Genética e biologia molecular

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GENÉTICA E BIOLOGIA 
MOLECULAR
PROF.A DRA. DÉBORA FURLAN RISSATO
Reitor: 
Prof. Me. Ricardo Benedito de 
Oliveira
Pró-Reitoria Acadêmica
Maria Albertina Ferreira do 
Nascimento
Diretoria EAD:
Prof.a Dra. Gisele Caroline
Novakowski
PRODUÇÃO DE MATERIAIS
Diagramação:
Alan Michel Bariani
Thiago Bruno Peraro
Revisão Textual:
Luana Cimatti Zago Silvério
Marta Yumi Ando
Renata da Rocha
Produção Audiovisual:
Adriano Vieira Marques
Márcio Alexandre Júnior Lara
Osmar da Conceição Calisto
Gestão de Produção: 
Aliana de Araújo Camolez
© Direitos reservados à UNINGÁ - Reprodução Proibida. - Rodovia PR 317 (Av. Morangueira), n° 6114
 Prezado (a) Acadêmico (a), bem-vindo 
(a) à UNINGÁ – Centro Universitário Ingá.
 Primeiramente, deixo uma frase de 
Sócrates para reflexão: “a vida sem desafios 
não vale a pena ser vivida.”
 Cada um de nós tem uma grande re-
sponsabilidade sobre as escolhas que fazemos, 
e essas nos guiarão por toda a vida acadêmica 
e profissional, refletindo diretamente em nossa 
vida pessoal e em nossas relações com a socie-
dade. Hoje em dia, essa sociedade é exigente 
e busca por tecnologia, informação e conhec-
imento advindos de profissionais que possuam 
novas habilidades para liderança e sobrevivên-
cia no mercado de trabalho.
 De fato, a tecnologia e a comunicação 
têm nos aproximado cada vez mais de pessoas, 
diminuindo distâncias, rompendo fronteiras e 
nos proporcionando momentos inesquecíveis. 
Assim, a UNINGÁ se dispõe, através do Ensino 
a Distância, a proporcionar um ensino de quali-
dade, capaz de formar cidadãos integrantes de 
uma sociedade justa, preparados para o mer-
cado de trabalho, como planejadores e líderes 
atuantes.
 Que esta nova caminhada lhes traga 
muita experiência, conhecimento e sucesso. 
Prof. Me. Ricardo Benedito de Oliveira
REITOR
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01
SUMÁRIO DA UNIDADE
INTRODUÇÃO .............................................................................................................................................................. 5
1. HISTÓRICO .............................................................................................................................................................. 6
2. ESTRUTURA E ORGANIZAÇÃO DO MATERIAL GENÉTICO ................................................................................. 6
2.1 ÁCIDOS NUCLEICOS ............................................................................................................................................. 6
2.1.1 ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO ....................................................................................................................... 9
2.1.2 ÁCIDO RIBONUCLEICO ...................................................................................................................................... 10
2.2 COMPACTAÇÃO DO DNA ..................................................................................................................................... 11
2.2.1 CROMATINA ....................................................................................................................................................... 11
2.2.2 CROMOSSOMOS ............................................................................................................................................... 13
2.3 ORGANIZAÇÃO CROMOSSÔMICA DO GENOMA HUMANO ............................................................................. 16
ESTRUTURA, ORGANIZAÇÃO E EXPRESSÃO
DO MATERIAL GENÉTICO
PROF.A DRA. DÉBORA FURLAN RISSATO 
ENSINO A DISTÂNCIA
DISCIPLINA:
GENÉTICA E BIOLOGIA MOLECULAR
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3. EXPRESSÃO GÊNICA ............................................................................................................................................. 18
3.1 DUPLICAÇÃO DO DNA ........................................................................................................................................... 18
3.1.1 INICIAÇÃO ........................................................................................................................................................... 19
3.1.2 DESELICOIDIZAÇÃO ........................................................................................................................................... 19
3.1.3 ALONGAMENTO ................................................................................................................................................. 20
3.1.4 TÉRMINO ............................................................................................................................................................ 21
3.2 TRANSCRIÇÃO ...................................................................................................................................................... 24
3.2.1 TRANSCRIÇÃO EM PROCARIOTOS .................................................................................................................. 25
3.2.1.1 INICIAÇÃO......................................................................................................................................................... 25
3.2.1.2 ALONGAMENTO .............................................................................................................................................. 26
3.2.1.3 TÉRMINO ......................................................................................................................................................... 26
3.2.2 TRANSCRIÇÃO EM EUCARIOTOS ................................................................................................................... 27
3.2.2.1 INICIAÇÃO ....................................................................................................................................................... 27
3.2.2.2 ALONGAMENTO ............................................................................................................................................. 28
3.2.2.3 TÉRMINO ........................................................................................................................................................ 28
3.2.3 PRINCIPAIS CLASSES DE RNA ........................................................................................................................ 28
3 .3 PROCESSAMENTO DO RNA ............................................................................................................................... 28
3.3.1 PROCESSAMENTO DO RNAM .......................................................................................................................... 29
3.2.2 PROCESSAMENTO DO RNAT ........................................................................................................................... 30
3.3.3 PROCESSAMENTO DO RNAR .......................................................................................................................... 31
3.4 SÍNTESE PROTEICA OU TRADUÇÃO .................................................................................................................. 31
3.4.1 CARREGAMENTO DO RNAT .............................................................................................................................. 32
3.4.2 INICIAÇÃO .......................................................................................................................................................... 33
3.4.3 ALONGAMENTO ................................................................................................................................................ 34
3.4.4 TÉRMINO ........................................................................................................................................................... 35
CONSIDERAÇÕES FINAIS .......................................................................................................................................... 37
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EDUCAÇÃO A DISTÂNCIAINTRODUÇÃO
Sejam muito bem-vindos à Genética e Biologia Molecular, a ciência da informação! 
Ciência da informação??? Sim! É a ciência que estuda o material que contém a informação que 
codifica as características de todos os seres vivos, a maneira pela qual estas informações são 
transmitidas ao longo das gerações e o modo pelo qual é possível manipular esse material genético 
em busca de mutações, tratamento de doenças e identificação de indivíduos. 
Embora a Genética seja relativamente nova, é uma das áreas da ciência que mais 
avança. Este avanço trouxe uma grande compreensão da organização e do funcionamento 
desse material genético que contém tanta informação. Isso contribuiu para o surgimento da 
biologia molecular, que garantiu o avanço de muitas outras áreas, como agricultura, indústria 
farmacêutica, biotecnologia e medicina. A genética e a biologia molecular se fazem presentes em 
nosso dia a dia, quando observamos que animais de uma mesma espécie têm muitas semelhanças 
ou quando lemos um noticiário sobre teste de paternidade ou identificação de indivíduos em 
cenas de crimes; em nossa alimentação, quando ingerimos grãos geneticamente modificados; em 
nossos tratamentos, quando utilizamos medicamentos produzidos em bactérias ou outras células 
geneticamente modificadas; bem como na compreensão de doenças genéticas que acometem 
nossos amigos ou familiares. 
Mas qual é o material que contém tantas informações e que ainda pode ser modificado? É 
o DNA! Em virtude da importância do DNA, muitos esforços têm sido feitos para estudá-lo até os 
mínimos detalhes. Então, vamos estudá-lo! Nesta unidade, conheceremos a estrutura do material 
genético, como ele se organiza no núcleo das células, a maneira pela qual ele se duplica e como a 
informação nele contida é expressa. 
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1. HISTÓRICO
Embora a genética tenha se desenvolvido e se tornado conhecida durante o século XX, sua 
origem está baseada no trabalho de Gregor Mendel, publicado em 1866. Ele estudou as regras que 
controlam a transmissão de diferentes características em ervilhas e concluiu que existem fatores 
hereditários responsáveis pelas características estudadas. Atualmente, os fatores de Mendel são 
conhecidos como genes. A comunidade científica da época não deu a devida importância ao 
trabalho de Mendel e ele passou a se dedicar a outras atividades. O significado de sua descoberta 
foi compreendido somente em 1900, quando três pesquisadores começaram independentemente 
a fazer experimentos com plantas e chegaram a conclusões similares às de Mendel. O significado 
dessas conclusões foi reconhecido e muitos pesquisadores começaram a fazer estudos genéticos 
similares, usando vegetais, animais e microrganismos. Os resultados desses trabalhos mostraram 
que a transmissão de muitas características, de fato, seguia as regras de Mendel. Nesse momento, a 
comunidade científica começou a se perguntar: “O que é um gene?”, “Qual a sua natureza física?”.
Estas perguntas foram respondidas em meados do século XX, quando se demonstrou 
que os genes são constituídos por ácido desoxirribonucleico (DNA). Então, levantou-se outra 
questão: “Como as moléculas de DNA podem armazenar a informação genética?” Em 1953, esta 
questão começou a ser respondida, quando James Watson e Francis Crick deduziram o modo de 
organização do DNA, o qual será descrito a seguir.
