biologia molecular 1

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Biologia Molecular 
Aplicada à Biomedicina
Responsável pelo Conteúdo:
Prof.ª Me. Thaís de Oliveira Cardoso
Revisão Técnica:
Prof.ª Dr.ª Gabriela Cavagnolli
Revisão Textual:
Prof.ª Dr.ª Selma Aparecida Cesarin
Descobrindo o DNA e a Origem da Vida
Descobrindo o DNA 
e a Origem da Vida
 
 
• Apresentar ao aluno as bases da Biologia Molecular, o avanço histórico e como ela se relaciona 
com as demais Áreas da Ciência;
• Apresentar a estrutura do DNA e como ocorre a replicação do DNA;
• Abordar o reparo do DNA e o desenvolvimento do câncer.
OBJETIVOS DE APRENDIZADO 
• A Origem da Vida e a Evolução Molecular dos Organismos;
• O Dogma Central da Biologia Molecular e suas Exceções;
• Compreendendo a Estrutura do DNA;
• Organização do DNA, Estudo dos Cromossomos e Genes;
• Replicação do DNA;
• Sistema de Reparo de DNA;
• Metilação: O Reparo de DNA e o Câncer.
UNIDADE Descobrindo o DNA e a Origem da Vida
A Origem da Vida e a Evolução 
Molecular dos Organismos
Acredita-se que a primeira forma de vida na Terra tenha surgido há cerca de 3,5 
bilhões de anos. 
O processo evolutivo resultou em uma extraordinária diversidade de formas vivas 
e, atualmente, estima-se que mais de dez milhões de espécies habitem a Terra, cada 
qual com suas diferenças e, necessariamente, com capacidade de se multiplicar. 
Figura 1
Fonte: Fotolia
Observando um urso e um polvo, quão parecidos você diria que eles são? E você, 
comparado(a) a uma aranha? 
Mesmo em meio a tal paradigma, nossos ancestrais, sem conhecimento da exis-
tência do ácido desoxirribonucleico (DNA) conseguiram determinar que tudo que era 
“vivo” tinha algo em comum que o capacitava como tal. 
Estudos bioquímicos revelaram que a matéria viva e a matéria inorgânica são 
compostas pelos mesmos elementos, apenas com diferenças em sua organização. 
Assim, tudo é um aglomerado de Sistemas Químicos. 
Posteriormente, determinou-se que o padrão de organização em nível molecular é 
preservado em todos os seres vivos, constituindo uma célula. Logo, a célula é a uni-
dade mínima que constitui todas as espécies, devendo possuir elementos para obter 
matéria-prima do ambiente e produzir uma nova cópia. 
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É possível classificar as células em duas diferentes categorias – procariontes e 
eucariontes (Figura 2), com a diferença de que as células procariontes não possuem 
membrana nuclear e, evolutivamente, antecedem as células eucariontes. 
Eucariote Procarionte
Nucléolo
Mitocôndria
Membrana celular
Ribossomos
Nucleóide
Flagelo
Núcleo fechado 
por membrana Cápsula 
(alguns procariontes)
Parede celular 
(em alguns eucariotos)
Figura 2 – Célula eucarionte e célula procarionte
Fonte: Adaptado de Wikimedia Commons
Embora sejam diferentes, é incrível notar que todas as células vivas do Planeta 
Terra, sem qualquer exceção, de acordo com nosso conhecimento, armazenam suas 
informações hereditárias da mesma maneira – na forma de ácidos nucleicos.
Agora, imagine que você é um cientista vivendo no ano de 1928, e acredita que 
exista alguma forma comum para que os seres vivos armazenem suas informações 
(sem saber da existência do DNA). 
Como você poderia comprovar sua hipótese? 
Parece difícil? 
Vamos facilitar! 
Para isso, você dispõe, em seu Laboratório, de duas linhagens de bactérias – uma 
delas é virulenta, possui uma cápsula de polissacarídeo que previne sua fagocitose e 
é letal quando injetada em camundongos. A outra linhagem é avirulenta, não possui 
cápsula e não transmite doença (quando injetada em camundongos, eles sobrevivem). 
Agora, pense num experimento que comprove que as informações hereditárias 
podem ser transmitidas de um organismo para outro. 
Ficou curioso? 
Então, antes de prosseguir, que tal pesquisar mais na Bibliografia recomendada 
sobre o “Experimento de Griffth”?
Experimentos Clássicos: DNA como material genético . Acesse em: https://bit.ly/2ZpSnJ2
Esse foi o primeiro indício da troca de informação genética, sem saber que o 
que permitia isso era a existência do DNA. Assim, foi chamado apenas de “princí-
pio transformante”. 
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UNIDADE Descobrindo o DNA e a Origem da Vida
Somente em 1944, Avery, MacLeod e McCarty isolaram o “princípio transfor-
mante”, revelando que o componente responsável pela transformação das linhagens 
bacterianas avirulentas em virulentas era o DNA, fornecendo uma das indicações 
conclusivas de que o DNA é responsável por carregar a informação genética dos 
seres vivos.
Tudo que se encontra no Planeta é constituído por átomos, unidade básica da 
matéria, que estabelece ligações químicas e, em níveis mais complexos, resulta na 
formação dos seres. 
Vimos que a principal característica que constitui um ser vivo é o fato de possuir 
material genético e ser capaz de transmiti-lo às células-filhas. 
Compreender a estrutura do DNA, sua atuação e como é possível manipulá-lo, de-
pende do entendimento das ligações e das reações químicas dos compostos, integran-
do seus conhecimentos de Bioquímica, Química, Biologia Celular e Biologia Molecular.
Trocando Ideias
Se o DNA carrega a informação genética, essencial para definir as funções e as diferenças 
entre uma célula e outra, podemos determinar, com total certeza que, quanto mais 
complexo o organismo, maior será seu genoma (conjunto total de DNA contido em um 
organismo), certo?
Não!! 
Você consideraria uma cebola um ser mais complexo que você? 
O tamanho do genoma haploide de um ser humano é de 3.000Mb e o de uma cebola, 
por exemplo, é de 15.000Mb. 
O que explica isso? 
Fique atento, você compreenderá adiante, quando forem explicados os íntrons e os éxons.
Teste seu conhecimento:
• Qual é a diferença entre células eucariontes e procariontes?
• O que é o Experimento de Griffth?
• Qual é a função do DNA?
O Dogma Central da Biologia 
Molecular e suas Exceções
As instruções requeridas para uma célula realizar suas funções estão contidas no 
DNA, essa informação hereditária deve ser passada de uma célula às suas células-
-filhas durante a divisão celular (Figura 3). 
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Figura 3 – Divisão celular
Fonte: Getty Images
O DNA constitui-se por longas cadeias poliméricas, pareadas entre si e compostas 
sempre pelos mesmos quatro monômeros – denominados nucleotídeos. Suas estrutu-
ras contêm bases orgânicas cíclicas. As duas fitas se ligam pelas bases e se enrolam, for-
mando uma estrutura de dupla-hélice (Figura 4) (descrita em 1953, por Watson e Crick). 
Figura 4 – Estrutura do DNA de uma célula eucariótica
Fonte: Pixabay
A informação genética transportada pelo DNA reside na sua sequência, a ordem 
linear de nucleotídeos ao longo de uma fita. Cada segmento específico de DNA 
 denominado gene, carrega a instrução para a produção de uma proteína específica. 
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UNIDADE Descobrindo o DNA e a Origem da Vida
Existem dois tipos de ácidos nucleicos – o ácido desoxirribonucleico (DNA) e o 
ácido ribonucleico (RNA). 
A diferença é que o ácido desoxirribonucleico tem um átomo de oxigênio a menos. 
