Rota 01_Biologia Molecular Básica

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NEAD – Núcleo de Educação a Distância 
ROTAS DE APRENDIZAGEM 
Biologia Molecular Básica| Introdução ao DNA | Aula 01 
Onde Chegar 
• Entender como a ciência se desenvolveu no caminho da descoberta do DNA 
• Conhecer a estrutura molecular do DNA 
• Compreender de que forma o DNA o se organiza dentro da célula 
 
O que Aprender 
• A origem do DNA: Dogma da biologia molecular (Crick) e a Dupla Hélice (Watson) 
• A estrutura química dos nucleotídeos que compõem o DNA 
• A forma como o DNA se compacta dentro da célula e a sua importância para 
transferência da informação genética 
 
 
AULA 
01 
Introdução ao DNA 
Biologia Molecular 
Básica 
 
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Biologia Molecular Básica| Introdução ao DNA | Aula 01 
Desenvolvimento 
O processo da evolução científica ao longo do tempo nos ajuda a compreender os 
conceitos e a nomenclatura dos elementos que atualmente conhecemos como genoma 
humano e seus desdobramentos. Em 1869, Friederich Miescher, um bioquímico suíço 
que trabalhava na Alemanha, isolou a partir de bandagens impregnadas de pus 
fornecidas por um hospital local uma substância que denominou “nucleína”. O pus é 
formado principalmente por glóbulos brancos, células nucleadas que proporcionaram 
uma fonte rica em DNA associado com proteínas. Mais tarde esta descoberta foi colocada 
em xeque uma vez que o que ele chamou de nucleína era encontrada somente nos 
cromossomos. 
Paralelamente, os cromossomos foram reconhecidos como estruturas dinâmicas nas 
células, capazes de se individualizar na divisão celular, associados a perpetuação da 
célula. Como as moléculas de DNA são enormes elas são empacotadas em cromossomos 
para que desta forma possam compor o núcleo das células eucarióticas. No slide 2 
encontra-se a imagem do DNA corado com um corante fluorescente (DAPI), que se liga 
ao DNA, podendo ser visualizado ao microscópio. Nota-se que o DNA é visualizado 
somente quando forma uma estrutura cilíndrica compactada, na preparação para divisão 
celular. Na célula em repouso não é possível distinguir os cromossomos idênticos por 
estarem na conformação estendida. A compactação do DNA é dependente de moléculas 
auxiliares, denominadas histonas, que servem como alicerce para o DNA se enrolar. 
Avance até os slides 10 e 11 para visualização dos cromossomos e a participação deles 
na divisão celular. 
Em 1940, experimentos foram realizados para demonstrar que o DNA é transmitido para 
gerações futuras, ou seja, foi definido como um elemento responsável para transferência 
da informação genética. Nestes experimentos duas cepas bacterianas de diferentes 
patogenicidades foram injetadas separadamente em camundongos. A cepa mais 
agressiva causava pneumonia e foi capaz de matar os camundongos, enquanto a menos 
agressiva não levava os camundongos a óbito. Mesmo quando a cepa agressiva foi 
inativada pelo calor, ela foi capaz de transferir o material genético para as cepas menos 
 
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agressivas, transformando-as e levando os camundongos à morte. Interessantemente o 
“princípio transformante” parecia ser uma substância resistente ao calor a ao efeito de 
proteases, o que descartava por completo a existência de proteínas na composição do 
DNA (Slide 2). 
Conceitos como os que foram definidos por Erwin Chagaff (1905-2002) contribuíram para 
a descoberta de Watson. Chagaff analisou o DNA de diferentes espécies, determinando 
sua composição de bases A T, C e G. Em qualquer DNA a porcentagem da base timina é 
sempre idêntica à da base adenina, enquanto a porcentagem da base citosina é sempre 
idêntica à da base guanina (Slide 3). 
A descoberta do século XX foi realizada por Francis Crick e James Watson. Os 
pesquisadores usaram os dados de Rosalind – sem o conhecimento e aprovação dela – e 
escreveram o artigo pioneiro em 1953, publicado na revista Nature. A descoberta de que 
o DNA era composto de duas fitas de um polímero enroladas como uma hélice tornou 
aparente o potencial para replicação e armazenamento para a informação hereditária 
(Slide 4). 
Segundo o modelo proposto por Watson e Crick, a molécula de DNA é constituída por 
duas cadeias polinucleotídicas dispostas em hélice ao redor de um eixo imaginário, 
girando para a direita (uma hélice dupla) (Slide 5). O DNA é composto de quatro tipos de 
nucleotídeos, ligados covalentemente, formando uma cadeia polinucleotídica (uma fita 
de DNA), com um esqueleto de açúcar-fosfato a partir do qual as bases (A, C, G e T) se 
estendem. Uma molécula de DNA é composta de duas fitas de DNA unidas por ligações 
de hidrogênio entre as bases pareada. Na figura apresentada no slide 5 e 6, as setas nas 
extremidades das fitas de DNA indicam as polaridades das fitas, que são antiparalelas 
entre si na molécula de DNA. 
A forma e a estrutura química das bases permitem que sejam formadas duplas ligações 
entre A e T, e três ligações entre C e G, definidas por pontes de hidrogênio. Os 
nucleotídeos são ligados covalentemente por ligações fosfodiéster pelo grupo 3'-
hidroxila (-OH) de um açúcar e o grupo 5'-hidroxila (P) do próximo açúcar. Assim, cada 
fita polinucleotídica tem uma polaridade química. A extremidade 5' do DNA é, por 
 