2. ESTRUTURA E ORGANIZAÇÃO DO MATERIAL 
GENÉTICO
2.1 Ácidos Nucleicos
Os ácidos nucleicos são moléculas informacionais que controlam os processos básicos 
do metabolismo celular, a síntese de macromoléculas, a diferenciação celular e a transmissão 
da informação genética de uma célula para as suas descendentes. Em nossas células, existem 
dois tipos de ácidos nucleicos: ácido desoxirribonucleico (DNA) e ácido ribonucleico (RNA), os 
quais são constituídos por nucleotídeos. O DNA constitui o depósito da informação genética. 
Esta informação é copiada em moléculas de RNA mensageiro, cujas sequências de nucleotídeos 
contêm o código que determina a sequência de aminoácidos das proteínas.
Os nucleotídeos são formados por três elementos: (1) um resíduo de ácido fosfórico, (2) 
uma desoxirribose e (3) uma base nitrogenada (Figura 1).
Figura 1 - Nucleotídeo. Fonte: Pierce (2017).
O ácido fosfórico consiste em um átomo de fósforo ligado a quatro átomos de oxigênio 
(Figura 2) e apresenta-se na mesma configuração no DNA e no RNA. Os grupos fosfatos 
frequentemente levam uma carga negativa, o que confere caráter ácido aos ácidos nucleicos. 
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A pentose é um açúcar de cinco carbonos, numerados 1´, 2´, 3´, e assim por diante (Figura 3). 
No DNA, a pentose é a desoxirribose e no RNA é a ribose. Estas são ligeiramente diferentes em 
estrutura. A ribose tem um grupo hidroxila (-OH) ligado ao carbono 2´, enquanto a desoxirribose 
tem um átomo de hidrogênio (-H) nessa posição e, portanto, contém um átomo de oxigênio a 
menos. Esta pequena diferença química é reconhecida por todas as enzimas celulares, produzindo 
assim funções específicas para cada ácido nucleico. Além disso, o átomo adicional de oxigênio 
no nucleotídeo de RNA torna-o mais reativo e menos estável quimicamente que o DNA. Por esse 
motivo, o DNA é mais adequado para armazenar a informação genética.
 
Figura 2 - Ácido fosfórico. Fonte: Pierce (2017).
 
Figura 3 - Pentoses. Fonte: Pierce (2017).
 
As bases nitrogenadas são de dois tipos: púricas e pirimídicas. As púricas têm dois anéis 
fundidos entre si, enquanto as pirimídicas possuem apenas um anel heterocíclico. As bases púricas 
são: adenina (A) e guanina (G), presentes tanto no DNA quanto no RNA. As bases pirimídicas 
são: citosina (C), presente em ambos os ácidos nucleicos, timina (T), presente somente no DNA, 
e uracila (U) somente no RNA (Figura 4).
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Figura 4 - Bases Nitrogenadas. Fonte: Snustad e Simmons (2018).
 
Cada molécula de ácido nucleico é um polímero resultante da união sucessiva de 
nucleotídeos por meio de ligações fosfodiéster. Nestas ligações, os fosfatos unem o carbono 3´ da 
pentose de um nucleotídeo com o carbono 5´ da pentose do nucleotídeo seguinte. A extremidade 
da molécula que contém a pentose com o C5´ livre é chamada extremidade 5´ e a que possui a 
pentose com o C3´ livre é denominada extremidade 3´ (Figura 5). 
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Figura 5 - Ligações fosfodiéster em fitas de DNA e RNA. Fonte: Nelson e Cox (2014).
2.1.1 Ácido desoxirribonucleico
A molécula de DNA consiste em duas cadeias de nucleotídeos unidas por ligações 
de hidrogênio. Tais ligações se estabelecem entre os pares de bases nitrogenadas graças à 
complementariedade entre adenina e timina (A-T) e citosina e guanina (C-G). Apesar de, em 
diferentes moléculas de DNA, a sequência de bases ao longo das cadeias variar consideravelmente, 
em uma mesma molécula de DNA, as sequências das duas cadeias são complementares (Figura 
6).
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As cadeias nucleotídicas no DNA estão dispostas em hélice com rotação para a direita, 
compondo uma dupla hélice em torno de um mesmo eixo central. A direção das ligações 3´e 5´ 
fosfodiéster de uma cadeia é inversa em relação à da outra cadeia, por isso, as duas cadeias são 
antiparalelas. Assim, em cada extremidade da molécula de DNA, uma das cadeias de nucleotídeos 
termina em 3´e a outra em 5´ (Figura 6).
Figura 6 - Ilustração de uma dupla hélice de DNA mostrando a polaridade química oposta (dos dois filamentos e da 
ligação de hidrogênio entre timina (T) e adenina (A) e entre citosina (C) e guanina (G)). O pareamentode bases no 
DNA, T com A e C com G, é determinado pelo potencial de ligação de hidrogênio das bases. S= açúcar 2-desoxirri-
bose; P = um grupo fosfato. Fonte: Snustad e Simmons (2018).
2.1.2 Ácido ribonucleico
A estrutura do RNA é semelhante à do DNA, exceto pela presença de ribose no lugar da 
desoxirribose e de uracila no lugar da timina. Uma diferença adicional entre o RNA e o DNA é 
que o RNA, na maioria dos organismos, é formado por uma única cadeia de nucleotídeos. Dos 
pontos de vista funcional e estrutural, existem três tipos principais de RNA: 1) RNA mensageiro 
(RNAm); 2) RNA de transferência ou transportador (RNAt); 3) RNA ribossômico (RNAr). Os 
três atuam na síntese proteica. 
O RNAm contém a informação genética, copiada do DNA, que determina a sequência 
de aminoácidos da proteína. O RNAr, associado a proteínas, compõe o ribossomo, que é uma 
grande máquina molecular que guia a montagem da cadeia de aminoácidos pelos RNAm e RNAt. 
O RNAt identifica e transporta os aminoácidos até o ribossomo no processo de síntese proteica.
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2.2 Compactação do DNA
Mesmo nos organismos que têm as menores quantidades de DNA, o tamanho do 
material genético excede muito o tamanho da célula. O cromossomo da bactéria Escherichia coli, 
por exemplo, é uma molécula única de DNA, que, se totalmente esticado, seria cerca de 1000 
vezes maior do que a célula na qual ele reside. As células somáticas humanas, normalmente, 
contêm 46 moléculas de DNA e, em média, cada molécula de DNA, se estivesse completamente 
estendida, mediria cerca de 4 cm de comprimento. Consequentemente, se estivessem estendidas 
sequencialmente, 46 moléculas de tal tamanho dariam um comprimento total de aproximadamente 
1,8 metros; portanto, não poderiam estar contidas em um núcleo com um diâmetro de somente 
5 a 10 µm. Este problema foi resolvido com a compactação das moléculas de DNA. 
A maioria dos genomas bacterianos consiste em uma única molécula de DNA circular, a 
qual forma complexos com várias proteínas que ajudam a compactá-lo. O genoma de eucariotos 
está associado principalmente a proteínas histonas, que participam da sua compactação.
A compactação do DNA eucariótico não é estática, pois o nível de compactação muda no 
curso do ciclo celular. O ciclo celular é dividido em intérfase e mitose ou fase M. Na intérfase, os 
genes são transcritos, ou seja, sintetizam RNA e o DNA é duplicado, em preparação para a divisão 
celular, que corresponde à fase M. O DNA está em um estado relativamente descompactado na 
intérfase, quando é denominado cromatina e em grau máximo de compactação na metáfase (fase 
da mitose), quando é denominado cromossomo. Porém, embora o DNA na intérfase seja menos 
intensamente compactado que o DNA mitótico, ele ainda está intensamente compactado; ele 
apenas está um pouco menos compactado.
2.2.1 Cromatina
 
 O material genético encontra-se na forma de cromatina durante a intérfase. A cromatina 
corresponde ao complexo formado entre DNA eucarioto e proteínas. As proteínas mais abundantes 
na cromatina são as histonas, as quais são essenciais para a compactação do DNA. A quantidade 
em massa de histonas é, aproximadamente, igual à do DNA total do núcleo, em uma razão de 1:1. 
Essas proteínas apresentam forte caráter básico, pois são ricas nos aminoácidos básicos (carga 
positiva), arginina e lisina. Estas cargas positivas atraem as cargas negativas no ácido fosfórico do 
DNA, o que mantém o DNA associado às histonas.
Existem cinco tipos principais de histonas – denominadas H1, H2A, H2B, H3 e H4 – as 
quais são muito similares entre diferentes espécies de eucariotos, pois a sequência de aminoácidos 
dessas proteínas foi altamente conservada durante a evolução.
 A unidade estrutural básica da cromatina é denominada nucleossomo. Cada nucleossomo 
é constituído por 200 pares de bases (pb) de DNA associados a um octâmero de histonas. O 
octâmero é formado por duas moléculas de cada uma das histonas H2A, H2B, H3 e H4 (Figura 
7). Nucleossomos adjacentes se associam por intermédio do DNA de ligação. O conjunto de 
nucleossomos representa o primeiro nível de compactação da cromatina e apresenta 10 nm de 
diâmetro. A compactação do DNA nessa fibra cromatínica de 10 nm encurta o seu comprimento 
em seis vezes aproximadamente. 