A informação genética contida no DNA é copiada (ou transcrita) em moléculas de 
RNA, constituído também por nucleotídeos. Sua sequência pode ser traduzida e 
determinar a disposição de cada aminoácido em uma cadeia que originará uma pro-
teína (Figura 5). 
Essa série de acontecimentos, nessa ordem, é conhecida como “Dogma Central 
da Biologia Molecular”.
Proteína
RNA
DNA
Replicação /DNA DNA/
Transcrição /DNA RNA/
Tradução /RNA Proteína/
Figura 5 – Dogma Central da Biologia Molecular
Fonte: Adaptado de Getty Images
O Dogma Central da Biologia Molecular, proposto por Francis Crick, na época, es-
tabelecia que o fluxo de informação genética era único (DNA → RNA → Proteína), de 
maneira que uma molécula de DNA serve de molde para a formação de um RNA que, 
por sua vez, serve de molde para a cadeia de aminoácidos, que forma uma proteína. 
Entretanto, o aprofundamento desses conhecimentos revelou novas possibilidades 
a serem incluídas no fluxo de informação genética:
• Não é todo RNA que é traduzido originando umaproteína. Existem RNAs que 
por si são funcionais e apresentam importantes atividades na célula;
• Existem vírus de RNA que possuem a capacidade de, a partir de sua molécula 
de RNA, originar uma molécula de DNA, processo denominado transcrição 
reversa (DNA ← RNA);
• Foram descobertos os príons – Basicamente, proteínas que se propagam em cé-
lulas hospedeiras, capazes de alterar a conformação proteica de outras proteínas. 
Dessa forma, o fluxo gênico pode ser interpretado como Proteína ← Proteína.
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Trocando Ideias
Vamos tornar mais claro com uma analogia? 
Imagine que uma pessoa cuja língua nativa é o japonês tem uma importante informa-
ção a ser passada para um brasileiro que não sabe japonês. Assim, a informação fala-
da, servindo como “molde” (seria a sequência de DNA) é captada por um dispositivo 
de voz que transcreve a informação para escrita em japonês (ou seja, a informação é 
transcrita – Processo no qual a “linguagem” do DNA e RNA é a mesma – Nucleotídeos). 
Lembrando-se de que a fala em japonês não é magicamente transformada na escrita, 
mas serve como um “molde”, sendo reconhecida na sua ordem correta e gerada a infor-
mação escrita, que é traduzida e, por fim, capaz de ser interpretada (Tradução – RNA e 
proteína possuem “linguagens” diferentes, assim, a informação em nucleotídeos precisa 
ser traduzida para aminoácidos).
Teste seu conhecimento:
• Qual é a diferença entre DNA e RNA? 
• Quais etapas fazem parte do Dogma Central da Biologia Molecular? 
• O que são príons?
Compreendendo a Estrutura do DNA
Você já aprendeu que a molécula de DNA contém a informação genética dos 
seres vivos e que é constituída por longas cadeias poliméricas, pareadas entre si e 
compostas por nucleotídeos (Figura 6). 
Os nucleotídeos são moléculas formadas por um grupo fosfato unido por uma 
ligação fosfodiéster a um carboidrato (pentose), que pode ser uma ribose ou desoxir-
ribose, conectado a um anel que contém um nitrogênio (base nitrogenada).
Grupo fosfato
Ribose
Timina Adenina
Citosina Guanina
Figura 6 – Estrutura química do nucleotídeo
Fonte: Adaptado de Getty Images
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UNIDADE Descobrindo o DNA e a Origem da Vida
As bases nitrogenadas são divididas em purinas – adenina e guanina, que pos-
suem um par de anéis fusionados, e pirimidinas – citosina, timina e uracila, que 
possuem um anel único. 
A adenina (A), a guanina (G) e a citosina (C) são encontradas no DNA (Figura 7A) 
e no RNA (Figura 7B). A timina (T) é encontrada apenas no DNA, e a uracila (U), 
apenas no RNA. 
A B
Timina
Ligação de hidrogênio
Adenina
Adenina
Adenina
Citosina
Citosina
Citosina
Uracilo
Uracilo
Nucleotídeo
Nucleotídeo
Fosfato
Espinha dorsal do 
fosfato de açúcar
Ribose
Guanina
Guanina
Guanina
Açucar
Purinas Pirimidinas
Purinas
Base
BASE
Pirimidinas
Fosfato
Figura 7 – Estrutura do DNA (A), estrutura do RNA (B)
Fonte: Adaptado de Getty Images
Com base em seus conhecimentos químicos, observe a molécula de DNA e de RNA e responda: 
Por qual razão o DNA é o carreador da informação genética nas células e não o RNA? É im-
portante lembrar qual a diferença entre uma desoxirribose e uma ribose. 
A razão encontra-se no hidrogênio, na posição 2’ da desoxirribose do DNA, vez que o grupo 
hidroxila presente no RNA na posição 2’ da ribose o deixa suscetível a ataques nucleofílicos. 
A ausência de hidroxila do DNA reduz sua suscetibilidade à hidrólise alcalina e favorece a 
formação de dupla hélice, tornando-o uma molécula mais estável, característica essencial 
para sua função de armazenamento da informação genética em longo prazo.
A ligação fosfodiéster é feita entre um grupo químico hidroxila (OH) ligado ao 3º 
carbono da pentose de um nucleotídeo e o fosfato do nucleotídeo seguinte ligado ao 
carbono 5 da pentose dele (Figura 8). 
Na estrutura do DNA, a extremidade da molécula que contém a pentose com o 
carbono 5 livre é denominada extremidade 5′, a que tem a pentose com o carbono 
3 livre é denominada extremidade 3′.
Importante! 
Note que é uma ligação fosfodiéster pois o ácido fosfórico foi unido a dois álcoois 
(os grupos hidroxila das pentoses) por uma ligação do tipo éster em ambos os lados, 
logo → diéster.
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A B
Adenina
Extremidade
5’ fosfato Extremidade
5’ – fosfato
Ligação
glicosídica
Ligação
glicosídica
Extremidade 
3’ – hidroxila
Extremidade 
3’ – hidroxila
Ligação
fosfodiéster
Ligação
fosfodiéster
Citosina
Guanina
Timina
Figura 8 – Ligação fosfodiéster
Fonte: Adaptado de ZAHA et al., 2014, p. 21
Observe que o ácido fosfórico utiliza dois de seus três grupamentos ácidos nas 
ligações 3′,5′ – diéster, e o grupamento restante confere ao ácido nucleico suas pro-
priedades ácidas
Importante!
O caráter ácido do DNA possibilitará a formação de ligações iônicas com proteínas básicas. 
Além disso, torna os ácidos nucleicos basófilos (evidenciados por corantes básicos). 
Os nucleotídeos também são descritos como monofosfato de nucleosídeo (NMP). 
Por sua vez, a adição de um ou dois grupos fosfatos resulta em difosfatos de nucleo-
sídeo (NDP) e trifosfato de nucleosídeo (NTP) (Figura 9). 
É necessário destacar a forma trifosfato que você verá adiante como a molécula 
precursora durante a síntese do ácido nucleico no interior da célula. 
Além do mais, sem dúvida, você conhece outras moléculas trifosfatadas essenciais 
para a célula – o ATP (trifosfato de adenosina) e o GTP (trifosfato de guanosina), 
fundamentais na bioenergética celular, em vista da enorme quantidade de energia 
envolvida na adição ou remoção do grupo fosfato terminal. 
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UNIDADE Descobrindo o DNA e a Origem da Vida
Nucleosídeo monofosfato
Pirimidinas
Purinas
Deoxirribose
Pentose
Ligação glicosídica
Base
Ribose
Nucleosídeo difosfato
Nucleosídeo trifosfato
Nucleosídeo
Adenina Guanina
Citosina Uracila Timina
Figura 9 – Nucleotídeos
Fonte: Adaptado de Wikimedia Commons
As fitas de DNA são complementares (conhecida como Regra de Chargaff): sempre 
que há um A, a fita correspondente apresenta um T. Por sua vez, o C pareia com G. 
