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title: "Replicação do DNA e mitose"
book: "Biologia universitária — 1.º ano"
subject: biology
language: pt
chapter: 18
exercises: 12
source: https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/18-replicacao-do-dna-e-mitose
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# Capítulo 18 — Replicação do DNA e mitose

A cada oito horas, mais ou menos, uma [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) do revestimento intestinal copia seis bilhões de [pares de bases](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#thm-b1-nucleic-acids-helix) com cerca de um erro em um bilhão, e depois distribui as duas cópias em duas filhas de modo que cada uma receba exatamente quarenta e seis [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) — não quarenta e cinco, não quarenta e sete. A cópia é feita por uma máquina que lê uma fita e constrói a complementar dela a cinquenta letras por segundo, a partir de dezenas de milhares de pontos de partida ao mesmo tempo; a distribuição é feita por um [fuso](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) de [microtúbulos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/6-organizacao-funcional-da-celula-eucariotica#def-b1-eukaryotic-cell-cytoskeleton) que separa as duas cópias de cada [cromossomo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) com uma exatidão de um erro em cem mil divisões. Este capítulo descreve a [forquilha de replicação](#def-b1-replication-mitosis-fork) e as [enzimas](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/13-enzimas-e-catalise-bioquimica#def-b1-enzymes-enzyme) dela, o problema das extremidades, o [ciclo celular](#def-b1-replication-mitosis-cycle) que marca o tempo da replicação e da divisão, e a [mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis), a própria divisão.

## 18.1 Replicação semiconservativa

**Proposição 18.1 (Cada fita é um molde).**

O [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) é replicado de modo *semiconservativo*: as duas fitas da hélice se separam, e cada uma serve de molde sobre o qual uma nova fita complementar é construída, de modo que toda molécula-filha é uma fita velha pareada com uma nova.

**Evidências.** Meselson e Stahl (1958; retomado do volume do Ensino Médio) cultivaram *E. coli* em nitrogênio pesado, transferiram-na para nitrogênio leve, e separaram o [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) por densidade: depois de uma geração todo o [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) tinha densidade intermediária, e depois de duas, metade intermediária e metade leve — exatamente a previsão de uma fita velha e uma nova por molécula, e de nenhum outro esquema. Cairns (1963) marcou [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) bacterianos em replicação com trítio e os fotografou por autorradiografia: círculos com uma “bolha” de replicação cujas duas forquilhas se moviam em sentidos opostos a partir de uma origem. Kornberg (1956) purificou uma [enzima](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/13-enzimas-e-catalise-bioquimica#def-b1-enzymes-enzyme) que sintetizava [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) em tubo de ensaio a partir dos quatro nucleosídeos trifosfatados e de um molde, na sequência do molde. ∎

**Definição 18.2 (A forquilha de replicação e as enzimas dela).**

A replicação começa numa *origem* — uma no [cromossomo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) bacteriano, dezenas de milhares num [genoma](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) eucariótico — em que a hélice é aberta e duas *forquilhas de replicação* se afastam em sentidos opostos. Em cada forquilha: uma *helicase* desenrola a hélice (um [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-atp) por [par de bases](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#thm-b1-nucleic-acids-helix)), *[proteínas](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) de ligação a fita simples* mantêm as fitas separadas afastadas, e uma *topoisomerase* à frente da forquilha alivia a torção que o desenrolamento acumula. A *DNA-polimerase* acrescenta [nucleotídeos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) apenas à hidroxila $3'$ de uma cadeia existente, de modo que toda fita nova cresce de $5' \to 3'$ e nenhuma consegue começar do nada: uma *primase* deposita antes um curto *iniciador* de [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) que a polimerase estende. No molde lido de $3' \to 5'$ a fita nova cresce continuamente rumo à forquilha: é a *fita contínua*. No outro molde a fita nova precisa crescer se afastando da forquilha, em pedaços de $1000\text{ to }2000\,$ [nucleotídeos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) nas bactérias e de $100\text{ to }200\,$ nos eucariotos, os *fragmentos de Okazaki*, cada um com o próprio iniciador: é a *fita descontínua*. Uma segunda polimerase substitui os iniciadores por [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) e uma *ligase* sela os fragmentos numa única fita.