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Figura 7 - Nucleossomo. Fonte: Snustad e Simmons (2018).
 
O segundo nível de compactação da cromatina é representado pela fibra de 30 nm, 
denominada solenoide. Esta se forma quando a histona H1 associa-se ao DNA de ligação que 
chega ao centro do nucleossomo e o deixa. Com isso, os nucleossomos dobram-se sobre si 
mesmos para formar uma estrutura densa, bem compacta (Figura 8).
A cromatina cada vez mais se compacta, no entanto, até o momento, pouco se sabe sobre 
a organização da cromatina em níveis mais compactados. As fibras de 30 nm organizam-se em 
grandes laços ou alças de comprimento variado, que nascem de um eixo proteico constituído por 
proteínas não histônicas (Figura 8).
Figura 8 - Níveis de organização e compactação do DNA. Fonte: Pierce (2017).
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Cerca de 10% da cromatina, a qual contém os genes que são ativamente transcritos, está 
na forma de fibra de 10 nm, ou seja, menos compactada. A maioria da cromatina do núcleo 
interfásico parece estar na forma de fibras de 30 nm. Desta forma, a compactação do DNA em 
cromatina resolve o problema de espaço dentro do núcleo, porém compactação significa que grande 
parte do DNA não está prontamente acessível para ser transcrita. Assim, são reconhecidos dois 
tipos básicos de cromatina, a eucromatina e a heterocromatina. A cromatina menos compactada 
recebe o nome de eucromatina, a qual tem o DNA transcricionalmente ativo. A heterocromatina 
corresponde à cromatina mais compactada e, por isso, transcricionalmente inativa. No entanto, a 
cromatina é altamente dinâmica; setores da cromatina que aparecem como hetecromatina em um 
tipo celular ou em uma etapa da sua diferenciação, em outros tipos celulares e em outras etapas, 
se apresentam com eucromatina.
É na forma de cromatina ativa que o DNA se expressa na célula, pois nessa forma ele 
pode ser transcrito nos diferentes tipos de RNA. Existem mecanismos importantes para alterar 
a estrutura da cromatina e assim garantir a expressão gênica. Por exemplo, a acetilação das 
histonas presentes na região central do nucleossomo diminui a interação dessas proteínas com o 
DNA. Assim, a fibra de 30 nm torna-se mais instável, o que impede uma compactação maior da 
cromatina e favorece a transcrição (o processo de transcrição será estudado no item 3.2). Além 
disso, existem as proteínas de remodelamento da cromatina, que serão discutidas no item 3.2.2.
2.2.2 Cromossomos
À medida que a célula entra em mitose, o DNA torna-se extremamente compactado para 
que possa ser distribuído entre as células-filhas sem se entrelaçar ou quebrar. O grau máximo de 
compactação do DNA é atingido em uma fase da mitose denominada metáfase; neste momento, 
o DNA é denominado cromossomo. Acredita-se que as alças das fibras de cromatina de 30 
nm dobrem-se sobre si mesmas para formar o cromossomo metafásico compacto das células 
mitóticas, nas quais o DNA está compactado quase 1000 vezes. A cromatina compactada dessa 
forma não pode mais ser usada como molde para a síntese de RNA, de modo que a transcrição 
cessa durante a mitose.
Eletromicrografias indicam que o DNA no cromossomo metafásico está organizado em 
grandes alças ancoradas a um esqueleto proteico, o qual é constituído por mais de 30 proteínas 
acídicas diferentes. Assim, o cromossomo metafásico é formado por um esqueleto central de 
proteínas não histônicas, ao qual a fibra cromatínica de 30 nm se associacomo alças. Pertencem 
a esse esqueleto proteico as condensinas (Figura 9). 
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As condensinas se associam em dímeros que, por sua vez, se associam à fibra de cromatina, 
compactando-a (Figura 10).
Figura 9 - Compactação do DNA. A) Dupla hélice. B) Nucleossomos. C) Solenoide. D) Fibra de 30 nm formando 
laços ou alças a partir de um eixo de proteínas não histonas. E) Nível elevado de compactação ao redor de um eixo 
proteico não histona. Fonte: De Robertis e Hib (2017).
A duplicação do DNA é condição determinante para que a célula entre em divisão, 
logo, o cromossomo metafásico é composto por duas moléculas de DNA, cada qual presente 
em uma das duas cromátides que constituem o cromossomo. Cada cromátide, por sua vez, é 
resultante da compactação da fibra cromatínica de 30 nm, como descrito anteriormente. Com a 
participação de dímeros de proteínas não histonas, denominadas coesinas, as duas cromátides de 
um cromossomo se unem por meio de uma região de estrangulamento, denominada constrição 
primária ou centrômero (Figura 10).
Figura 10 – A) Estrutura de um dímero de moléculas de coesina ou de condensina, pois ambas apresentam a mes-
ma estrutura. B) Dímeros de condensina associados a uma fibra de cromatina, que compacta a fibra e auxilia na 
formação do cromossomo. C) Moléculas de coesinas que se ligam, na altura do centrômero, às duas cromátides do 
cromossomo, mantendo essas cromátides unidas. Fonte: Junqueira e Carneiro (2012).
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A posição do centrômero permite a classificação morfológica dos cromossomos em 
quatro tipos. Os cromossomos metacêntricos possuem centrômero em uma posição mais ou 
menos central, de modo que as cromátides têm braços de mesmo tamanho. Os cromossomos 
submetacêntricos apresentam o centrômero deslocado do centro, de modo que as cromátides 
têm um braço curto e um longo. Os cromossomos acrocêntricos apresentam o centrômero 
subterminal, deslocado para uma das extremidades, de modo que os braços curtos das cromátides 
são muito pequenos. Os cromossomos telocêntricos apresentam centrômero terminal, de forma 
que as cromátides têm apenas braços longos. Estes últimos não são normalmente encontrados na 
espécie humana, sendo comuns em outras espécies (Figura 11). O braço curto de um cromossomo 
é identificado pela letra p e o braço longo pela letra q. 
Figura 11 - Classificação dos cromossomos quanto à posição do centrômero. Fonte: Pierce (2017).
Nas extremidades do cromossomo metafásico, são encontradas sequências repetitivas 
de DNA, que constituem os telômeros. Os telômeros mantêm a estabilidade dos cromossomos, 
impedindo a sua adesão (Figura 12).
Figura 12 - Estrutura dos cromossomos. Fonte: Pierce (2017).
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O elevado grau de compactação atingido quando o DNA se encontra na forma de 
cromossomo faz com que este possa ser visto como estrutura individual, a qual, quando fixada e 
fotografada, pode ser isolada, classificada e ordenada com relativa facilidade.
2.3 Organização Cromossômica do Genoma Humano
Como vimos, normalmente, as células humanas contêm 46 moléculas de DNA, 
consequentemente, 46 cromossomos, os quais constam de 23 pares, sendo que 22 deles estão 
presentes tanto na mulher como no homem e recebem o nome de autossomos ou autossômicos. 
O par restante, conhecido como par sexual, na mulher, é composto por dois cromossomos 
idênticos, os cromossomos X, e no homem, por dois cromossomos bastante diferentes, pois um 
deles é um cromossomo X e o outro é o pequeno cromossomo Y.
O conjunto completo de cromossomos de um organismo é chamado de cariótipo, e é 
geralmente representado pela imagem dos cromossomos metafásicos ordenados em tamanho 
decrescente (Figura 13). Por convenção, o maior autossomo é chamado de cromossomo 1, o 
seguinte maior é chamado de cromossomo 2, e assim por diante. No caso dos dois últimos pares 
de autossomos, os números originalmente atribuídos não refletem seus tamanhos reais, pois hoje 
sabemos que o cromossomo 22 é ligeiramente maior que o cromossomo 21. O cromossomo X 
tem tamanho intermediário e o cromossomo Y tem aproximadamente o mesmo tamanho do 
cromossomo 22 (Figura 14). 
Figura 13 - Cariótipo masculino (46, XY). Fonte: Snustad e Simmons (2018).
A ordem dos cromossomos por tamanho não reflete a ordem por número de genes 
ativos. Algumas regiões cromossômicas são “ricas em genes”, enquanto outras são “pobres em 
genes”. O cromossomo 19, por exemplo, é um dos menores cromossomos em termos de tamanho, 
porém é o terceiro cromossomo em número de genes ativos, o que demonstra que ele é rico em 
genes (Figura 14). Por sua vez, outros cromossomos, grandes em tamanho, possuem pequena 
quantidade de genes ativos, sendo pobres em genes. 
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Figura 14 - Tamanho de conteúdo genético de 24 cromossomos humanos. A) Tamanho de cada cromossomo, em 
milhões de pares de bases (1 milhão de pares de bases = 1Mb). Os cromossomos estão ordenados por tamanho da 
esquerda para a direita. B) Número de genes identificados em cada cromossomo. Os cromossomos estão ordenados 
por conteúdo genético da esquerda para a direita. Fonte: Nussbaum, Mclnnes e Willard (2008).