A complementaridade é tamanha que, mesmo sendo separadas, elas se juntam es-
pontaneamente sob condições adequadas de concentração salina e temperatura. 
Dessa forma, a detecção de uma das fitas já permite descobrirmos a sequência da 
correspondente, o que pode ser muito útil em diversos experimentos e técnicas de 
Biologia Molecular.
A estrutura tridimensional do DNA, em dupla hélice, deve-se às características 
químicas e estruturais das duas fitas, mantidas unidas por ligações de hidrogênio 
(Figura 10). 
Além disso, há ligações hidrofóbicas e de van der Waals entre os pares de bases 
adjacentes, contribuindo para a estabilidade da estrutura de hélice. 
As bases de cada nucleotídeo são voltadas para o interior da dupla hélice e a 
pentose ligada ao fosfato posiciona-se na região externa. 
Perceba que, em um DNA nativo, uma base de anel único (pirimidina) sempre se 
liga a uma base de dois anéis (purina), de forma que A sempre está ligada com T, e 
G com C. Essa é a disposição energeticamente mais favorável e, dessa forma, cada 
base apresenta uma largura semelhante e a estrutura de pentose ligada ao fosfato 
encontra-se equidistante na molécula de DNA. 
Em vista dessa disposição e da complementaridade das bases, necessariamente, 
para que seja possível esse encaixe, as duas fitas são antiparalelas (uma fita deve 
estar em orientação oposta à da outra fita). 
Observe na Figura que, enquanto numa fita observa-se a extremidade 5’, na sua 
complementar está a extremidade 3’ (Figura 10).
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Bases nitrogenadas
Ligações de hidrogênio
Esqueleto de 
açúcar–fosfato
Esqueleto de 
açúcar–fosfato
Bases
Par de bases
Açucar
Adenina
Adenina
Timina
Timina
Guanina
Guanina
Citosina
Citosina
Figura 10 – Fita dupla com extremidade 5’, na sua 
complementar está a extremidade 3’ e ligações de hidrogênio
Fonte: Adaptado de Wikimedia Commons
Em teoria e nos DNAs sintéticos, outros pares de bases podem ser formados, 
como, por exemplo, aguanina (G) poderia teoricamente formar ligações de hidro-
gênio com a timina (T), resultando em uma pequena distorção na hélice e poderia 
ocorrer, também, o pareamento entre citosina (C) e timina (T). 
Os pares de bases não convencionais G-T e C-T, via de regra, não são encontrados 
no DNA e, por sua vez, pares de bases G-U podem ser comuns em regiões de dupla-
-hélice que se formam com o RNA, originalmente de fita simples. 
A enzima responsável pela cópia do DNA (discutida adiante) não permite que-
pares de bases não convencionais ocorram naturalmente na dupla fita de DNA.
O DNA das células encontra-se majoritariamente na forma B, uma dupla hélice 
dextrógira (seu sentido de rotação é para a direita). A cada volta completa da hélice, 
há cerca de 10 a 10,5 pares de bases por volta. 
Apesar de a maioria do DNA cromossômico estar na forma B, sob certas condi-
ções, assume a forma A ou Z (Figura 11). Em condições laboratoriais, a retirada da 
maior parte da água do DNA resulta na estrutura cristalográfica do DNA na forma 
A, mais larga e mais curta do que a forma B. 
É também uma dupla hélice dextrógira e para completar uma volta na hélice são ne-
cessários 11 pares de bases. O DNA, em solução com altas concentrações de cátions, 
assume a conformação Z-DNA. 
A forma Z-DNA é uma dupla hélice levógira, seu sentido de rotação é para a 
esquerda, apresenta uma conformação mais alongada e mais fina do que o B-DNA e 
para completar uma volta da hélice são necessários 12 pares de bases. 
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UNIDADE Descobrindo o DNA e a Origem da Vida
Figura 11 – Formas de DNA
Fonte: Adaptado de Wikimedia Commons
Estudos mais recentes demonstraram que o DNA em forma de tripla hélice pode 
ocorrer espontaneamente no organismo, possivelmente relacionado à regulação 
dos genes.
Constatamos, portanto, que estamos longe de atingir o completo entendimento 
sobre a incrível molécula que é o DNA, o que deixa aberto um vasto campo de pes-
quisa e de novas descobertas surpreendentes.
Teste seu conhecimento:
• Como é constituído o DNA?
• O que são nucleotídeos?
• O que são as bases nitrogenadas? Quais os tipos?
• Como as bases nitrogenadas são pareadas?
• O que é uma ligação fosfodiéster?
• Quais os tipos de DNA existentes? Quantos pares de bases são necessários em cada 
tipo para completar uma volta na hélice?
• O que significa dizer que a disposição e a complementaridade das bases são antiparalelas?
Organização do DNA, Estudo 
dos Cromossomos e Genes
Para atingir o complexo empacotamento do DNA necessário a suas funções e 
armazenamento na célula, existem proteínas especializadas que se ligam ao DNA e 
o dobram. Por conseguinte, uma série de alças e espirais são formadas e permitem 
níveis elevados de organização, impedindo que o DNA se emaranhe (Figura 12). 
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O DNA presente no núcleo encontra-se compactado e distribuído em múltiplas 
estruturas lineares longas denominadas cromossomos. A compactação do DNA cro-
mossômico é realizada por uma família de proteínas nucleares denominadas histonas. 
O complexo de histonas associadas ao DNA é chamado de cromatina.
Figura 12 – Diferentes níveis de condensação do DNA
Fonte: Wikimedia Commons
(1) Cadeia de DNA em dupla hélice – (2) Filamento de cromatina (DNA 
com histonas) – (3) Cromatina condensada em interfase com centrômeros – 
(4) Cromatina condensada em prófase (Existem agora duas cópias da molé-
cula de DNA) – (5) Cromossomo em metáfase.
Se fosse possível pegar todo o DNA que compõe uma célula humana e o reunir numa fita 
ligada à extremidade da outra, isso resultaria em um comprimento total de aproximada-
mente 2 metros! 
Pense bem: o DNA é armazenado no núcleo, que possui somente cerca de 6µm de diâmetro. 
Como pode ser possível compactar o DNA de maneira precisa e que caiba em um espaço tão 
pequeno? Lembre-se: é essencial que essas compridas fitas de DNA não sejam desordena-
damente emaranhadas umas nas outras, sobretudo na divisão celular, em que elas devem 
ser separadas e divididas entre as células-filhas.
Em células procarióticas, quase todo o genoma está em uma única molécula de DNA circular 
dobrada várias vezes sobre si mesma, situando-se na região central da célula. 
Por outro lado, nas células eucarióticas, o DNA presente no núcleo encontra-se 
compactado e distribuído em múltiplas estruturas lineares longas, denomina-
das cromossomos. 
Apesar de a grande molécula de DNA genômica em procariotos estar associada a 
proteínas e ser referida como cromossomo, a disposição dentro de um cromossomo 
bacteriano difere bastante da observada em cromossomos de células eucarióticas 
(Figura 13). 
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UNIDADE Descobrindo o DNA e a Origem da Vida
DNA humano
DNA bacteriano
Figura 13 – DNA de humano e DNA bacteriano
Fonte: Adaptado de Getty Images
Em eucariotos, cada cromossomo compreende uma única molécula de DNA asso-
ciada a numerosas proteínas. A compactação do DNA cromossômico é realizada por 
uma família de proteínas nucleares denominadas histonas (Figura 14). O complexo 
de histonas associadas ao DNA é chamado de cromatina. 