![Uma forquilha de replicação. A helicase abre o duplex parental; a fita contínua é copiada sem interrupção rumo à forquilha, e a fita descontínua para trás, em fragmentos de Okazaki, porque as polimerases só constroem no sentido 5' 3'.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-replication-mitosis/fig-bb407bcb58a3.svg)

*Uma [forquilha de replicação](#def-b1-replication-mitosis-fork). A helicase abre o duplex parental; a fita contínua é copiada sem interrupção rumo à forquilha, e a fita descontínua para trás, em [fragmentos de Okazaki](#def-b1-replication-mitosis-fork), porque as polimerases só constroem no sentido $5' \to 3'$.*

**Proposição 18.3 (Fidelidade).**

O pareamento de bases sozinho daria cerca de um erro em $10^5$; a polimerase *revisa* — uma atividade exonuclease de $3' \to 5'$ retira um [nucleotídeo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) malpareado antes que o seguinte seja acrescentado —, o que leva o erro a um em $10^7$; e depois que a forquilha passou, um sistema de *reparo de malpareamento* encontra os malpareamentos restantes, identifica a fita nova e a corrige: um erro em $10^9$ a $10^{10}$ [pares de bases](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#thm-b1-nucleic-acids-helix) por replicação. Uma [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) humana que copia $6.4 \times 10^{9}$ pares comete um punhado de mutações a cada divisão; uma bactéria, uma a cada mil divisões.

**Exemplo 18.4 (Velocidade e pontos de partida).**

Uma forquilha bacteriana avança $1000\,$ [pares de bases](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#thm-b1-nucleic-acids-helix) por segundo: duas forquilhas copiam os $4.6\,\mathrm{Mb}$ da *E. coli* em $40\,\mathrm{min}$ e, em meio rico, em que a [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) se divide a cada vinte, uma nova rodada começa antes que a anterior termine. Uma forquilha eucariótica, retardada pela cromatina, avança $50\,$ por segundo: copiar um [cromossomo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) humano de $250\,\mathrm{Mb}$ a partir de uma única origem levaria um mês, e por isso o [genoma](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) é copiado a partir de umas $40\,000$ origens em oito horas, numa ordem fixa para cada tipo celular.

## 18.2 As extremidades

**Proposição 18.5 (O problema da replicação das extremidades e a telomerase).**

Num [cromossomo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) linear a fita descontínua não pode ser completada até a extremidade: quando o último iniciador é retirado não há hidroxila $3'$ a montante a partir da qual preencher a lacuna, e cada replicação encurtaria o [cromossomo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) em $50\text{ to }100\,$ [nucleotídeos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide). Os eucariotos terminam os [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) deles com *[telômeros](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-karyotype)*, milhares de cópias de uma repetição curta (TTAGGG nos vertebrados) que não carrega [genes](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene), e as [células](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) germinativas e as células-tronco carregam a *telomerase*, uma [enzima](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/13-enzimas-e-catalise-bioquimica#def-b1-enzymes-enzyme) com um molde de [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) próprio que acrescenta repetições à extremidade $3'$, restaurando o que a replicação perde. Quase todas as [células](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) somáticas não a têm: os [telômeros](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-karyotype) delas encurtam a cada divisão e, depois de umas cinquenta divisões em cultura, elas param de se dividir. As bactérias, com [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) circulares, não têm extremidades.

![O problema da replicação das extremidades (em cima) e a solução dele (embaixo). A fita descontínua fica curta na extremidade do cromossomo; a telomerase acrescenta repetições à extremidade 3' do molde, de modo que a perda recai sobre sequência que não carrega genes.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-replication-mitosis/fig-9f3f32d93012.svg)

*O problema da replicação das extremidades (em cima) e a solução dele (embaixo). A fita descontínua fica curta na extremidade do [cromossomo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome); a telomerase acrescenta repetições à extremidade $3'$ do molde, de modo que a perda recai sobre sequência que não carrega [genes](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene).*

## 18.3 O ciclo celular

**Definição 18.6 (O ciclo celular).**

O *ciclo celular* de uma [célula eucariótica](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-prokeuk) tem quatro fases. A *G$_1$* (intervalo 1): a [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) cresce e fabrica as [enzimas](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/13-enzimas-e-catalise-bioquimica#def-b1-enzymes-enzyme) da replicação; a *S* (síntese): ela replica o [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) dela, de modo que cada [cromossomo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) passa a ser duas *cromátides-irmãs* idênticas unidas no [centrômero](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-karyotype); a *G$_2$*: ela cresce mais e confere as cópias; a *M*: a *[mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis)*, a divisão do núcleo, seguida da *citocinese*, a divisão do [citoplasma](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell). A G$_1$, a S e a G$_2$ juntas são a *intérfase*, em que os [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) estão estendidos e ativos; uma [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) que para de se dividir deixa o ciclo a partir da G$_1$ e entra num estado de repouso, a G$_0$. Uma [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) humana em divisão leva cerca de $24\,\mathrm{h}$: G$_1$ $10\,\mathrm{h}$, S $8\,\mathrm{h}$, G$_2$ $4\,\mathrm{h}$, M $1\,\mathrm{h}$; uma levedura, $90\,\mathrm{min}$; um embrião inicial de rã, trinta minutos e nenhum intervalo.