As mulheres possuem dois cromossomos X enquanto os homens possuem apenas 
um. Além disso, o outro cromossomo sexual dos homens, o Y, possui menor 
quantidade de genes que o X. Isso cria um problema, pois todos os indivíduos 
devem produzir a mesma quantidade de produto gênico, mas, pelo exposto, as 
mulheres têm mais cópias gênicas que os homens e, consequentemente, mais 
produto gênico. Como este problema é superado? Esse problema é superado 
por meio de um processo denominado compensação de dose, que torna inativa 
a maior parte dos genes do cromossomo X. Isso se dá por inativação parcial e 
aleatória de um cromossomo X, no sexo feminino, no início do desenvolvimento. 
A quantidade de genes do cromossomo X que escapa à inativação é equivalente 
à quantidade de genes presente no cromossomo Y, o que torna a quantidade de 
produtos gênicos equivalente em homens e mulheres. O cromossomo inativado, 
denominado corpúsculo de Barr, pode ser observado no núcleo como uma 
estrutura heterocromática altamente condensada e altamente corada.
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Cada cromossomo carrega um subconjunto de genes que são arranjados linearmente 
ao longo do DNA. Os membros de um par de cromossomos (referidos como cromossomos 
homólogos) carregam informações genéticas equivalentes; isto é, eles possuem os mesmos genes 
na mesma sequência. Em qualquer locus (localização física de um gene em um cromossomo) 
específico, no entanto, eles podem ter formas idênticas ou levemente diferentes no mesmo gene, 
chamados de alelos. 
O DNA se acha representado em 75% por sequências de nucleotídeos não repetidas 
(cópias únicas) ou que se repetem poucas vezes. Nestas partes, localizam-se os setores funcionais 
do DNA, ou seja, os genes. Os 25% restantes do DNA correspondem à sequência de nucleotídeos 
que se repetem muitas vezes, chamada DNA repetitivo. Suas funções são desconhecidas, embora 
não se descarte a possibilidade de que desempenhe alguma função na estrutura dos cromossomos.
3. EXPRESSÃO GÊNICA
Como vimos, a informação genética está contida no DNA. Entretanto, a informação 
codificada no genoma é verdadeiramente utilizada, para especificar funções celulares, na 
forma de proteínas. A ligação molecular entre esses dois tipos relacionados de informação (o 
código genético dos genes e o código de aminoácidos das proteínas) é o RNA. Estas relações de 
informaçõesentre o DNA, o RNA e a proteína são: o DNA guia a síntese e a sequência do RNA, 
processo denominado transcrição; o RNA comanda a síntese e a sequência dos aminoácidos 
de uma proteína, processo denominado tradução ou síntese proteica; e proteínas específicas 
estão envolvidas na síntese do DNA e do RNA, processos denominados duplicação do DNA e 
transcrição, respectivamente.
 
3.1 Duplicação do DNA
A duplicação, também denominada replicação do DNA, é o processo de síntese de duas 
moléculas de DNA idênticas entre si a partir de uma molécula de DNA molde. Este processo 
ocorre somente e obrigatoriamente se a célula for se dividir e é primordial para que cada célula-
filha contenha todo o material genético que estava presente na célula-mãe, sem alterações. Este 
processo ocorre durante a fase S da intérfase, que envolve, além da síntese de DNA, a síntese de 
histonas para a formação da cromatina.
A natureza complementar da fita de DNA proposta por Watson e Crick sugeriu que, 
durante a duplicação, cada filamento serve como um molde para a síntese de um novo filamento. 
A especificidade do pareamento entre as bases (A-T, C-G) significa que apenas uma sequência 
de bases pode ser especificada por cada molde, e assim duas moléculas de DNA em um par de 
moldes serão idênticas às originais. Esse processo é chamado de replicação semiconservativa, 
porque cada um dos filamentos originais de nucleotídeos permanece íntegro (conservado), ainda 
que não sejam mais combinados na mesma molécula; a molécula original de DNA é metade 
(semi) conservada durante a duplicação.
Por questões didáticas, a duplicação do DNA pode ser dividida em iniciação, 
deselicoidização, alongamento e término.
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3.1.1 Iniciação 
A replicação dos cromossomos começa em sequências nucleotídicas específicas localizadas 
ao longo do cromossomo, denominadas origens de replicação. Estas origens são marcadas por 
uma sequência particular de nucleotídeos. O DNA de eucariotos contém múltiplas origens de 
replicação para garantir a síntese rápida de DNA. Em procariotos, o cromossomo possui somente 
uma origem de replicação. As origens de replicação são reconhecidas e liberadas por proteínas 
capazes de romper as ligações de hidrogênio e iniciar a abertura da fita. A partir de cada origem 
de replicação, são formadas duas forquilhas de replicação (Figura 15).
3.1.2 Deselicoidização
Após a liberação das origens de replicação, a DNA helicase se associa ao DNA e dá 
continuidade à abertura da fita pelo rompimento das ligações de hidrogênio. A helicase liga-se 
em cada forquilha de replicação e move-se no sentido 5´-> 3´ para longe da origem, movendo 
também a forquilha de replicação (Figura 15).
À medida que a fita vai sendo aberta, proteínas ligadoras de DNA de fita única (SSB) 
se associam aos dois filamentos resultantes da abertura da fita, a fim de estabilizar o DNA 
unifilamentar. Na ausência das SSB, certamente os dois filamentos voltariam a se associar pela 
complementariedade entre as bases nitrogenadas (Figura 15). 
A abertura da fita gera uma força torcional (torque) à frente da forquilha de replicação. 
Para reduzir esse torque, a DNA topoisomerase (girase) se associa à fita, logo à frente do DNA 
helicase. Ela realiza uma quebra bifilamentar em um segmento da hélice do DNA, passando outro 
segmento da hélice pela quebra e, então, reunindo as pontas quebradas do DNA (Figura 15).
Figura 15 - Iniciação e deselicoidização do DNA. Fonte: Pierce (2017).
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3.1.3 Alongamento
A enzima responsável por copiar uma fita molde de DNA e unir nucleotídeos para 
construção de uma fita nova é a DNA polimerase. Esta enzima necessita da extremidade 3´OH 
de um filamento iniciador (primer) de bases já pareadas como substrato para extensão da cadeia. 
Assim sendo, uma enzima denominada primase adiciona nucleotídeos de RNA, fornecendo 
um primer que contém o grupamento 3´OH livre necessário para iniciar a síntese de DNA. A 
DNA polimerase, então, incorpora desoxirribonucleosídeo 5´- trifosfato ao primer (Figura 16). 
O nucleotídeo agora adicionado oferece uma extremidade 3´OH livre e a DNA polimerase é 
capaz de continuar a síntese da fita de DNA pareando desoxirribonucleosídeos 5´- trifosfatos 
com as bases correspondentes no filamento molde, formando ligação 3´, 5´- fosfodiéster com o 
grupamento 3´OH na desoxirribose; isso libera um pirofosfato. 
Como vimos, na síntese de DNA, novos nucleotídeos são unidos um de cada vez à ponta 
3´ do filamento recém-sintetizado e não à ponta 5´; assim, novos filamentos de DNA sempre se 
alongam no mesmo sentido, 5´para 3´. Ou seja, as DNA polimerases copiam uma fita molde de 
DNA no sentido 3´-> 5´e produzem uma nova cadeia ou um novo filamento de DNA no sentido 
5´-> 3´. 
À medida que o DNA se deselicoidiza, o filamento molde que é exposto no sentido 3´-> 
5´permite que um novo filamento seja sintetizado continuamente, no sentido 5´-> 3´. Esse novo 
filamento, que sofre replicação contínua, é chamado filamento contínuo, leading, ou líder (Figura 
16).
O outro filamento é exposto no sentido 5´-> 3´. Após um curto tempo, o DNA se 
deselicoidizou, e a síntese deve ser no sentido oposto ao da deselicoidização. Nesta fita, a síntese 
sempre começa de novo na forquilha de replicação e continua no sentido oposto ao movimento da 
forquilha até o filamento previamente duplicado do segmento de DNA. Este processo é repetido 
sucessivamente, e assim, a síntese desse filamento é feita em trechos pequenos, descontínuos, 
chamados fragmentos de Okazaki. O filamento que sofre duplicação descontínua é chamado 
descontínuo, lagging ou tardio (Figura 16).
Os fragmentos de Okazaki são assim denominados em homenagem a Reiji 
Okazaki e Tuneko Okazaki, que os descobriram no final da década de 1960. Estes 
fragmentos têm cerca de 1000 a 2000 nucleotídeos em bactérias e cerca de 100 
a 200 nucleotídeos em eucariotos.
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Figura 16 - Alongamento do DNA. Fonte: Pierce (2017).
A DNA polimerase sintetiza moléculas de DNA com eficiência e precisão, pois ela possui 
uma atividade corretora de erros que lhe permite remover um nucleotídeo com uma base incorreta 
que tenha sido incorporado à fita crescente de DNA. Esta correção ocorre imediatamente antes 
da adição do novo nucleotídeo à cadeia crescente.