As histonas são proteínas de caráter básico que interagem com os grupos fosfato 
de carga negativa do DNA e seus principais tipos são: Hl, H2A, H2B, H3 e H4. 
As histonas agrupam-se em um octâmero, formando um centro proteico, no qual o 
DNA enrola-se como em um carretel. Essa estrutura formada consiste no nucleossomo. 
O DNA que compõe os nucleossomos é muito menos suscetível à digestão por 
enzimas nucleases, possibilitando sua proteção, organização e elevada compactação.
Figura 14 – Compactação do DNA cromossômico
Fonte: Adaptado de Wikimedia Commons
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O comprimento e o número de cromossomos são os mesmos em todas as células 
de um organismo eucarioto, mas variam entre as diferentes espécies. 
Os cromossomos (em metáfase) coram-se intensamente com corantes básicos e 
são visíveis em microscópios óptico e eletrônico, mas apenas durante a divisão celular. 
Cada cromossomo é uma unidade estrutural distinta, e uma cópia de cada um 
deve ser transmitida à célula-filha durante a divisão celular. 
Durante a interfase, ocorre a duplicação dos cromossomos. Na mitose, eles ficam 
altamente condensados (possibilitando sua visualização em microscópio), o que é im-
portante para a correta separação dos cromossomos duplicados pelo fuso mitótico.
Você quer saber como a divisão celular é observada no microscópio? Acesse o Atlas Digital , 
disponível em: https://bit.ly/32fxK46
Os cromossomos carregam os genes, designados como um segmento de DNA 
com as “instruções” para produzir uma proteína. 
No entanto, devemos considerar que certos genes apresentam como produto final 
uma molécula de RNA funcional ao invés de uma proteína. 
A complexidade de um organismo deve estar relacionada ao número de genes em 
seu genoma. Uma bactéria simples, em geral, apresenta cerca de 500 genes e, você, 
como ser humano, apresenta cerca de 25 mil genes. 
No entanto, o tamanho dos genomas é muito variável e não reflete a sua complexidade.
O genoma humano é 200 vezes menor que de uma espécie de ameba. Lembra-
-se de que ficou curioso se uma cebola seria um ser vivo mais complexo que você? 
Essa discrepância acontece porque nem todo o DNA presente em um cromossomo 
será codificado e originará uma proteína. 
Existem regiões de DNA – íntrons – que são DNAs não codificantes. Essas re-
giões não formam um RNA mensageiro (mRNA). As regiões de DNA codificantes 
são denominadas éxons e sua sequência de nucleotídeos corresponderá à sequência 
do mRNA. 
 Posteriormente, você aprenderá que tanto os éxons quanto os íntrons são trans-
critos para produzir um longo transcrito de RNA primário (Figura 15). 
Contudo, os íntrons são removidos por splicing para formar um mRNA maduro.
Durante muito tempo, os íntrons eram classificados como “DNA lixo”, vez que era 
desconhecida qualquer função para essas regiões de DNA. Atualmente, sabemos 
que são indispensáveis para a correta expressão gênica de muitos genes, tal como 
você poderá ver em outras Unidades.21
UNIDADE Descobrindo o DNA e a Origem da Vida
Além disso, o fato de a variação no número de genes não explicar a variação no 
tamanho dos genomas entre os eucariotos, em grande parte, é devido à variação na 
quantidade de DNA repetitivo.
Em procariotos, diz-se que há colinearidade da informação genética, isto é, a 
sequência nucleotídica do DNA equivale à sequência de aminoácidos na proteína, 
portanto íntrons são praticamente inexistentes.
Figura 15 – Regiões de DNA codificantes
Fonte: ZAHA et al., 2014, p. 87
Teste seu conhecimento:
• Em que local da célula o DNA se encontra? Qual formato fica armazenado nesse local?
• O que é cromatina?
• O que é histona?
• Como o DNA é compactado?
• Qual é a diferença entre o DNA humano e o DNA bacteriano?
• O que são íntrons e éxons?
Replicação do DNA
Em algum momento, você já se perguntou: “Qual o sentido da vida?”. Devemos 
nos lembrar de que, para a existência de vida, a unidade mínima é a célula. Sabemos, 
também, que, na célula, é fundamental a presença de material genético e sua trans-
missão para células-filhas, sendo isso o que caracteriza a “vida”. 
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Na estrutura do DNA, ao ser sintetizada, são adicionados nucleotídeos por liga-
ções fosfodiéster sempre seguindo o sentido 5’ para o sentido 3’ e, por esse motivo, 
diz-se que: “O sentido da vida é 5’ → 3’.”
É do nosso conhecimento que, durante a divisão celular, cada célula-filha deve 
herdar o material genético contido em sua célula progenitora. Para que isso ocorra, 
cada molécula de DNA deve gerar uma outra idêntica à original. 
Pensando que no DNA constam todas as “instruções” para as funções celulares, 
o que aconteceria se a cada vez que ele fosse duplicado houvesse algumas alterações 
nessas sequências? 
Em longo prazo, pequenas alterações genéticas aleatórias constituem um fator que 
aumenta a sobrevivência de uma espécie e confere variabilidade genética. No entan-
to, a alta estabilidade genética é fundamental para a sobrevivência de um organismo. 
O processo em que o DNA é duplicado denomina-se replicação, no qual costuma 
ser muito raro que ocorra qualquer alteração na sequência de nucleotídeos. Quando 
ocorre uma alteração, denominada mutação, pode ocorrer alteração de funções 
celulares, levando a doenças ou até mesmo à destruição do organismo.
A duplicação do DNA atinge uma velocidade de até mil nucleotídeos por segundo! Ainda 
assim, a maquinaria de replicação é tão elaborada e coordenada que o faz com alta precisão 
e estabilidade genética.
Primeiramente, para que ocorra a duplicação da dupla hélice de DNA, suas fitas 
precisam ser separadas e, assim, são utilizadas como fitas moldes para a construção 
de cadeias complementares. 
A dupla-hélice de DNA é muito estável sob condições fisiológicas normais. Conse-
quentemente, para que haja a abertura das fitas, é necessária a participação de duas 
proteínas – as DNA–helicases e as proteínas ligadoras de DNA de fita simples
(SSB, single strand DNA-binding). 
As helicases usam energia da hidrólise do ATP para separar as fitas parentais 
(moldes) de DNA (Figura 16). 
As SS B não realizam a abertura da dupla-fita, contudo, são importantes estabilizando 
a conformação de fita simples, o que evita a formação de pequenos grampos de DNA. 
Essas ligações em forma de grampos podem prontamente ocorrer em fitas sim-
ples com a complementaridade de bases e acarreta no impedimento da síntese de 
DNA catalisada pela DNA polimerase.
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UNIDADE Descobrindo o DNA e a Origem da Vida
DNA Original
Topoisomerase
Nucleotídeos livres
Helicase
DNA polimerase
Adenina Timina Citosina Guanina
Figura 16 – Replicação do DNA
Fonte: Adaptado de Getty Images
As fitas moldes, uma vez separadas, não voltam a se unir. Isso se dá, pois, as 
cadeias recém-sintetizadas permanecem ligadas às suas respectivas fitas de DNA 
molde, formando duas novas duplas-hélices de DNA idênticas à anterior.
As novas duplas-hélices portarão uma fita preexistente e uma fita recém-sintetizada. 
Esse mecanismo de replicação é determinado como semiconservativo.
As posições nas quais a hélice inicialmente é aberta são chamadas de origens 
de replicação. 
Para que ocorra a síntese da nova fita (cadeia polinucleotídica), as enzimas DNA 
polimerases (Figura 17) catalisam as ligações fosfodiésteres da desoxirribose de um 
nucleotídeo com o fosfato do nucleotídeo livre a ser adicionado. 