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convenção, ilustrada, carregando o grupo fosfato, enquanto a extremidade 3'é ilustrada 
com um grupo hidroxila (Slide 6). Ainda estas estruturas podem parear entre sim 
(pareamento de bases intra-cadeiras), formando estruturas alternativas (Slide 7). 
Por convenção a sequência de nucleotídeos é sempre escrita da extremidade 5’ para a 3’ 
e deve ser lida da esquerda para a direita e nas linhas sucessivas em direção ao final da 
página como é lido um texto normal. Na figura apresentada no slide 8, as sequências de 
DNA destacadas em amarelo mostram as três regiões do gene que codificam a sequência 
de aminoácidos da proteína beta-globina. 
O genoma humano 3,2 x 109 pares de bases, alinhado em 46 cromossomos que esticados 
correspondem a quase 2 metros. A compactação do DNA na forma de cromatina permite 
que célula humana contenha aproximadamente 2 metros de DNA dentro do diâmetro do 
núcleo de uma célula humana que é em torno de 6 m (Slide 9). As histonas são 
responsáveis pelo primeiro nível de compactação, chamado nucleossomo. Neste 
complexo existem 8 proteínas histonas no qual estão enrolados 147 pares de 
nucleotídeos (Slide 10). As histonas são ricas em aminoácidos positivos, o que explica sua 
ligação firma ao DNA, que é rico em cargas negativas dos açúcares e dos fosfatos. A 
quantidade de informação que está contida nos genomas é surpreendente! Lembramos 
o conceito de GENE: são segmentos de DNA que exercem função clara de codificação de 
proteína ou RNA. 
 Além disso, o genoma humano contém informações para mais de 30.000 proteínas 
distintas. O conjunto total de cromossomos é chamado cariótipo (Slide 10). 
Para formar um cromossomo funcional, uma molécula de DNA deve fazer mais do que 
simplesmente transportar os genes. Ela deve ser capaz de replicar, e as cópias replicadas 
devem ser separadas e fielmente divididas entre as duas células-filhas a cada divisão 
celular. Esse processo ocorre por meio de uma série de estágios ordenados conhecidos 
coletivamente como ciclo celular, que fornece uma separação temporal entre a 
duplicação dos cromossomos e sua separação entre as duas células-filhas (Slide 11). 
A condensação dos cromossomos na divisão celular tem um papel muito importante e 
está relacionada a progressão do ciclo celular. Os cromossomos interfásicos estão 
 