Em procariotos, são reconhecidas três DNA-polimerases. A DNA polimerase III é a 
principal enzima da duplicação. A DNA polimerase I e a DNA polimerase II têm funções no 
processo de reparo. Células eucariontes apresentam, pelo menos, quatro DNA polimerases 
localizadas no núcleo. As DNA polimerases α e δ (letras gregas, alfa e delta, respectivamente) são 
responsáveis pela duplicação do DNA e corresponderiam à DNA polimerase III de procariotos. A 
polimerase δ replica a cadeia contínua, enquanto a polimerase α replica de maneira descontínua a 
outra cadeia. As polimerases ε (epsílon) e β (beta) parecem estar relacionadas com os mecanismos 
de reparo.
Para formar um filamento de DNA contínuo a partir do filamento descontínuo, uma 
enzima de reparo do DNA remove os primers de RNA e os substitui por DNA. Posteriormente, a 
enzima DNA ligase une todos os fragmentos de DNA. 
 
3.1.4 Término
No término da duplicação do DNA, existe uma diferença fundamental entre procariotos 
e eucariotos pelo fato de o DNA de procariotos ser circular e o DNA de eucariotos ser linear.
Como visto, o grupo 3´-OH, necessário para a replicação pela DNA polimerase, é oferecido 
no início da duplicação pelos primers de RNA que são sintetizados pela primase. Porém, esta 
solução é temporária, porque os primers devem ser removidos e substituídos por nucleotídeos 
de DNA.
Em procariotos, a replicação é terminada sempre que duasforquilhas de replicação se 
encontram, pois o alongamento ao redor de um círculo fornece um grupo 3´-OH imediatamente 
em frente ao primer. Após o primer ter sido removido, os nucleotídeos de reposição de DNA 
podem ser adicionados a esse grupo 3´OH (Figura 17A).
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Em eucariotos, os cromossomos são lineares e, portanto, têm pontas, os telômeros. Na 
ponta de um cromossomo linear, não há trecho adjacente de DNA replicado para fornecer o grupo 
3´-OH. Quando o primer no final do cromossomo for removido, ele não pode ser substituído 
com nucleotídeos de DNA, o que produz um espaço no final dos cromossomos, sugerindo que 
o cromossomo deve ficar progressivamente mais curto a cada rodada de replicação. Células 
germinativas e algumas somáticas proliferativas, como células da medula óssea e do epitélio 
intestinal, possuem uma enzima denominada telomerase. A telomerase carrega uma pequena 
molécula de RNA, parte da qual atua como um molde para a síntese da unidade de repetição 
telomérica, mantendo o comprimento dos cromossomos (Figura 17B). A maioria das células 
somáticas tem pouca ou nenhuma telomerase, e os cromossomos nessas células encurtam 
progressivamente a cada ciclo de divisão celular. Essas células são capazes apenas de um número 
limitado de divisões, após as quais entram em morte celular.
O fato de os cromossomos das células somáticas se tornarem progressivamente 
mais curtos a cada divisão celular, levando-as à morte celular, levou muitos 
cientistas a suspeitarem que havia uma ligação entre o encurtamento dos telômeros 
e o envelhecimento. Pesquisas com camundongos geneticamente modificados 
que não expressam a telomerase mostraram sinais de envelhecimento prematuro 
nesses animais, tais como surgimento de pelos grisalhos, perda de pelos e demora 
na cicatrização de feridas. Uma evidência da relação entre o tamanho do telômero 
e o envelhecimento em seres humanos foi obtida a partir de estudos de indivíduos 
com um distúrbio denominado progéria, caracterizado por envelhecimento 
precoce. Na forma mais grave de progéria, logo após o nascimento, o bebê passa a 
apresentar rugas, calvície e outras manifestações do envelhecimento, e geralmente 
vem a óbito na adolescência. Pesquisas com células somáticas desses indivíduos 
mostram telômeros mais curtos e capacidade proliferativa diminuída quando 
cultivadas em cultura. Porém, embora essas observações sugiram que o tamanho 
dos telômeros está associado ao envelhecimento, o papel exato dos telômeros no 
envelhecimento humano ainda é incerto.
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Figura 17 - Término da replicação do DNA. A) Procariotos. B) Eucariotos. Fonte: Pierce (2017).
Para melhor compreensão do conteúdo abordado nesta 
unidade, assista ao vídeo: Mecanismo de replicação do DNA, 
em 3D, disponível em: 
https://www.youtube.com/watch?v=zVaPUThUdWw . Trata-se 
de uma animação gráfica que mostra os principais aspectos 
da duplicação do DNA.
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3.2 Transcrição
A primeira etapa na transferência de informação do gene para a proteína é a transcrição. 
Durante a transcrição, um filamento de DNA em um gene é utilizado como molde para sintetizar 
um filamento complementar de RNA, denominado transcrito gênico. Ao contrário da duplicação, 
a transcrição de um gene ocorre apenas em um dos filamentos de nucleotídeos de DNA. O 
filamento de nucleotídeos usado para a transcrição é chamado filamento molde. Na maioria 
dos organismos, cada gene é transcrito de um único filamento, mas genes diferentes podem ser 
transcritos de filamentos diferentes (Figura 18).
Figura 18 - Cada gene é transcrito a partir de uma fita simples de DNA. A fita de DNA é lida sempre de 3´ para 5´, 
de modo que o RNA cresce de 5´ para 3´. Fonte: Pierce (2017).
O RNA apresenta uma extremidade 5´ e uma extremidade 3´. Durante a síntese, o 
crescimento do RNA é sempre no sentido 5´ para 3´, ou seja, os nucleotídeos são sempre 
adicionados a uma ponta em crescimento 3´. Tendo em vista que os nucleotídeos complementares 
de ácido nucleico estão orientados de modo oposto, o fato de o RNA ser sintetizado de 5´ para 3´ 
significa que o filamento molde deve ser lido de 3´para 5´ (Figura 18).
A sequência codificadora de proteína em um gene é um segmento relativamente pequeno 
do DNA inserido em uma molécula de DNA muito mais longa (o cromossomo). Tendo em vista 
que o DNA de um cromossomo é uma unidade contínua, a maquinaria de transcrição deve 
reconhecer o início de um gene, denominado promotor; transcrever o comprimento do gene, 
denominado sequência codificante, e interromper na outra extremidade, denominada finalizadora 
(Figura 19). Estes três estágios da transcrição são denominados iniciação, alongamento e término 
(Figura 20).
Figura 19 - Unidade de transcrição. Fonte: Pierce (2017).
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Figura 20 - Estágios da transcrição: Iniciação, Alongamento e Término. Fonte: Snustad e Simmons (2018).
Embora o processo geral de transcrição seja semelhante em procariotos e eucariotos, 
existem diferenças importantes. As células procarióticas possuem, tipicamente, apenas um tipo 
de RNA polimerase, que catalisa a síntese de todas as classes de RNA bacteriano: RNAm, RNAt 
e RNAr. A maioria das células eucarióticas possui três tipos diferentes de RNA polimerase, cada 
uma das quais responsável por transcrever uma classe diferente de RNA: RNA polimerase I, que 
transcreve RNAr; RNA polimerase II, que transcreve pré-RNAm; e RNA polimerase III, que 
transcreve RNAt.
3.2.1 Transcrição em procariotos
3.2.1.1 Iniciação
A iniciação da transcrição requer o reconhecimento da região promotora do gene. Os 
promotores são sequências de nucleotídeos reconhecidas pelo aparato que realizará a transcrição. 
Em procariotos, a RNA polimerase associada a um fator, denominado σ (sigma), compõe o 
aparato de transcrição (Figura 21). 
O aparato de transcrição se liga à região promotora e inicia a abertura da dupla hélice 
de DNA por meio do rompimento das ligações de hidrogênio, formando a bolha de transcrição. 
À medida que o DNA vai sendo aberto, o aparato de transcrição migra em direção ao primeiro 
nucleotídeo que será transcrito, denominado nucleotídeo +1. Na transcrição, não é necessário 
um primer para iniciar. Uma vez posicionado no nucleotídeo +1, o aparato de transcrição inicia 
a adição de nucleotídeos para síntese do RNA.
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3.2.1.2 Alongamento
O fator sigma é necessário para a ligação da RNA polimerase ao promotor e para a 
iniciação. Após alguns nucleotídeos terem sido unidos pela RNA polimerase, sigma se desliga e a 
RNA polimerase dá continuidade ao alongamento da molécula de RNA.
À medida que se move ao longo do molde, a RNA polimerase progressivamente desenrola 
a dupla hélice de DNA à sua frente, unindo nucleotídeos à molécula de RNA de acordo com a 
sequência no molde, e enrola novamente o DNA que já foi transcrito (Figura 21).
O movimento progressivo do aparato de transcrição sobre o molde de DNA gera uma 
super helicoidização. As enzimas topoisomerases provavelmente aliviam o estresse associado ao 
desenrolar e reenrolar do DNA na transcrição, como fazem na duplicação do DNA.