Diz-se que são polimerases com atividade exonucleolítica revisora, o que implica 
que possuem a incrível e importante capacidade de, imediatamente após a adição de 
nucleotídeos, rever se o pareamento da base adicionada com a base da fita molde foi 
correto. Caso contrário, o nucleotídeo é retirado e adicionado o correto. 
Os nucleotídeos livres que servem como substrato à enzima DNA polimerase são 
desoxirribonucleosídeos 5’ trifosfatos. Todavia, para a polimerização, essa enzima 
necessita que haja uma pequena fita simples preexistente de RNA ou DNA iniciador 
com uma extremidade 3’-OH livre (também chamado de primer). 
Para resolver esse problema, uma enzima especializada do tipo RNA-polimerase 
nomeada DNA-primase forma um pequeno fragmento de RNA como iniciador, com 
cerca de 10 nucleotídeos, complementar às fitas-molde (já separadas pela helicase). 
Ao contrário da DNA polimerase, a primase pode iniciar uma nova cadeia de 
polinucleotídeos pela ligação de dois trifosfatos de nucleosídeo (Figura 17).
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DNA polimerase
Fragmento 
de Okazaki Iniciador 
de RNA
DNA original
Helicase
Primase
Topoisomerase
Fita molde
Fita descontínua
Fita contínua
Figura 17 – Enzimas presentes na replicação do DNA
Fonte: Adaptado de Getty Images
Vimos que a estrutura do RNA é muito semelhante à do DNA. Assim, ribonucleotídeos 
podem parear suas bases com as de uma fita de DNA se as duas sequências forem 
complementares, produzindo uma dupla-hélice híbrida DNA/RNA.
O iniciador de RNA, que apresenta um grupo 3’-OH livre, pode ser estendido 
pela DNA-polimerase a partir dessa extremidade.
A síntese de DNA sempre ocorrerá na direção 5’ → 3’, já que o crescimento da 
cadeia se deve à formação da ligação fosfodiéster entre o oxigênio 3’ de uma fita 
crescente e o fosfato de um dNTP. Além do mais, já sabermos que não existe DNA-
-polimerase capaz de adicionar desoxirribonucleosídeos trifosfatos na direção 3’ → 5’.
Com um iniciador pareado à fita-molde, a DNA-polimerase segue catalisando as 
ligações ao grupo hidroxila livre na extremidade 3’ do iniciador conforme especifica-
do pela sequência da fita-molde. 
A energia necessária para a replicação do DNA é obtida dos próprios desoxirribo-
nucleosídios trifosfato, que liberam dois fosfatos (pirofosfato) quando se ligam entre 
si. A síntese do DNA ocorre pela ação da DNA polimerase e pelo fornecimento 
de desoxirribonucleotídios. 
Estes estão localizados no núcleo como desoxirribonucleosídios trifosfato (dATP, 
dTTP, dCTP, dGTP) e são adicionados sequencialmente na extremidade 3’ da cadeia 
em crescimento, seguindo a ordem marcada pelos nucleotídeos da cadeia de DNA 
que serve de molde. 
Se a duplicação do DNA começasse em uma das extremidades do cromossomo, seguindo 
continuamente até alcançar a outra extremidade, todo o processo demoraria aproximada-
mente 30 dias! No entanto, sabemos que o tempo que o DNA leva para se duplicar (fase S 
do ciclo celular) dura cerca de 7 h. Isso é possível porque, na realidade, a replicação do DNA 
acontece com múltiplas origens de replicação, uma quantidade estimada entre 20 e 80 para 
cada alça da cromatina.
Ao decorrer da replicação, é natural a formação de supertorções de DNA emara-
nhados. Estas, por sua vez, são desfeitas por proteínas DNA topoisomerase. 
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UNIDADE Descobrindo o DNA e a Origem da Vida
Um tipo, a topoisomerase I, realiza uma temporária clivagem na fita simples, vez 
que faz uma ligação covalente a um fosfato quebrando a ligação fosfodiéster. 
Como a ligação covalente que une a proteína topoisomerase I ao fosfato do DNA 
conserva a energia da ligação fosfodiéster,a religação é rápida e não requer forneci-
mento adicional de energia. 
Um segundo tipo, a topoisomerase II, forma uma ligação covalente com ambas 
as fitas da hélice de DNA ao mesmo tempo, formando uma quebra de fita dupla 
temporária na hélice. 
Quando em uma origem de replicação a dupla-hélice do DNA se abre, forma-se a 
chamada bolha de replicação, cujo tamanho, em ambas as extremidades, aumenta 
à medida que se avança na separação das cadeias. Em cada extremidade é formada 
uma estrutura em formato de Y denominada forquilha de replicação. 
À medida em que a replicação procede, a forquilha de replicação e as proteínas 
associadas distanciam-se da origem de replicação. 
A replicação do DNA ocorre por um mecanismo dito bidirecional, não apenas 
porque as duas cadeias são sintetizadas em direções opostas, mas também porque 
duas forquilhas se formam em uma origem de replicação e se movem em direções 
opostas, sendo ambas as fitas-molde copiadas em cada forquilha. 
É importante estabelecer que cada molécula de DNA cromossomal eucariótica 
possui múltiplas origens de replicação. 
As duas forquilhas que nascem em cada origem avançam em sentidos opostos e 
desaparecem quando colidem com seus semelhantes nas bolhas contíguas.
Em vista da orientação antiparalela das duas fitas da dupla hélice de DNA, em cada 
forquilha, a sequência de uma das fitas caminha na direção 5’ → 3’ e da outra fita na 
direção 3’ → 5’. Portanto, a primeira, ao ser copiada, teria de gerar uma fita-filha na 
direção 3’ → 5’, o que já sabemos que nenhuma DNA polimerase é capaz de fazer.
Como, então, pode ser feita a cópia das duas fitas?
A solução da célula é utilizar diferentes estratégias para a síntese de cada uma. 
Na síntese da fita-filha que cresce na direção 5’ → 3’ (também chamada de fita 
contínua ou líder), cujo molde é a fita progenitora 3’ → 5’, não há grandes com-
plicações e é necessário apenas um iniciador (sintetizado pela primase) para que 
ocorra a replicação. 
Na fita líder, a DNA polimerase é mantida até o término da sua síntese, ocorrendo 
o acréscimo contínuo de nucleotídeos em sua extremidade 3’ à medida que a forqui-
lha se desloca. 
No caso da outra fita-filha, que teria sua síntese teoricamente crescendo em sen-
tido 3’ → 5’ (também chamada fita descontínua ou atrasada), há a formação 
de uma série de segmentos transitórios com cerca de 100 a 200 nucleotídeos de 
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comprimento (em eucariotos), comumente conhecidos como fragmentos de Okazaki. 
Observou-se que esses fragmentos descontínuos são sintetizados apenas nesta fita.
Cada vez que a DNA polimerase completa um pequeno fragmento de Okazaki, 
ela deve novamente iniciar a síntese de um novo fragmento em um sítio mais adiante 
na fita molde. 
Um mecanismo especial produz uma fita iniciadora complementar à DNA poli-
merase, a partir da DNA primase para sintetizar pequenos iniciadores de RNA. Em 
eucariotos, esses iniciadores possuem cerca de 10 nucleotídeos e são produzidos em 
intervalos de 100 a 200 nucleotídeos na fita descontínua.
Além de bidirecional, diz-se que a replicação do DNA é assimétrica, já que uma 
mesma cadeia se replica de modo contínuo de um lado da bolha e de maneira des-
contínua do outro lado. 