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dispostos como finas fitas emaranhadas, menos compactados e nesta fase irão se 
duplicar. Durante a fase M, a expressão genica é suspensa, e ocorrem modificações 
específicas nas histonas que auxiliam na reorganização da cromatina, à medida que esta 
é compactada. Quando a condensação é completada (na metáfase), as cromátides-irmãs 
estão desemaranhadas umas das outras e dispostas lados a lado. Assim, as cromátides-
irmãs podem ser facilmente separadas quando a maquinaria mitótica puxa uma para 
cada lado. Ainda, a compactação dos cromossomos protege as moléculas de DNA, 
relativamente frágeis, de quebras no momento da separação entre as células-filhas (Slide 
11). 
Ao longo desta aula, descobrimos a estrutura molecular do DNA, de que forma ele se 
organiza dentro da célula e ainda que a função do material genético é armazenamento e 
transmissão da informação genética para os descendentes. Para tanto, o dogma de Crick 
mostra que o fluxo da informação genética segue a seguinte direção: DNA → RNA→ 
PROTEÍNAS. Ainda, uma sequência de um ácido nucléico pode formar uma proteína, 
entretanto o contrário não é possível (Slide 12). O material genético deve controlar o 
desenvolvimento do fenótipo do organismo, seja esse um vírus, uma bactéria, uma 
planta ou um animal, ou seja, o material genético deve dirigir o crescimento e a 
diferenciação do organismo a partir do zigoto unicelular até o adulto maduro. Para 
controlar esse processo, o material genético deve não apenas se expressar 
acuradamente, mas cada gene deve agir no momento e no local precisos, garantindo que 
o fígado seja formado por células hepáticas, o sistema nervoso, por células nervosas e 
assim por diante. 
 
Vá mais Longe 
Capítulo Norteador: Capítulo 4 – DNA, Cromossomos e Genomas. ALBERTS, B; 
JOHNSON, A; LEWIS, J; RAFF, M; ROBERTS, K; WALTER, P. Biologia Molecular da Célula. 
6. ed., Artmed, 2017. 
https://revistapesquisa.fapesp.br/materia-desvendada/ 
https://revistapesquisa.fapesp.br/materia-desvendada/
 
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https://pt.khanacademy.org/science/biology/classical-genetics/molecular-basis-of-
genetics-tutorial/v/dna-deoxyribonucleic-acid 
 
Agora é sua Vez! 
Interação 
Agora que você possui a visão geral do DNA. Organize um quadro com as principais 
características químicas e a sequência de organização do DNA para que este seja 
acondicionado dentro das células eucarióticas. 
 
Questão para simulado 
Em relação ao DNA de dupla hélice, é INCORRETO afirmar que: 
a) A estabilidade da estrutura terciária do DNA depende das ligações de hidrogênio 
formadas entre os pares de bases e interações hidrofóbicas. 
b) Duas ligações de hidrogênio são formadas entre A e T, enquanto três são formadas 
entre G e C. 
c) A temperatura de desnaturação de uma molécula de DNA aumenta com a 
percentagem de pares de base A–T. 
d) Na célula viva, a cromatina usualmente adota a forma de colar de pérolas (“beads-
on-a-string”). 
e) O DNA de dupla-hélice pode associar-se a histonas e formar nucleossomas. 
 
RESPOSTA CORRETA: (c) 
 
Comentário: As ligações não covalentes do tipo pontes de hidrogênio, que mantêm a 
estrutura da dupla-hélice, podem ser desfeitas pelo calor, por pH muito ácido ou muito 
básico, ou por exposição a baixas concentrações de sais. Quando as pontes de hidrogênio 
são rompidas, as duas cadeias polinucleotídicas se separam em um processo 
denominado desnaturação. Os pares G-C são unidos por três pontes de hidrogênio e são, 
portanto, mais difíceis de serem separados no processo de desnaturação. Assim, quanto 
maior for o conteúdo de pares G-C em uma molécula de DNA maior será́ a energia 
necessária para separar as cadeias. 
Organize-se: 6 horas semanais – mínimo sugerido para autoestudo 
https://pt.khanacademy.org/science/biology/classical-genetics/molecular-basis-of-genetics-tutorial/v/dna-deoxyribonucleic-acid
https://pt.khanacademy.org/science/biology/classical-genetics/molecular-basis-of-genetics-tutorial/v/dna-deoxyribonucleic-acid
 
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REFERÊNCIAS 
CORDEIRO, CLARICE FOSTER – Fundamentos de Biologia Molecular e Celular, 1. ed. 
Intersaberes, 2020. 
LODISH, H; BERK, A; KAISER, C.A; KRIEGER, M; BRETSCHER, A; PLOEGH, H; AMON, A. 
Biologia Celular e Molecular. 7. ed. Artmed, 2014. 
MARK SANDERS, JOHN BOWMAN - Análise genética: uma abordagem integrada, 1. ed. 
Pearson, 2014. 
MICKLOS, D. A.; FREYER, G. A. & CROTTY, D. A. A Ciência do DNA. 2. ed. Porto Alegre, 
Artmed, 2005.