3.2.1.3 Término
A RNA polimerase adiciona nucleotídeos à ponta 3´ da molécula de RNA em crescimento 
até transcrever um finalizador. O finalizador é uma sequência de nucleotídeos especiais que 
atuam como um sinal em relação ao término da cadeia. O encontro com os nucleotídeos de sinal 
de término inicia a liberação do RNA nascente e da enzima do molde. 
Figura 21 - Transcrição em procariotos.Fonte: Pierce (2017).
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3.2.2 Transcrição em eucariotos
Como visto no item 2.2.1, o DNA eucariótico forma um complexo com as proteínas 
histonas; desse modo, a estrutura da cromatina deve ser modificada antes da transcrição, para 
que as proteínas necessárias à transcrição tenham acesso ao DNA. Deste processo participam 
as acetiltransferases e as proteínas de remodelamento do DNA. As acetiltransferases adicionam 
grupos acetil aos aminoácidos nas extremidades das histonas, o que desestabiliza a estrutura do 
nucleossomo e torna o DNA mais acessível. As proteínas de remodelagem ligam-se à cromatina 
e deslocam os nucleossomos dos promotores e de outras regiões importantes para a transcrição.
Em eucariotos, existem três RNA polimerases diferentes, as quais reconhecem promotores 
diferentes. O reconhecimento do promotor é feito por proteínas acessórias que se ligam ao 
promotor e, então, requisitam uma RNA polimerase específica (I, II ou III) para o promotor. As 
proteínas acessórias pertencem a duas classes que compõem os fatores gerais de transcrição e as 
proteínas ativadoras transcricionais. O promotor é dividido em duas regiões conhecidas como 
promotor cerne e promotor regulador (Figura 22).
Os fatores gerais de transcrição, junto com a RNA polimerase, se ligam ao promotor 
cerne e são capazes de realizar a transcrição em níveis mínimos.
As proteínas ativadoras transcricionais se ligam ao promotor regulador e são capazes de 
estimular níveis altos de transcrição.
Os promotores são reconhecidos por meio de sequências de consenso. Uma das sequências 
de consenso mais comuns, presente no promotor cerne, é a sequência TATAAA, situada em -25 
pares de bases (pb) antes do ponto de início da transcrição (nucleotídeo +1). Esta é conhecida 
como TATA box (Figura 22).
Figura 22 - Promotor de gene eucariótico transcrito pela RNA polimerase II. Fonte: Pierce (2017).
3.2.2.1 Iniciação
As acetiltransferases e as proteínas de remodelagem do DNA se ligam a ele próximo da 
região promotora e modificam a estrutura da cromatina. A RNA polimerase e os fatores gerais 
de transcrição (em conjunto chamados aparato basal de transcrição) se ligam no promotor 
cerne, reconhecendo a sequência TATA box. Uma das proteínas começa a abertura da fita de 
DNA, deselicoidizando-o parcialmente; 11 a 15 pb do DNA que circundam o sítio de início 
da transcrição se separam, produzindo o DNA unifilamentar que servirá como molde para a 
transcrição. Após se formar o complexo aberto, a síntese de RNA começa. As proteínas ativadoras 
transcricionais se ligam ao promotor regulador e, direta ou indiretamente, fazem contato com o 
aparato basal de transcrição e afetam a taxa com a qual a transcrição é iniciada.
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3.2.2.2 Alongamento
Após terem sido adicionados cerca de 30 nucleotídeos de RNA, a RNA polimerase deixa 
o promotor e entra no estágio de alongamento da transcrição. Muitos dos fatores de transcrição 
são deixados no promotor cerne e podem servir para reiniciar rapidamente a transcrição com 
outra RNA polimerase. 
Assim como em procariotos, à medida que se move ao longo do molde, a RNA polimerase 
progressivamente desenrola a dupla hélice de DNA à sua frente, unindo nucleotídeos à molécula 
de RNA de acordo com a sequência no molde, e enrola novamente o DNA que já foi transcrito. 
O movimento progressivo do aparato de transcrição sobre o molde de DNA gera uma super 
helicoidização. As enzimas topoisomerases provavelmente aliviam o estresse associado ao 
desenrolar e reenrolar do DNA na transcrição, como fazem na duplicação do DNA.
3.2.2.3 Término
 
O término da transcrição é específico para cada RNA polimerase. 
A RNA polimerase I requer um fator de término. 
A RNA polimerase III termina a transcrição após transcrever uma sequência finalizadora. 
A RNA polimerase II não termina em sequências específicas, ela geralmente continua a 
sintetizar RNA com centenas ou mesmo milhares de nucleotídeos, além da sequência necessária 
para produzir RNAm. Esses nucleotídeos extras serão removidos durante o processamento do 
RNA, que será descrito no item 3.3.1.
3.2.3 Principais classes de RNA
Como descrito na seção 2.1.2, existem três classes principais de RNA, as quais são 
observadas em procariotos e eucariotos:
- RNA mensageiro (RNAm), o qual codifica a informação necessária para produzir cadeias 
polipeptídicas (proteínas), ou seja, atua como o intermediário que transmite a informação do 
DNA para a proteína;
- RNA transportador (RNAt), responsável por transportar o aminoácido correto até o 
RNAm no processo de síntese proteica;
- RNA ribossômico (RNAr), que são os principais componentes dos ribossomos, que são 
grandes máquinas moleculares que guiam a montagem da cadeia de aminoácidos pelos RNAm 
e RNAt.
3.3 Processamento do RNA
Para se tornar funcional e estável, o RNA eucariótico sofre grandes modificações, as quais 
são, coletivamente, denominadas processamento do RNA (Figura 23). 
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3.3.1 Processamento do RNAm
Uma diferença primordial entre procariotos e eucariotos é a presença do envoltório 
nuclear delimitando o núcleo de eucariotos. Em procariotos, que apresentam ausência de 
envoltório nuclear, à medida que o RNAm é transcrito, ele já vai sendo quase que simultaneamente 
traduzido, de modo que não há tempo para processamento. Em eucariotos, o RNA é sintetizado 
no núcleo, onde está localizado o DNA, e exportado do núcleo para o citoplasma, onde ocorre 
a tradução. Antes que o RNA deixe o núcleo, ele será processado. O processamento do RNAm 
ocorre em três etapas:
- Adição do CAP 5´
Consiste na adição de um nucleotídeo extra de guanina (G) na extremidade 5´ do RNAm 
e adição de um grupo metila (CH3) à G recém-adicionada. A presença de CAP 5´ aumenta a 
estabilidade do RNAm e auxilia na iniciação da tradução.
- Splicing
Os genes de eucariotos são compostos por segmentos denominados éxons (que se referem 
às regiões expressas), que codificam partes das proteínas, e segmentos denominados íntrons 
(que se referem às regiões intercalares), que separam os éxons. Assim, o RNA produzido após 
a transcrição, a partir de um gene, contém tanto éxons quanto íntrons. Para que o RNAm se 
torne funcional, um grande complexo molecular, denominado spliceossomo, remove os íntrons 
e, simultaneamente, une os éxons, por um processo denominado splicing. Os éxons unidos 
constituirão a região codificante do RNAm. A região codificante determinará a sequência de 
aminoácidos da proteína, sendo que cada aminoácido é codificado por uma sequência de 3 
nucleotídeos consecutivos, denominada códon.
- Adição da cauda poli-A
Muitos genes eucarióticos transcritos pela RNA polimerase II são transcritos muito 
além do final da sequência codificante (item 3.2.2.3). Durante o processamento do RNAm, o 
material extra na ponta 3´ é cortado e são adicionados de 50 a 250 nucleotídeos de adenina (A) 
à extremidade 3´ formando uma cauda poli-A. Esses nucleotídeos não são codificados no DNA, 
mas sim adicionados após a transcrição em um processo chamado poliadenilação. A cauda poli-A 
confere estabilidade ao RNAm, aumentando o tempo durante o qual ele permanece intacto e 
disponível para tradução antes de ser degradado; também facilita a ligação dos ribossomos ao 
RNAm.
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Figura 23 - Processamento do RNA mensageiro. Fonte: Pierce (2017).
3.2.2 Processamento do RNAt
O processamento do RNAt inclui mudanças químicas feitas em algumas das quatro 
bases nitrogenadas padrão do RNA (A, G, C, U), que auxiliam o dobramento do RNAt em uma 
estrutura em folha de trevo. Na extremidade 3´ da folha de trevo,ocorre a remoção de um íntron 
e a adição de uma trinca de nucleotídeos (CCA), compondo o braço aceptor, ao qual se liga o 
aminoácido. Na base do RNAt, ocorre a remoção de um íntron e o posicionamento de uma trinca 
de bases denominada anticódon, o qual será complementar a um códon presente no RNAm. Este 
processamento ocorre em procariotos e eucariotos (Figura 24).
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Figura 24 - Processamento do RNA transportador. Fonte: Pierce (2017).