As enzimas DNA-polimerases são de dissociação rápida, isto é, possuem a ten-
dência de sintetizar pequenos fragmentos de DNA e já desfazerem sua ligação. Isso 
confere uma vantagem no caso da síntese da fita descontínua, permitindo que a 
DNA polimerase que recém terminou a síntese de um fragmento de Okasaki seja 
reciclada e rapidamente já inicie a síntese de um próximo fragmento de Okasaki na 
mesma fita. 
Diante disso, como pode ser possível a síntese de longas fitas contínuas? 
Existe uma proteína acessória denominada cinta reguladora, a qual encaixa-se 
de forma a manter a DNA-polimerase firmemente associada ao DNA enquanto está 
sintetizando a nova fita, porém, caso a polimerase encontre uma região de DNA de 
fita dupla, ela é rapidamente libertada e se associa a uma nova cinta montada sobre 
o iniciador de RNA para a síntese do próximo fragmento de Okazaki. 
E agora, você deve estar se perguntando: como é possível que a cinta evite a 
dissociação da polimerase e isso não impeça o rápido deslocamento e a síntese da 
fita de DNA? 
Ela liga-se ao redor da hélice de DNA como se fosse um anel, de maneira que 
apenas uma pequena parte se liga na DNA-polimerase, e toda a cinta pode deslizar 
ao longo da molécula de DNA conjuntamente ao deslocamento da DNA-polimerase 
(Figura 18). 
A ilustração a seguir mostra a diferença entre uma DNA-polimerase processiva
e uma nã o processiva. 
Ambas as DNA-polimerases se ligam à junção iniciador: molde. Após a ligação, 
a enzima não processiva adiciona um único dNTP à extremidade 3’ do iniciador e é 
liberada da junção iniciador: molde.
Em contrapartida, uma DNA-polimerase processiva adiciona vários dNTPs cada 
vez que se liga ao molde.
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UNIDADE Descobrindo o DNA e a Origem da Vida
Figura 18 – As DNA-polimerases sintetizam o DNA de maneira processiva
Fonte: WATSON et al., 2015, p. 267
Para que a cadeia da fita descontínua possa ser uma fita completa de DNA, um 
Sistema de Reparo atua rapidamente para a retirada do iniciador. Dessa forma, os 
ribonucleotídeos na extremidade 5’ de cada fragmento de Okazaki são removidos e 
substituídos por desoxirribonucleotídeos. 
Uma enzima chamada DNA-ligase faz a ligação dos fragmentos de Okasaki, 
completando o processo. A DNA-ligase religa a ligação fosfodiéster utilizando uma 
molécula de ATP para ativar a extremidade 5’ antes da formação da nova ligação. 
Embora didaticamente expliquemos a replicação etapa a etapa, com uma série 
de proteínas, como se atuassem de forma independente, é necessário imaginar que 
tudo isso está ocorrendo praticamente junto (Figura 19).
Figura 19 – Replicação do DNA
Fonte: Adaptado de Pixabay
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Para visualizar melhor e compreender estas etapas acesse o vídeo “DNA replication – 3D”. 
Disponível em: https://youtu.be/TNKWgcFPHqw
Apesar da alta eficiência das DNA-polimerases, elas, eventualmente, cometem 
erros. Contudo, existe outro processo que possibilita corrigi-los, chamado de reparo 
de pareamento incorreto. Você vai ver isso mais adiante. 
Após termos compreendido o princípio básico da replicação do DNA, que se aplica 
tanto a procariotos quanto a eucariotos, agora vamos estudar, de maneira mais 
detalhada, como ela é executada e regulada, evidenciando o que difere entre esses 
dois grupos. 
Primeiramente, iremos considerar o caso das bactérias, mais simples e melhor 
compreendido e, por fim, discutiremos processos mais complexos observados em le-
veduras (principal organismo eucarioto utilizado em estudos) e em outros eucariotos. 
Teste seu conhecimento:
• Qual é a função da enzima DNA-Helicase? 
• Qual é a função da enzima DNA-Polimerase? 
• O que são fragmentos de Okazaki? 
• Qual é a função da enzima DNA-Ligase? 
• Qual é a função da DNA-primase? 
• Qual é a função da Topoisomerase? 
• Em qual direção a síntese de DNA sempre ocorre?
Replicação do DNA em Procariontes
Em células mais simples, como de bactérias, as origens de replicação são de-
terminadas por sequências de DNA fita dupla formadas por centenas de pares de 
nucleotídeos, segmentos que atraem proteínas iniciadoras e são especialmente fáceis 
de separar. 
Vimos que o par de base A-T é unido por duas ligações de hidrogênio, enquanto 
o par G-C é unido por três ligações de hidrogênio. Isso implica que segmentos de 
DNA ricos em pares de bases A-T são relativamente mais fáceis de serem separados 
e estão normalmente presentes nas origens de replicação. 
No caso dos procariotos, usaremos como referência a bactéria Escherichia coli. 
Em bacté rias, uma vez que a proteína iniciadora está corretamente ligada à única 
origem de replicação, as forquilhas de replicação seguem de modo quase automático, 
em direções opostas, distanciando-se da origem até que todo o DNA contido em um 
único cromossomo circular seja replicado(Figura 20). 
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UNIDADE Descobrindo o DNA e a Origem da Vida
Figura 20 – Replicação do cromossomo de E. coli, com uma única 
origem de replicação; portanto, com um único replicon
Fonte: Adaptado de edisciplinas.usp.br
O genoma bacteriano é relativamente pequeno, levando cerca de 30 minutos 
para ser totalmente duplicado (Figura 21).
Figura 21 – Genoma bacteriano
Fonte: Adaptdo de ufjf.br
Uma característica interessante de procariotos é sua organização de genes em 
operons, de forma que genes que codificam produtos com funções relacionadas são 
agrupados, tais como componentes de uma mesma rota metabólica.
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Enfim, o único ponto de controle da replicação do DNA é o seu início. Dessa 
forma, o início da replicação deve ser um processo altamente controlado. 
O processo inicia quando múltiplas cópias de proteínas iniciadoras se ligam a sí-
tios específicos no DNA localizados nas origens de replicação, enrolando o DNA em 
volta das proteínas, formando um grande complexo proteína-DNA que desestabiliza 
a dupla-hélice adjacente. 
A seguir, esse complexo atrai duas DNA-helicases, cada uma ligada a um carrega-
dor de helicase, e elas são colocadas em torno de fitas simples de DNA adjacentes, 
cujas bases foram expostas pela montagem do complexo de iniciação proteína-DNA. 
O carregador da helicase é análogo ao montador da cinta visto anteriormente, 
mas possui a tarefa adicional de manter a helicase na forma inativa até que ela esteja 
corretamente colocada na forquilha de replicação nascente. Uma vez colocadas na 
posição, os carregadores se dissociam e as helicases começam a desenrolar o DNA, 
expondo DNA de fita simples suficiente para a DNA-primase sintetizar os primeiros 
iniciadores de RNA. 
Isso rapidamente determina o arranjo das demais proteínas para formar duas 
forquilhas de replicação, com maquinarias que se deslocam em direções opostas em 
relação à origem de replicação. Elas continuam a sintetizar DNA, até que toda a fita 
de DNA-molde à frente de cada forquilha tenha sido replicada.
Na E. coli, a interação da proteína iniciadora com a origem de replicação é cuidado-
samente regulada, e o início ocorre apenas quando há nutrientes suficientes disponí-
veis para a bactéria completar todo o processo de replicação. 
A iniciação também é controlada de maneira a garantir que ocorra somente um 
ciclo de replicação do DNA a cada divisão celular. Após o início da replicação, a 
proteína iniciadora é inativada pela hidrólise da molécula de ATP ligada, e a origem 
de replicação passa por um “período refratário”. 