![O conteúdo de DNA de um núcleo ao longo de um ciclo celular de 24\, h. Ele dobra durante a fase S, de q (2n cromossomos de uma cromátide) a 2q (2n cromossomos de duas cromátides), e volta a q em cada filha ao fim da mitose; o número de cromossomos nunca muda.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-replication-mitosis/fig-feba05b061f7.svg)

*O conteúdo de [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) de um núcleo ao longo de um [ciclo celular](#def-b1-replication-mitosis-cycle) de $24\,\mathrm{h}$. Ele dobra durante a fase S, de $q$ (2n [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) de uma [cromátide](#def-b1-replication-mitosis-mitosis)) a $2q$ (2n [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) de duas [cromátides](#def-b1-replication-mitosis-mitosis)), e volta a $q$ em cada filha ao fim da [mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis); o número de [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) nunca muda.*

**Proposição 18.7 (Pontos de checagem).**

O ciclo é impelido adiante por uma família de [proteínas](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) quinases, ativadas por sua vez por [proteínas](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) chamadas *ciclinas*, cujos níveis sobem e descem ao longo do ciclo, e é retido em *[pontos de checagem](#prop-b1-replication-mitosis-checkpoints)* até que as condições sejam atendidas: ao fim da G$_1$, a [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) se compromete a replicar apenas se estiver grande o bastante, nutrida e sinalizada para se dividir, e se o [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) dela estiver sem danos; ao fim da G$_2$, ela entra em [mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) apenas quando a replicação está completa; na [mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis), as [cromátides](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) só se separam quando cada [cromossomo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) está preso ao [fuso](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) pelos dois lados. Um dano interrompe o ciclo e, se não puder ser reparado, desencadeia a morte da [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell). A maquinaria molecular desse controle pertence ao volume do Ano 3; a falha dela é o câncer.

## 18.4 A mitose

**Definição 18.8 (Mitose).**

A *mitose* distribui os [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) replicados de modo que cada núcleo-filho receba uma cromátide de cada [cromossomo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) — o mesmo número e os mesmos [genes](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) do parental. As etapas dela:

- a *prófase* : os [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) se condensam em bastões visíveis, cada um de duas cromátides-irmãs mantidas unidas ao longo do comprimento delas por [proteínas](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) coesinas; os dois *[centrossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/6-organizacao-funcional-da-celula-eucariotica#def-b1-eukaryotic-cell-cytoskeleton)* se afastam e o *fuso mitótico* de [microtúbulos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/6-organizacao-funcional-da-celula-eucariotica#def-b1-eukaryotic-cell-cytoskeleton) cresce entre eles;
- a *prometáfase* : o [envoltório nuclear](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/6-organizacao-funcional-da-celula-eucariotica#def-b1-eukaryotic-cell-nucleus) se desfaz; os [microtúbulos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/6-organizacao-funcional-da-celula-eucariotica#def-b1-eukaryotic-cell-cytoskeleton) do fuso se prendem ao *cinetocoro* de cada cromátide, uma estrutura proteica do [centrômero](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-karyotype) , a partir de polos opostos;
- a *metáfase* : os [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) ficam alinhados no equador do fuso, cada um sob tração dos dois polos;
- a *anáfase* : a coesina é cortada, as cromátides-irmãs se separam e são puxadas para polos opostos à medida que os [microtúbulos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/6-organizacao-funcional-da-celula-eucariotica#def-b1-eukaryotic-cell-cytoskeleton) encurtam (anáfase A) e que os polos se afastam (anáfase B);
- a *telófase* : os [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) se descondensam, e um [envoltório nuclear](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/6-organizacao-funcional-da-celula-eucariotica#def-b1-eukaryotic-cell-nucleus) se refaz em torno de cada conjunto.

A *citocinese* então divide o [citoplasma](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell): nas [células](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) animais um *anel contrátil* de actina e miosina estrangula a [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) em duas; nas [células](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) vegetais vesículas vindas do [Golgi](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/6-organizacao-funcional-da-celula-eucariotica#def-b1-eukaryotic-cell-endomembrane) se fundem no equador numa *placa celular* que cresce para fora, formando uma parede nova.