3.3.3 Processamento do RNAr
 
Com exceção de um tipo de RNAr de eucariotos, os diferentes RNA ribossômicos são 
codificados por um único gene, em procariotos e eucariotos. Após a transcrição, as regiões que 
darão origem aos RNAr são metiladas e os íntrons são removidos, liberando diferentes RNAr. Os 
RNAr se associam a proteínas para formar as subunidades ribossômicas, maior e menor (Figura 
25). 
Figura 25 - Processamento do RNA ribossômico. Fonte: Pierce (2017).
3.4 Síntese Proteica ou Tradução
Após processamento, o RNA maduro contém a informação necessária para sintetizar 
uma proteína. Durante a síntese proteica, a sequência de nucleotídeos no transcrito de RNA é 
convertida na sequência de aminoácidos da proteína originalmente codificada pelo gene. Isso é 
possível graças ao código genético (Figura 26).
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Figura 26 - O código genético designa os aminoácidos codificados por cada códon. Fonte: Griffiths et al. (2016).
 
Participam da síntese de uma proteína: o RNAm, o RNAt e o ribossomo (rever classes de 
RNA no item 3.2.3).
A síntese proteica pode ser estudada em quatro estágios: carregamento do RNAt, iniciação, 
alongamento e término.
3.4.1 Carregamento do RNAt
O primeiro estágio da tradução é a ligação da molécula de RNAt ao aminoácido pela 
enzima aminoacil-RNAt sintetase. Cada RNAt é específico para um determinado aminoácido, 
de modo que existe uma aminoacil-RNAt sintetase para cada aminoácido. Visto que há 20 
aminoácidos diferentes, existem 20 dessas enzimas diferentes. Os aminoácidos se ligam por meio 
do seu grupo carboxila (COO-) à adenina da sequência CCA, presente no braço aceptor do RNAt 
(Figura 27).
Figura 27 - Ligação do aminoácido ao RNAt. O grupo carboxila (COO−) do aminoácido se liga ao grupo hidroxila 
do átomo de carbono 2′ ou 3´ do nucleotídeo final na extremidade 3´ do RNAt, no qual a base é sempre adenina. 
Fonte: Pierce (2017).
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3.4.2 Iniciação
O segundo estágio no processo de síntese proteica é a iniciação, a qual compreende três 
etapas (Figura 28):
1. Ligação da subunidade menor do ribossomo à extremidade 5´ do RNAm: a subunidade 
menor do ribossomo reconhece o CAP 5´ do RNAm, se liga a ele e percorre o RNAm 
até encontrar a trinca de bases AUG, que corresponde ao códon de início da síntese 
proteica. Este códon codifica o aminoácido metionina, de modo que todas as proteínas 
recém-sintetizadas têm a metionina como seu primeiro aminoácido, o qual, em geral, 
é posteriormente removido por uma protease.
2. Ligação do RNAt iniciador ao RNAm pelo pareamento de bases entre o códon e o 
anticódon: o RNAt que carrega a metionina (met) se associa à subunidade menor 
do ribossomo e se liga ao RNAm pela interação do seu anticódon UAC, que é 
complementar ao códon AUG.
3. Ligação da subunidade maior do ribossomo ao complexo de iniciação: após a ligação 
do RNAt-metionina, a subunidade maior do ribossomo se associa. Após a associação 
das subunidades ribossomais, o ribossomo passa a exibir três sítios: o aminoacil, ou 
sítio A; o peptidil, ou sítio P; e o sítio de saída, ou sítio E.
Existem alguns mecanismos que podem alterar a expressão gênica sem alterar 
a sequência de nucleotídeos do DNA. Estes mecanismos são coletivamente 
denominados epigenética. Para saber mais sobre a epigenética, leia o artigo: 
COSTA, E. B. O.; PACHECO, C. Epigenética: regulação da expressão gênica em 
nível transcricional e suas implicações. Semina: Ciências biológicas e da saúde, 
Londrina, v. 34, n. 2, p. 125-136, 2013. Disponível em: 
http://www.uel.br/revistas/uel/index.php/seminabio/article/view/5142/13877 .
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Figura 28 - Iniciação da tradução. Fonte: Pierce (2017).
3.4.3 Alongamento
O RNAt iniciador ocupa imediatamente o sítio P, mas todos os outros RNAt primeiro 
entram no sítio A. Após a ligação do RNAt-met ao sítio P, o sítio A adjacente está desocupado. 
Então, o RNAt, cujo anticódon for complementar ao códon presente no sítio A, irá se ligar a 
ele, carregando o aminoácido codificado por aquele códon. Neste momento, a enzima peptidil 
transferase irá catalisar uma ligação entre os aminoácidos que estão ligados aos RNAt nos sítios 
P e A. Esta ligação é denominada ligação peptídica.
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Após a ligação entre os aminoácidos codificados pelos dois primeiros códons, o ribossomo 
se movimenta ao longo do RNAm no sentido 5´->3` para leitura dos próximos códons. Este 
movimento do ribossomo é denominado translocação. Como os RNAt nos sítios P e A ainda 
estão ligados ao RNAm pelo pareamento códon-anticódon, eles não se movem com o ribossomo 
à medida que ele se transloca. Consequentemente, o ribossomo muda, de modo que o RNAt, que 
antes ocupava o sítio P, agora ocupa o sítio E, do qual ele se move para o citoplasma, onde pode 
ser carregado com outro aminoácido. A translocação também faz com que o RNAt que ocupava 
o sítio A (que está ligado à cadeia polipeptídica em crescimento) passe para o sítio P, deixando 
livre o sítio A. Assim, o progresso de cada RNAt pelo ribossomo pode ser resumido do seguinte 
modo: citoplasma-> sítio A -> sítio P-> sítio E-> citoplasma. Como descrito, o RNAt iniciador é 
uma exceção, ele se liga diretamente ao sítio P e nunca ocupa o sítio A (Figura 29).
O ribossomo é translocado inúmeras vezes para que todos os códons sejam lidos e os 
RNAt deixem todos os aminoácidos que irão compor a proteína.
Figura 29 - Alongamento da cadeia polipeptídica. Fonte: Pierce (2017).
3.4.4 Término
A tradução termina quando o sítio A do ribossomo é posicionado no códon de término 
(UAA, UAG ou UGA). Tais códons não codificam nenhum aminoácido, de modo que o seu 
aparecimento promove a desmontagem de todo o complexo com a liberação da proteína para o 
citoplasma (Figura 30).
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Figura 30 - Término da tradução. Fonte: Pierce (2017).
Para melhor compreensão do conteúdo abordado nesta 
unidade, assista ao vídeo: Mecanismo de transcrição em 3D. 
Do DNA à proteína, disponível em: 
https://www.youtube.com/watch?v=63bz_5UBtXY . Trata-se 
de uma animação gráfica que mostra os principais aspectos 
dos processos de transcrição e síntese proteica.
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CONSIDERAÇÕES FINAIS
Nesta unidade, vimos que o DNA é o material que codifica as nossas características. No 
núcleo de nossas células, existem 46 filamentos de DNA. No menor estágio de compactação, o 
DNA é denominado cromatina e está transcricionalmente ativo. No maior estágio de compactação, 
o DNA é denominado cromossomo e transcricionalmente inativo.
Quando o DNA está transcricionalmente ativo, ou seja, na forma de cromatina, a 
informação nele contida é lida e transcrita em RNA. Distribuídos em nossos 46 filamentos 
cromatínicos, existem numerosos genes. Cada gene será transcrito em um RNA. Para se tornarem 
funcionais, os RNA passam por um processamento. Os RNA são de três tipos: mensageiro, 
ribossômicoe transportador. Estes três RNA interagem para sintetizar uma cadeia polipeptídica. 