O período refratário é causado por um atraso na metilação de nucleotídeos “A” 
recém-incorporados na origem. A iniciação não pode ocorrer novamente até que os 
As estejam metilados e a proteína iniciadora restaurada ao estado com ATP-ligado.
Replicação do DNA em Eucariotos
A proteína SSB de eucariotos possui três subunidades, enquanto a procariótica 
possui apenas uma. Além disso, a DNA-primase eucariótica está incorporada em 
uma enzima com múltiplas subunidades que também contém a DNA-polimerase, 
chamada de DNA-polimerase α-primase. 
Esse complexo proteico inicia cada fragmento de Okasaki na fita descontínua 
com o RNA e, então, estende o iniciador de RNA com um pequeno segmento de 
DNA. Nesse ponto, as duas principais polimerases eucarióticas de replicação, δ e ε, 
atuam completando cada fragmento de Okasaki ao mesmo tempo em que estendem 
a fita contínua.
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UNIDADE Descobrindo o DNA e a Origem da Vida
Devemos considerar que, no caso dos eucariotos, há um fator complicador, já que 
a maquinaria deve passar pelos nucleossomos, dispostos em intervalos de cerca de 
200 pares de nucleotídeos ao longo de todo DNA. Isso pode explicar porque cada 
novo fragmento de Okasaki na fita descontínua é sintetizado em intervalos de 100 
a 200 nucleotídeos nos eucariotos, em vez de 1000 a 2000 nucleotídeos observa-
dos nas bactérias. 
Como os cromossomos eucarióticos são muito maiores que os dos procariotos, 
necessitam de uma estratégia diferente que possibilite sua replicação em tempo hábil. 
Como esperado, diversas forquilhas, em bolhas de replicação diferentes, deslo-
cam-se de forma simultânea em cada cromossomo eucariótico. Portanto, há várias 
forquilhas operando de forma independente em cada cromossomo, resultando em 
duas hélices de DNA filhas completas.
Sabemos que as várias origens de replicação não são todas ativadas simultanea-
mente. Foi descoberto ativarem-se em blocos com cerca de 50 origens adjacentes, e 
cada uma é replicada apenas em um restrito período da fase S.
Basicamente, determinou-se que uma origem contém: um sítio de ligação para a 
proteína de iniciação com múltiplas subunidades chamada ORC (complexo de reco-
nhecimento da origem. Do inglês: origin recognition complex), uma região de DNA 
rica em A-T, que vimos ser mais fácil de desnaturar, e ao menos um sítio de ligação 
para proteínas que facilitem a ligação do ORC (Figura 22).
Figura 22 – Início da replicação em organismos eucarióticos
Fonte: ZAHA et al., 2014, p. 123
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Com tantos locais para iniciar a replicação, como o processo é controlado para 
assegurar que todo o DNA seja copiado uma única vez? 
A explicação é a sequencialidade das etapas durante o ciclo celular. Durante a 
fase G1, as helicases replicativas são ligadas no DNA próximas ao ORC, criando um 
complexo pré-replicativo. 
Na passagem da fase G1 para fase S, as helicases são ativadas. A conseguinte aber-
tura da dupla-hélice permite a montagem das demais proteínas replicativas, incluindo 
as DNA-polimerases. Há proteínas que impedem a formação de novos complexos 
pré-replicativos até a próxima fase M, quando todo o ciclo é reiniciado. Em geral, 
essas proteínas realizam a fosforilação do ORC, produzindo um complexo incapaz 
de interagir com novas helicases. 
Cada origem de replicação é ativada apenas uma vez durante cada ciclo celular. 
No entanto, há muitos detalhes que ainda não são compreendidos, principalmente 
em eucariotos.
Teste seu conhecimento:
• Como são organizados os genes dos procariotos? 
• Qual é a diferença da replicação do DNA de um procarionte de um eucarionte? 
• O que é o sítio de ligação ORC?
Sistema de Reparo de DNA
A manutenção da estabilidade genética de um organismo necessária à sobrevivência 
requer não apenas um mecanismo extremamente preciso para replicar o DNA, mas 
também mecanismos para corrigir as diversas lesões acidentais que ocorrem conti-
nuamente no DNA. 
Grande parte das alterações espontâneas é temporária, pois são imediatamente 
corrigidas por um conjunto de processos chamados coletivamente de reparo do DNA.
Das dezenas de milhares de alterações aleatórias geradas a cada dia no DNA de 
uma célula humana por calor, acidentes metabólicos, radiações de vários tipos e 
exposição a substâncias ambientais, apenas algumas alterações (menos de 0,02%) 
acumulam-se como mutações permanentes na sequência de DNA. 
O restante é eliminado com uma eficiência impressionante pelo reparo de DNA. 
Quem nunca foi à praia no verão pegar aquele bronze que atire a primeira pedra! Nossa 
sorte é que as células possuem um mecanismo para consertar as lesões do DNA provocadas 
pela luz UV do Sol, que causa câncer. O professor Carlos Menck explica como isso funciona. 
Disponível em: https://youtu.be/Z6X4opmzhdI
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UNIDADE Descobrindo o DNA e a Origem da Vida
Sem o reparo do DNA, as lesões espontâneas rapidamente modificariam as sequ-
ências de DNA. A estrutura de dupla-hélice do DNA é perfeitamente adequada para 
o reparo, pois possui duas cópias separadas de toda a informação genética – uma 
em cada fita. 
Portanto, quando uma das fitas é danificada, a fita complementar possui uma 
cópia intacta da mesma informação, sendo normalmente usada para restaurar a 
sequência nucleotídica correta na fita danificada. 
Uma indicação da importância da dupla hélice é que todas as células a utilizam. 
Apenas uns poucos vírus utilizam uma fita simples de DNA ou de RNA como ma-
terial genético.Uma mutação potencial pode ser introduzida pela incorporação errônea de uma G 
base em um primeiro ciclo de replicação. No segundo ciclo de replicação, a mutação 
torna-se permanentemente incorporada à sequência de DNA (WATSON et al., 2015).
Figura 23 – A replicação pode transformar uma base 
mal-incorporada em uma mutação permanente
Fonte: WATSON et al. , 2015, p. 315
Há duas principais vias de reparo. Em ambas, a lesão é removida, a sequência 
de DNA é restaurada por uma DNA-polimerase utilizando a fita não danificada como 
molde, e a quebra resultante na dupla-hélice é ligada pela DNA-ligase. 
As duas vias, no entanto, removem as lesões de diferentes formas. A primeira, deno-
minada reparo por excisão de bases, utiliza enzimas DNA-glicosilases, capazes de 
reconhecer cada qual um tipo específico de base alterada no DNA e de catalisar a 
remoção hidrolítica. 
O principal fator de reconhecimento de qual base está errada é a projeção do 
nucleotídeo alterado para fora da hélice. Uma vez reconhecida a lesão, a enzima 
remove a base do açúcar e a lacuna originada é reconhecida pela endonuclease AP 
(AP para apúrica ou apirimídica, e endo refere-se à nuclease que cliva dentro da 
cadeia polinucleotídica) que cliva a cadeia fosfodiéster. A depurinação, tipo de lesão 
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mais frequente sofrida pelo DNA, também é diretamente corrigida começando pela 
endonuclease AP. 
A segunda principal via de reparo é chamada de reparo por excisão de nucleo-
tídeos. Esse mecanismo pode corrigir uma lesão causada por praticamente qualquer 
alteração volumosa na estrutura da dupla-hélice de DNA. 
Uma vez encontrada uma lesão, a cadeia fosfodiéster da fita anormal é clivada nos 
dois lados da distorção, e a DNA-helicase remove o oligonucleotídeo de fita simples 
contendo a lesão. 
