNA ligase.
• Q: Qual o alvo das fluoroquinolonas e o efeito? · A: Topoisomerase II (DNA gyrase) e topoisomerase IV bacterianas; a droga trava a enzima após o corte → impede re-ligação → quebras de DNA → morte bacteriana.
• Q: Qual via repara dímeros de pirimidina induzidos por UV? · A: NER (nucleotide excision repair) — remove um oligonucleotídeo com a lesão.
• Q: Defeito de NER causa qual doença e qual fenótipo? · A: Xeroderma Pigmentoso — fotossensibilidade extrema + câncer de pele precoce (autossômico recessivo).
• Q: Qual via repara bases mal pareadas que escaparam do proofreading? · A: Mismatch repair (MMR) — proteínas MSH/MLH.
• Q: Defeito de MMR causa qual síndrome e qual câncer? · A: HNPCC / Lynch — câncer colorretal hereditário (instabilidade de microssatélites).
• Q: Qual enzima inicia o base excision repair removendo uma base danificada? · A: Glicosilase (gera sítio AP, depois endonuclease corta).
• Q: BRCA1/2 participam de qual tipo de reparo e qual câncer surge no defeito? · A: Recombinação homóloga (quebra de dupla fita); defeito → câncer de mama e ovário.
• Q: Qual gene é defeituoso na Ataxia-Telangiectasia e qual seu papel? · A: ATM — sensor de quebra de dupla fita; defeito → ataxia, telangiectasias, imunodeficiência e hipersensibilidade à radiação ionizante.
• Q: Por que defeito de reparo de DNA predispõe a câncer? · A: Erros não corrigidos se acumulam → ativam oncogenes / inativam supressores tumorais.

📅 Interleaving & Revisão

• Intercale com:
  • Ciclo celular e p53 (p53 pausa o ciclo para permitir reparo; conecta reparo→oncogênese — discrimine “sensor de dano” ATM vs “guardião do genoma” p53).
  • Apresentações de câncer hereditário (BRCA, Lynch, Li-Fraumeni) — force discriminação entre síndromes de instabilidade genômica.
  • Quimioterápicos e antibióticos que atacam DNA/replicação (alquilantes, platina, fluoroquinolonas, etoposídeo/topoisomerase humana) — discrimine alvo procariótico vs humano.
  • Transcrição vs replicação (RNA pol não precisa de primer; DNA pol precisa) — par opostos que confunde.
• Spaced repetition: revisar em 1 → 7 → 16 → 35 dias.
• Dificuldade calibrada: ALTA (muitas vias com pares enzima/direção/doença fáceis de trocar). Encurtar o 1º intervalo e priorizar os cards de “via→dano→doença”. E-Factor inicial sugerido ~1.6.

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