![Células da ponta de raiz de cebola em intérfase, prófase, metáfase, anáfase, telófase e depois da citocinese, com a parede nova atravessando o meio. Os cromossomos só são visíveis enquanto estão condensados, da prófase à telófase.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-replication-mitosis/img-3fba7d211d74.jpg)

*[Células](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) da ponta de [raiz](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/3-organizacao-funcional-de-uma-planta-com-flores#def-b1-flowering-plant-organization-organs) de cebola em [intérfase](#def-b1-replication-mitosis-cycle), prófase, metáfase, anáfase, telófase e depois da citocinese, com a parede nova atravessando o meio. Os [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) só são visíveis enquanto estão condensados, da prófase à telófase.*

![Quatro etapas da mitose numa célula animal. Prófase: os cromossomos se condensam enquanto o fuso se forma a partir dos dois centrossomos. Metáfase: cada cromossomo fica no equador, preso pelos dois polos. Anáfase: as cromátides-irmãs são separadas. Telófase: dois núcleos se refazem e o sulco divide a célula.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-replication-mitosis/fig-2766ca124d8b.svg)

*Quatro etapas da [mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) numa [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) animal. Prófase: os [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) se condensam enquanto o [fuso](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) se forma a partir dos dois [centrossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/6-organizacao-funcional-da-celula-eucariotica#def-b1-eukaryotic-cell-cytoskeleton). Metáfase: cada [cromossomo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) fica no equador, preso pelos dois polos. Anáfase: as cromátides-irmãs são separadas. Telófase: dois núcleos se refazem e o sulco divide a [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell).*

![Uma célula em cultura na metáfase, com os microtúbulos marcados de verde e os cromossomos de azul: o fuso atravessa a célula de polo a polo e os cromossomos formam uma placa no equador dele.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-replication-mitosis/img-921338e6f76f.jpg)

*Uma [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) em cultura na metáfase, com os [microtúbulos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/6-organizacao-funcional-da-celula-eucariotica#def-b1-eukaryotic-cell-cytoskeleton) marcados de verde e os [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) de azul: o [fuso](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) atravessa a [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) de polo a polo e os [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) formam uma placa no equador dele.*

**Proposição 18.9 (O que a mitose conserva).**

A [mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) é uma divisão que conserva o número de [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome): uma [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) com 2n [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) (46 num ser humano) dá duas [células](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) com 2n. O conteúdo de [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) passa de $2q$ (depois da replicação) a $q$ em cada filha; o número de [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) nunca muda, porque um [cromossomo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) é contado pelo [centrômero](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-karyotype) dele, e cada [cromátide](#def-b1-replication-mitosis-mitosis), uma vez separada, é um [cromossomo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome). Toda [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) de um corpo é, assim, geneticamente idêntica ao óvulo do qual descende, exceto pelas mutações que a cópia introduziu. A divisão que reduz à metade o número de [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome), a meiose, pertence ao volume do Ano 2.

**Método 18.10 (Ler um experimento de ciclo celular).**

1. Meça o [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) por [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) (um corante cuja fluorescência é proporcional ao [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) , [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) a [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) ): as [células](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) em $q$ estão na G $_1$ , as em $2q$ na G $_2$ ou na M, e as intermediárias na S. As frações dão as durações: a parcela do ciclo de uma fase é a parcela de [células](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) nela.
2. Dê um pulso de [nucleotídeo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) marcado (bromodesoxiuridina): só as [células](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) na fase S o captam; a fração marcada é a fração em S, e acompanhar a marcação até a [mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) dá a duração da G $_2$ .
3. Conte as figuras de [mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) num corte corado: o *índice mitótico* , a fração de [células](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) em M, é a fração do ciclo que a M ocupa — $4\,\%$ para um ciclo de $24\,\mathrm{h}$ com uma [mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) de uma hora.
4. Bloqueie uma etapa (um fármaco que despolimeriza os [microtúbulos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/6-organizacao-funcional-da-celula-eucariotica#def-b1-eukaryotic-cell-cytoskeleton) para as [células](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) na metáfase; um que bloqueia a síntese de [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) as para na S) e conte o que se acumula.

**Exemplo 18.11 (Renovação).**

O [epitélio](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/4-planos-de-organizacao-e-tecidos-animais#def-b1-body-plans-tissues-epithelium) do intestino delgado é renovado a cada quatro dias, a pele a cada mês, e as hemácias a cada quatro meses a partir da medula, que produz dois milhões por segundo; uma [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) do fígado se divide uma vez por ano, mais ou menos, e um [neurônio](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/4-planos-de-organizacao-e-tecidos-animais#def-b1-body-plans-tissues-nervous) nunca. As [células](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) de um tumor perderam os [pontos de checagem](#prop-b1-replication-mitosis-checkpoints): elas se dividem quando não deveriam, toleram [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) mal distribuídos, e acumulam as mutações que as deixam se dividir ainda mais rápido. A quimioterapia explora a diferença: os fármacos que envenenam o [fuso](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) ou a polimerase matam primeiro as [células](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) que mais se dividem.