O intervalo produzido na hélice de DNA é corrigido pela DNA-polimerase e pela 
DNA-ligase. Uma situação especial ocorre no DNA de vertebrados, em que determi-
nados nucleotídeos C são metilados em sequências CG específicas e é associado a 
genes inativos.
Se o DNA celular estiver extremamente danificado, esses principais mecanismos de 
reparo, em geral, não serão suficientes para corrigi-lo. As DNA-polimerases altamente 
precisas param quando encontram um DNA danificado e, no caso de emergências, 
as células usam polimerases de reserva. Utilizam-se as polimerases menos precisas, 
conhecidas como polimerases translesão, para replicação durante a lesão do DNA. 
Essas polimerases não possuem atividade de correção e são muito menos criterio-
sas do que as polimerases replicativas na escolha do nucleotídeo a ser inicialmente 
incorporado. Provavelmente por isso, essas polimerases translesão são capazes de 
adicionar apenas um ou poucos nucleotídeos antes de a polimerase replicativa de 
alta precisão continuar a síntese de DNA. 
Um tipo de lesão no DNA potencialmente perigosa ocorre quando as duas fitas 
da dupla-hélice são quebradas, não havendo uma fita molde intacta para o reparo. 
As quebras desse tipo são causadas por radiação ionizante, erros na replicação, 
agentes oxidantes e alguns outros metabólitos produzidos pela célula. 
Se essas lesões não forem corrigidas, rapidamente resultarão na degradação dos 
cromossomos em fragmentos menores e na perda de genes na divisão celular. 
Um dos mecanismos para corrigir esse tipo de dano é a ligação de extremidades 
não homólogas, em que as extremidades da quebra são simplesmente justapostas e 
religadas, geralmente, com a perda de nucleotídeos no sítio da ligação. 
Esse mecanismo de ligação de extremidades é uma resposta comum nas células 
somáticas de mamíferos, parecendo uma solução aceitável para religar cromosso-
mos “quebrados”. 
Um mecanismo de reparo de quebras na fita dupla mais preciso acontece quando o 
DNA é recém-sintetizado, ocorrendo reparação usando a cromátide-irmã como molde.
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UNIDADE Descobrindo o DNA e a Origem da Vida
Teste seu conhecimento:
• O que é reparo de DNA? Quais são as 2 principais vias?
• Qual é o principal fator de reconhecimento de qual base está errada?
• Que fatores podem ocasionar lesão no DNA onde as duas fitas da dupla-hélice 
são quebradas?
• O que acontece se as lesões não forem corrigidas rapidamente?
Metilação: O Reparo de DNA e o Câncer
A importância da correção de pareamento incorreto em humanos é bem evidente 
em indivíduos que herdam uma cópia defeituosa de um gene de reparo (com uma 
cópia funcional do gene no outro cromossomo). 
Esses indivíduos apresentam uma predisposição significativa para certos tipos 
de câncer. Em um tipo de câncer de cólon, chamado de Câncer de Cólon Heredi-
tário sem Polipose (HNPCC, Hereditary Non-Polyposis Colon Cancer), mutações 
espontâneas no único gene funcional produzem clones de células somáticas que, 
devido à deficiência no Sistema de Reparo de pareamento incorreto, acumulam 
mutações rapidamente. 
Determinados genes são chamados genes supressores de tumor, nos quais mu-
tações que levem à perda de função podem contribuir para o câncer. 
Dessa forma, uma alteração em um gene humano cujo produto atua no reparo 
de pares de bases mal pareadas resultantes de erros na replicação do DNA podem 
causar predisposição hereditária a cânceres de cólon e alguns outros órgãos, devido 
à aumentada taxa de mutações. 
Um outro exemplo são mutações nos genes BRCA1 e BRCA2, que comprome-
tem um tipo de reparo de DNA conhecido como recombinação homóloga e são a 
causa do câncer hereditário de mama e ovário. 
Talvez você se lembre de um caso famoso em que uma atriz fez a retirada desses 
órgãos por possuir a mutação nos genes BRCA1 e BRCA2 o que lhe conferia um 
risco aumentado de câncer.
Entenda mais sobre os genes BRCA1 e BRCA2. Acesse em: https://bit.ly/3gX7gsd
A metilação do DNA eucariótico possui vários usos e ocorre, sobretudo, nos 
nucleotídeos de citosina (C), principalmente, na sequência CG. Um reflexo da impor-
tância da metilação do DNA em humanos é a associação dos padrões de metilação 
“incorretos” durante a progressão do câncer. 
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Por exemplo, o MLH1 e outros genes de reparo de pareamento incorreto de DNA 
silenciados por metilação do DNA estão envolvidos na causa de câncer de cólon. 
O vídeo disponível no link a seguir mostra os mecanismos epigenéticos e a sua importân-
cia no desenvolvimento e no crescimento celular e como eles são fundamentais na altera-
ção de genes que levam à formação de tumores. Explica detalhadamente os processos de 
metilação e de desmetilação do DNA, enfatizando o papel de cada enzima nesse processo. 
Disponível em: https://youtu.be/6pS0BiizwWg
Apesar de apenas cerca de 3% dos nucleotídeos C serem metilados no DNA de 
humanos, as mutações nesses nucleotídeos metilados respondem por cerca de um 
terço das mutações pontuais (envolvendo uma única base) observadas nas doen-
ças hereditárias. 
A maioria dos cânceres surge a partir de células que acumularam múltiplas muta-
ções. As células deficientes para esse Sistema de Reparo apresentam chance muito 
aumentada de se tornarem cancerosas.
Todas as células de um organismo têm a mesma sequência de DNA, mas cada 
tipo de célula usa só uma parte da informação total contida na molécula. No câncer, 
esse processo é alterado por meio da chamada metilação de DNA. 
 Para entender esses conceitos e como eles afetam a progressão dos tumores e saber o que 
é Epigenética, veja os vídeos apontados nos links a seguir.
• Expressão de genes e metilação de DNA, disponível em: https://youtu.be/i8UaHnorqcQ
• Como as escolhas que você faz podem afetar seus genes – Carlos Guerrero-Bosagna, 
disponível em: https://youtu.be/_aAhcNjmvhc
Teste seu conhecimento:
• O que são genes supressores de tumor? 
• O que é metilação?
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UNIDADE Descobrindo o DNA e a Origem da Vida
Material Complementar
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:
 Livros
Biologia Molecular da célula
ALBERTS, B. Biologia Molecular da célula. 6.ed. Porto Alegre: ArtMed, 2017.
 Leitura
Dogma Central e material genéticohttps://bit.ly/2DBskGo
Velocidade e precisão na replicação do DNA
https://bit.ly/3iX1tVD
Replicação do DNA em procariontes e eucariontes
https://bit.ly/2DCnx7z
Verificação e reparo do DNA
https://bit.ly/3iX1Q2t
Predisposição hereditária ao câncer de mama e sua 
relação com os genes BRCA1 e BRCA2: revisão da literatura
https://bit.ly/3h02wSY
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Referências
ALBERTS, B. Biologia Molecular da célula. 6.ed. Porto Alegre: ArtMed, 2017.
DE ROBERTIS, E. M. Biologia celular e molecular. 16.ed. Rio de Janeiro: Guanabara 
Koogan, 2014.
JUNQUEIRA, L. C. U.; CARNEIRO, J. Biologia Celular e Molecular. 9.ed. Rio de 
Janeiro: Guanabara, 2015.
LODISH, H. et al. Biologia celular e molecular. 7.ed. Porto Alegre: ArtMed, 2014.
WATSON, J. D. et al. Biologia Molecular do Gene. 7.ed. Porto Alegre: Artmed, 2015.
ZAHA, A, et al. Biologia Molecular Básica. 5.ed. Porto Alegre: Artmed, 2014.
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