## 18.5 Exercícios

**Exercício 18.1 ★.**

Explique por que uma fita numa forquilha é copiada continuamente e a outra em fragmentos.

**Solução de Exercício 18.1.**

As polimerases só acrescentam [nucleotídeos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) a uma extremidade $3'$, de modo que as fitas novas crescem de $5' \to 3'$; os dois moldes são antiparalelos, de modo que numa forquilha uma fita nova pode crescer continuamente rumo à forquilha, enquanto a outra precisa crescer se afastando dela, recomeçando em fragmentos à medida que mais molde é exposto.

**Exercício 18.2 ★.**

Liste as [enzimas](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/13-enzimas-e-catalise-bioquimica#def-b1-enzymes-enzyme) e as [proteínas](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) de uma [forquilha de replicação](#def-b1-replication-mitosis-fork) e a tarefa de cada uma.

**Solução de Exercício 18.2.**

Helicase (desenrola), [proteínas](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) de ligação a fita simples (mantêm as fitas afastadas), topoisomerase (alivia a torção adiante), primase (iniciadores de [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain)), [DNA-polimerase](#def-b1-replication-mitosis-fork) (estende os iniciadores, revisa), uma segunda polimerase (substitui os iniciadores), ligase (sela os fragmentos).

**Exercício 18.3 ★.**

A partir da figura do conteúdo de [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain), leia o conteúdo de [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) na G$_1$, na G$_2$ e depois da [mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis), e o número de [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) em cada caso.

**Solução de Exercício 18.3.**

G$_1$: $q$, 2n [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) de uma [cromátide](#def-b1-replication-mitosis-mitosis). G$_2$: $2q$, 2n [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) de duas [cromátides](#def-b1-replication-mitosis-mitosis). Depois da [mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis): $q$ por filha, 2n [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) em cada uma.

**Exercício 18.4 ★.**

Ordene as etapas da [mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) e dê o evento que define cada uma.

**Solução de Exercício 18.4.**

Prófase (condensação, formação do [fuso](#def-b1-replication-mitosis-mitosis)), prometáfase (o envoltório se desfaz, os cinetocoros se prendem), metáfase (alinhamento no equador), anáfase (as [cromátides](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) se separam), telófase (os envoltórios se refazem), e depois a citocinese.

**Exercício 18.5 ★★.**

Calcule o número de [fragmentos de Okazaki](#def-b1-replication-mitosis-fork) produzidos ao copiar o [genoma](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) humano ($6.4 \times 10^{9}$ pares, fragmentos de $150\,$), e o número de iniciadores, de remoções de iniciador e de ligações que isso implica.

**Solução de Exercício 18.5.**

Metade do [genoma](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) é síntese da fita descontínua: $6.4 \times 10^{9}/150 =
4.3 \times 10^{7}$ fragmentos; outros tantos iniciadores, remoções e ligações.

**Exercício 18.6 ★★.**

Calcule a taxa de erro por [genoma](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) humano por replicação para uma polimerase sozinha ($10^{-5}$), com revisão ($10^{-7}$) e com reparo de malpareamento ($10^{-9}$). Quantas mutações cada caso dá por divisão?

**Solução de Exercício 18.6.**

$6.4 \times 10^{9}\times 10^{-5} = 64\,000$; $\times 10^{-7}$: 640; $\times 10^{-9}$: cerca de 6 mutações por divisão.

**Exercício 18.7 ★★.**

Uma [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) somática perde $80\,$ [nucleotídeos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) de [telômero](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-karyotype) por divisão e começa com $10\,\mathrm{kb}$; ela para de se dividir em $5\,\mathrm{kb}$. Quantas divisões ela consegue fazer? Por que uma [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) cancerosa precisa de telomerase?

**Solução de Exercício 18.7.**

$5000/80 = 62$ divisões. Um tumor precisa se dividir sem limite; sem telomerase os [telômeros](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-karyotype) dele se esgotariam e as [células](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) dele parariam ou morreriam, e por isso quase todos os cânceres reativam a [enzima](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/13-enzimas-e-catalise-bioquimica#def-b1-enzymes-enzyme).

**Exercício 18.8 ★★.**

Um [tecido](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/4-planos-de-organizacao-e-tecidos-animais#def-b1-body-plans-tissues-tissue) tem $5\,\%$ das [células](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) em [mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) e $30\,\%$ na fase S; a [mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) dura uma hora. Calcule a duração do ciclo e a duração da fase S.

**Solução de Exercício 18.8.**

Ciclo $= 1\,\mathrm{h}/0.05 = 20\,\mathrm{h}$; S $= 0.30\times 20 =
6\,\mathrm{h}$.

**Exercício 18.9 ★★.**

Uma [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) tem 2n $= 8$. Dê o número de [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome), o de [cromátides](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) e o conteúdo de [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) (em $q$) na G$_1$, na G$_2$, na metáfase e em cada filha depois da telófase.

**Solução de Exercício 18.9.**

G$_1$: 8 [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome), 8 [cromátides](#def-b1-replication-mitosis-mitosis), $q$. G$_2$: 8, 16, $2q$. Metáfase: 8, 16, $2q$. Filha: 8, 8, $q$.

**Exercício 18.10 ★★★.**

A *E. coli* precisa de $40\,\mathrm{min}$ para replicar o [cromossomo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) dela, mas se divide a cada $20\,\mathrm{min}$ em meio rico. Explique como, e calcule quantas origens e quantas forquilhas uma [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) contém no momento da divisão.

**Solução de Exercício 18.10.**

Novas rodadas começam a cada $20\,\mathrm{min}$ na origem, antes que a rodada anterior termine: a replicação é sobreposta, e uma [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) recém-nascida já tem [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) parcialmente replicado. Na divisão, o [cromossomo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) que termina a rodada dele foi iniciado $40\,\mathrm{min}$ antes, uma segunda rodada iniciada $20\,\mathrm{min}$ antes tem as forquilhas na metade do caminho, e uma terceira está apenas começando: 4 origens e 6 forquilhas na [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) em divisão.

**Exercício 18.11 ★★★.**

A colchicina despolimeriza os [microtúbulos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/6-organizacao-funcional-da-celula-eucariotica#def-b1-eukaryotic-cell-cytoskeleton). Preveja o que acontece com uma [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) em divisão tratada com ela, com o número de [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) dela se ela depois voltar à [intérfase](#def-b1-replication-mitosis-cycle), e por que o fármaco é usado para fazer [cariótipos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-karyotype).

**Solução de Exercício 18.11.**

Nenhum [fuso](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) se forma: os [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) se condensam mas não conseguem se alinhar nem se separar, e a [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) fica parada no [ponto de checagem](#prop-b1-replication-mitosis-checkpoints) do [fuso](#def-b1-replication-mitosis-mitosis), num estado semelhante à metáfase. Se ela escapar de volta à [intérfase](#def-b1-replication-mitosis-cycle) sem se dividir, fica com 4n [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) (tetraploide). [Células](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) paradas com [cromossomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) condensados e separados são exatamente o que um [cariótipo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-karyotype) precisa: o fármaco é aplicado para acumulá-las.

**Exercício 18.12 ★★★.**

“A [mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) é uma cópia do [genoma](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) seguida de uma contagem.” Discuta em um parágrafo: o que a replicação garante, o que o [fuso](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) garante, os [pontos de checagem](#prop-b1-replication-mitosis-checkpoints) entre os dois, e o que falha numa [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) que distribui mal um [cromossomo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome).

**Solução de Exercício 18.12.**

A replicação garante que cada [cromossomo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) se torne duas [cromátides](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) idênticas, a menos de um erro em um bilhão; o [fuso](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) garante que cada filha receba uma de cada par, prendendo cada [cromossomo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) pelos dois polos e segurando a anáfase até que todos estejam sob tração. O [ponto de checagem](#prop-b1-replication-mitosis-checkpoints) da G$_2$ garante que a cópia esteja terminada antes que a contagem comece; o [ponto de checagem](#prop-b1-replication-mitosis-checkpoints) do [fuso](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) garante que a contagem esteja montada antes da separação. Uma [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) que distribui mal termina com um [cromossomo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) a mais ou a menos (aneuploidia): uma cópia correta letra por letra, entregue no endereço errado — o que mata quase todas essas [células](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) e caracteriza quase todos os cânceres.

## 18.6 Problema: Copiar um genoma humano

**Problema 18.1.**

Problema de fim de semana — uma fase S de oito horas: forquilhas cronometradas, origens contadas, fragmentos e iniciadores somados, erros calculados, e uma bactéria comparada, terminando no número mínimo de origens

Uma [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) humana replica $6.4 \times 10^{9}$ [pares de bases](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#thm-b1-nucleic-acids-helix) numa fase S de $8\,\mathrm{h}$. Uma forquilha eucariótica avança $50\,\mathrm{bp}/\mathrm{s}$; uma forquilha bacteriana, $1000\,\mathrm{bp}/\mathrm{s}$. Os [fragmentos de Okazaki](#def-b1-replication-mitosis-fork) têm $150\,$ [nucleotídeos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) nos eucariotos e $1500\,$ nas bactérias. Cada [nucleotídeo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) acrescentado custa dois equivalentes de [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-atp) (o precursor trifosfatado). Taxas de erro por base: $10^{-5}$ para a polimerase sozinha, $10^{-7}$ com revisão, $10^{-9}$ com reparo de malpareamento.

**Parte I — Forquilhas e origens.**

1. Quantos [pares de bases](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#thm-b1-nucleic-acids-helix) uma forquilha copia em $8\,\mathrm{h}$ ?
2. Uma origem lança duas forquilhas. Quantos [pares de bases](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#thm-b1-nucleic-acids-helix) uma origem copia em $8\,\mathrm{h}$ ?
3. Calcule o número mínimo de origens necessárias para copiar o [genoma](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) em $8\,\mathrm{h}$ , se todas dispararem no início.
4. Calcule o espaçamento médio dessas origens ao longo do [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) , em quilobases e em micrômetros.
5. Na realidade as origens disparam ao longo de toda a fase S e cerca de $40\,000$ são usadas. Calcule o espaçamento médio e a distância média que uma forquilha de fato percorre.
6. Quanto tempo o maior [cromossomo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) ( $250\,\mathrm{Mb}$ ) levaria para ser copiado a partir de uma única origem no centro dele?
7. Explique por que foi o número de origens, e não a velocidade da forquilha, o que a evolução ajustou para encurtar a fase S.

**Parte II — Fragmentos e iniciadores.**

8. Calcule o número de [fragmentos de Okazaki](#def-b1-replication-mitosis-fork) produzidos numa fase S.
9. Calcule o número de iniciadores de [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) depositados, incluindo um por fita contínua por origem.
10. Calcule o número de ligações necessárias.
11. Calcule o total de [nucleotídeos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) polimerizados (as duas fitas do [genoma](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) inteiro).
12. Calcule os equivalentes de [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-atp) gastos na polimerização, e a velocidade média em [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-atp) por segundo ao longo da fase S.
13. Compare com a renovação de [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-atp) de uma [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) em repouso, de cerca de $10^9$ por segundo: que fração da energia da [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) vai para a polimerização?

**Parte III — Erros.**

14. Calcule o número de erros por fase S em cada uma das três taxas de erro.
15. A sequência codificante de um [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) tem $1.5\,\mathrm{kb}$ . Com a maquinaria completa, qual é a probabilidade de um dado [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) adquirir uma mutação numa divisão?
16. As [células](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) de uma pessoa passam por cerca de $10^{16}$ divisões ao longo da vida. Quantas mutações ao todo, a $10^{-9}$ ? Por que o corpo tolera isso?
17. Uma mutação inutiliza o reparo de malpareamento. Por qual fator a taxa de mutação sobe, e o que isso faz com o risco de câncer ao longo de uma vida?

**Parte IV — A bactéria.** *E. coli*: $4.6\,\mathrm{Mb}$, uma origem, duas forquilhas.

18. Calcule o tempo para replicar o [cromossomo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) .
19. Em meio rico a [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) se divide a cada $20\,\mathrm{min}$ . Quantas rodadas de replicação estão em curso ao mesmo tempo, e quantas origens uma [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) recém-nascida carrega?
20. Calcule o número de [fragmentos de Okazaki](#def-b1-replication-mitosis-fork) por rodada e por segundo.
21. Calcule os erros por rodada a $10^{-9}$ e a fração de células-filhas que carrega uma mutação nova.
22. Uma cultura de $10^9$ [células](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) por mililitro se divide uma vez. Quantas mutações novas aparecem num mililitro, e quantas atingem um dado [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) de $1\,\mathrm{kb}$ ?
23. Explique por que a resistência a antibióticos pode ser encontrada em quase qualquer cultura grande de uma linhagem sensível.
24. Compare os dois [organismos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/1-o-organismo-um-sistema-em-interacao-com-o-ambiente#def-b1-organism-environment-organism) : [pares de bases](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#thm-b1-nucleic-acids-helix) , origens, velocidade de forquilha, duração da fase S, e o projeto que permite copiar o [genoma](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) maior num tempo comparável.
25. Enuncie o resultado: o número mínimo de origens para uma fase S humana de $8\,\mathrm{h}$ , e o número real e o espaçamento delas.

**Solução de Problema 18.1.**

**1.** $50\times 28\,800 = 1.44 \times 10^{6}\,\mathrm{bp}$. **2.** $2.88 \times 10^{6}\,\mathrm{bp}$. **3.** $6.4 \times 10^{9}/2.88 \times 10^{6} = 2220$ origens. **4.** $2.9\,\mathrm{Mb}$, ou seja, $2.9\times 10^6\times 0.34\,\mathrm{nm} =
0.98\,\mathrm{mm}$ de [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) entre as origens. **5.** Espaçamento $6.4 \times 10^{9}/40\,000 = 160\,\mathrm{kb}$; cada forquilha percorre cerca de $80\,\mathrm{kb}$, meia hora de trabalho. **6.** $125\,\mathrm{Mb}$ por forquilha a $50\,\mathrm{bp}/\mathrm{s}$: $2.5 \times 10^{6}$ s, 29 dias. **7.** A velocidade da forquilha é limitada pela química e pela cromatina (vinte vezes mais lenta que nas bactérias); as origens podem ser multiplicadas sem limite, de modo que a fase S é encurtada acrescentando pontos de partida, e não acelerando as forquilhas. **8.** A síntese descontínua cobre metade do [genoma](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome), $3.2 \times 10^{9}$ [nucleotídeos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide): $2.1 \times 10^{7}$ fragmentos (as duas forquilhas de cada origem têm, cada uma, uma fita descontínua, e as metades somam o equivalente a um [genoma](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome)). **9.** $2.1 \times 10^{7} + 2\times40\,000 = 2.1 \times 10^{7}$ iniciadores. **10.** Cerca de $2.1 \times 10^{7}$ ligações (uma por fragmento) mais uma por encontro de forquilhas. **11.** $2\times6.4 \times 10^{9} = 1.28 \times 10^{10}$ [nucleotídeos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide). **12.** $2.56 \times 10^{10}$ [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-atp); ao longo de $28\,800\,\mathrm{s}$, $8.9 \times 10^{5}$ por segundo. **13.** Cerca de $0.1\,\%$ da renovação de [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-atp) da [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell): a polimerização é barata; o que sai caro é fabricar os [nucleotídeos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) e as [histonas](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-nucleosome). **14.** $64\,000$, 640 e 6.4 erros. **15.** $1500\times 10^{-9} = 1.5 \times 10^{-6}$: um [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) em setecentos mil por divisão. **16.** $10^{16}\times 6.4 = 6.4 \times 10^{16}$ mutações — cada mudança pontual possível do [genoma](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome), muitas vezes, espalhada entre $10^{13}$ [células](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell): quase todas caem em [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) não codificante ou em [células](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) que são descamadas, e uma [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) mutada é uma entre bilhões; só algumas poucas combinações numa mesma [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) importam. **17.** Cem vezes ($10^{-7}$): a sequência de mutações que faz um câncer, que a $10^{-9}$ leva décadas para se acumular, acumula-se muito antes — defeitos herdados no reparo de malpareamento causam câncer de cólon no início da vida adulta. **18.** $2.3 \times 10^{6}$ pares por forquilha a $1000\,\mathrm{bp}/\mathrm{s}$: $2300\,\mathrm{s}$, $38\,\mathrm{min}$. **19.** Cerca de duas rodadas sobrepostas; uma [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) recém-nascida carrega duas origens (cada uma já replicada uma vez) e forquilhas na metade do caminho: o [cromossomo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) dela já está parcialmente replicado ao nascer. **20.** $4.6 \times 10^{6}/1500 = 3070$ fragmentos por rodada, cerca de 1.3 por segundo. **21.** $4.6 \times 10^{6}\times 10^{-9} = 4.6 \times 10^{-3}$ erro por rodada: cerca de uma filha em 200 carrega uma mutação nova. **22.** $10^9\times4.6 \times 10^{-3} = 4.6 \times 10^{6}$ mutações novas por mililitro; um dado [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) de $1\,\mathrm{kb}$ é atingido $4.6 \times 10^{6}\times
1000/4.6 \times 10^{6} = 1000$ vezes. **23.** Com mil mutações independentes em qualquer [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) por mililitro e por divisão, cada mudança pontual possível — inclusive as que conferem resistência — já está presente numa cultura grande antes que o antibiótico seja aplicado; o fármaco seleciona, ele não cria. **24.** Ser humano: $6.4 \times 10^{9}$ pares, $40\,000$ origens, $50\,\mathrm{bp}/\mathrm{s}$, $8\,\mathrm{h}$. Bactéria: $4.6 \times 10^{6}$ pares, uma origem, $1000\,\mathrm{bp}/\mathrm{s}$, $40\,\mathrm{min}$. Um [genoma](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-genome) mil vezes maior, copiado por forquilhas vinte vezes mais lentas, em apenas doze vezes o tempo: a diferença são as dezenas de milhares de origens trabalhando em paralelo. **25.** Cerca de $2200$ origens no mínimo, se todas disparassem de uma vez; na realidade umas $40\,000$, uma a cada $160\,\mathrm{kb}$, disparando em sucessão, de modo que cada forquilha percorre cerca de $80\,\mathrm{kb}$.