Em resumo, aprendemos nesta unidade o dogma central da genética e biologia molecular:
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U N I D A D E
02
SUMÁRIO DA UNIDADE
INTRODUÇÃO ...............................................................................................................................................................40
1. CLASSIFICAÇÃO DAS MUTAÇÕES .......................................................................................................................... 41
2 MUTAÇÃO GÊNICA ..................................................................................................................................................42
2.1 ORIGEM DAS MUTAÇÕES GÊNICAS.....................................................................................................................42
2.2 TIPOS DE MUTAÇÕES GÊNICAS ..........................................................................................................................42
2.2.1 MUTAÇÃO GÊNICA DE SUBSTITUIÇÃO.............................................................................................................42
2.2.2 MUTAÇÃO GÊNICA DE INSERÇÃO OU DELEÇÃO (INDEL) ..............................................................................43
2.3 CONSEQUÊNCIAS DAS MUTAÇÕES GÊNICAS ...................................................................................................43
2.3.1 CONSEQUÊNCIAS DAS MUTAÇÕES DE SUBSTITUIÇÃO EM UMA REGIÃO CODIFICANTE (FIGURA 3) ....44
2.3.2 CONSEQUÊNCIAS DAS MUTAÇÕES INDEL EM UMA REGIÃO CODIFICANTE (FIGURA 4) .........................44
2.3.3 CONSEQUÊNCIAS DAS MUTAÇÕES EM UMA REGIÃO NÃO CODIFICANTE ................................................46
ALTERAÇÕES NO MATERIAL GENÉTICO E 
DIVISÃO CELULAR
PROF.A DRA. DÉBORA FURLAN RISSATO 
ENSINO A DISTÂNCIA
DISCIPLINA:
GENÉTICA E BIOLOGIA MOLECULAR
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2.4 REPARO ..................................................................................................................................................................46
3. DIVISÃO CELULAR...................................................................................................................................................49
3.1 CICLO CELULAR .....................................................................................................................................................50
3.1.1 INTÉRFASE ..........................................................................................................................................................50
3.1.2 MITOSE ................................................................................................................................................................52
3.2 MEIOSE ..................................................................................................................................................................54
4. MUTAÇÃO CROMOSSÔMICA .................................................................................................................................58
4.1 MUTAÇÕES CROMOSSÔMICAS NUMÉRICAS ....................................................................................................58
4.1.1 POLIPLOIDIA ........................................................................................................................................................59
4.1.2 ANEUPLOIDIA .....................................................................................................................................................60
4.1.2.1 MONOSSOMIAS ................................................................................................................................................ 61
4.1.2.2 TRISSOMIAS ....................................................................................................................................................62
5. MUTAÇÕES CROMOSSÔMICAS ESTRUTURAIS ..................................................................................................66
5.1 MUTAÇÕES CROMOSSÔMICAS ESTRUTURAIS BALANCEADAS ......................................................................66
5.1.1 INVERSÕES ..........................................................................................................................................................66
5.1.2 TRANSLOCAÇÕES ...............................................................................................................................................67
5.2 MUTAÇÕES CROMOSSÔMICAS ESTRUTURAIS NÃO BALANCEADAS ............................................................69
5.2.1 DUPLICAÇÕES .....................................................................................................................................................69
5.2.2 DELEÇÕES ..........................................................................................................................................................69
6. GENÉTICA DO CÂNCER ..........................................................................................................................................70
6.1 ALTERAÇÕES QUE PODEM DESENCADEAR O CÂNCER ................................................................................... 73
6.1.1 MUTAÇÕES GÊNICAS .......................................................................................................................................... 73
6.1.1.1 MUTAÇÕES EM GENES QUE ATUAM NO CONTROLE DO CICLO CELULAR ................................................. 74
6.1.1.2 MUTAÇÕES EM GENES DE REPARO DO DNA ................................................................................................76
6.1.1.3 MUTAÇÕES EM GENES ENVOLVIDOS COM A APOPTOSE ...........................................................................76
6.1.2 MUTAÇÕES CROMOSSÔMICAS ........................................................................................................................76
6.1.3 FATORES EPIGENÉTICOS ..................................................................................................................................78
6.1.4 VÍRUS ...................................................................................................................................................................78
6.2 VIAS GENÉTICAS PARA O CÂNCER .....................................................................................................................79
CONSIDERAÇÕES FINAIS ...........................................................................................................................................82
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INTRODUÇÃO
 
Vimos na Unidade I a estrutura e a organização do material genético e entendemos de que 
maneira a informação nele contida é expressa para formar as nossas proteínas. Vimos também 
que, quando uma célula precisar se dividir, o material genético deve ser fielmente duplicado para 
que as novas células tenham o material genético íntegro e idêntico à célula de origem. Assim, o 
DNA deve ser uma molécula altamente estável que se replica com uma incrível precisão. Porém, 
podem ocorrer mudanças na estrutura do DNA e erros de replicação. Quando esses eventos 
ocorrem, o material genético é alterado e a replicação seguinte do DNA replicará também a 
alteração. Com fidelidade característica, o DNA modificado será passado para a próxima geração 
e todas as subsequentes. Chamamos de uma alteração herdável no material genético de mutação; 
os descendentes podem ser células ou organismos, os quais são chamados mutantes.
Considerando a definição de mutação, reflita a respeito das seguintes perguntas: As 
mutações sempre são prejudiciais? Quando você ouve o termo mutante, o que lhe vem à mente? 
Provavelmente, grande parte dos leitores respondeu sim para a primeira pergunta. E 
possivelmente, partepensou em algo como “x-men” quando leu a segunda pergunta. Pois bem, 
mutações podem, sim, ser prejudiciais, porém nem sempre; algumas podem não causar dano 
algum. O termo mutante é usado para designar o que é menos comum, o que representa uma 
variação, como o indivíduo canhoto, por exemplo.
Dessa forma, algumas diferenças entre os indivíduos, na sequência de DNA, têm pouco 
ou nenhum efeito sobre o fenótipo, enquanto outras diferenças são diretamente responsáveis 
por causar doenças. Entre esses dois extremos, está a variação responsável pela variabilidade nas 
respostas terapêuticas ou reações adversas às medicações, suscetibilidade à infecção, predisposição 
ao câncer e até mesmo a variabilidade fenotípica na anatomia, que nos torna diferentes uns dos 
outros, ainda que tenhamos um mesmo padrão corporal: dois membros superiores, dois membros 
inferiores, dois olhos, um nariz, uma boca...
Nesta unidade, estudaremos as mutações que alteram um gene; os processos de divisão 
celular; o modo pelo qual alterações nesses processos podem levar a mutações em cromossomos 
inteiros e o modo pelo qual mutações gênicas podem promover uma divisão descontrolada, 
levando ao câncer.
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1. CLASSIFICAÇÃO DAS MUTAÇÕES
Uma mutação pode ocorrer em qualquer célula, em qualquer estágio do desenvolvimento 
de um organismo multicelular. Os efeitos imediatos da mutação e sua capacidade de produzir 
uma mudança fenotípica são determinados por sua dominância, pelo tipo de célula na qual 
ocorre e pela época em que ocorre durante o ciclo de vida do organismo. As mutações podem 
ser classificadas por diferentes critérios. Começaremos classificando-as de acordo com o tipo de 
célula afetada e seguiremos classificando-as de acordo com a alteração genética que foi causada.
De acordo com o tipo de célula em que se apresenta, são reconhecidas duas categorias de 
mutações: as mutações nas células somáticas e as mutações na linhagem de células germinativas. 
As mutações somáticas surgem nos tecidos somáticos, aqueles que não produzem gametas. 
Quando uma célula somática, com uma mutação, se divide (por mitose), a mutação é passada 
para as células-filhas. Quanto mais cedo, no desenvolvimento, ocorrer uma mutação somática, 
maior o número de células dentro desse organismo que conterão a mutação. As mutações na 
linhagem germinativa surgem nas células que produzem gametas. Uma mutação na linhagem 
germinativa pode ser passada para gerações futuras, produzindo organismos individuais que 
carregam a mutação em todas as suas células somáticas e germinativas.
Considerando a alteração genética propriamente dita, as mutações podem ser classificadas 
em duas categorias: as mutações gênicas e as mutações cromossômicas. As mutações gênicas 
alteram genes individualmente, enquanto as mutações cromossômicas alteram o número ou a 
estrutura dos cromossomos, afetando muitos genes simultaneamente.
A seguir, descreveremos as mutações gênicas e, ao final desta unidade, as mutações 
cromossômicas. 
Em virtude do grande número de células presentes em um organismo eucariótico, 
as mutações somáticas são abundantes. Por exemplo, no corpo humano, existem 
cerca de 1014. A cada um milhão de divisões celulares, tende a surgir uma mutação. 
Dessa forma, considerando o número de células em cada indivíduo, centenas de 
milhões de mutações somáticas podem surgir em cada pessoa. Muitas mutações 
em células somáticas não têm efeito no fenótipo do organismo, pois a função da 
célula mutante (mesmo a própria célula) é substituída pela de células normais. 
Entretanto, as células com uma mutação somática que estimula a divisão celular 
podem aumentar em número e se espalhar; esse tipo de mutação pode dar origem 
a células com uma vantagem seletiva, e é a base de todos os cânceres (PIERCE, 
2017).
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2 MUTAÇÃO GÊNICA
2.1 Origem das Mutações Gênicas
As mutações gênicas podem originar-se por eventuais erros ocorridos durante o processo 
de duplicação do DNA ou por falhas ao reparar o DNA após uma lesão.
- Erros na duplicação do DNA: Como visto no item 3.1.3 da Unidade I, a DNA polimerase 
sintetiza moléculas de DNA com eficiência e precisão, pois ela possui uma atividade corretora 
de erros que lhe permite remover um nucleotídeo com uma base incorreta que tenha sido 
incorporado à fita crescente de DNA. De acordo com a literatura, menos de um erro em um bilhão 
de nucleotídeos surge no curso da síntese de DNA. Entretanto, eventualmente, essa atividade de 
revisão e correção pode falhar. Quando um par incorreto de nucleotídeos é formado na síntese de 
DNA, surge uma substituição de bases. Quando nucleotídeos deixam de ser adicionados, surge 
uma deleção de bases e quando nucleotídeos extras são incorporados, surge uma inserção de 
bases. 
- Erros no reparo de lesões do DNA: Além dos erros que podem surgir durante a 
duplicação, estima-se que entre 10000 e 100000 nucleotídeos sejam danificados em células 
humanas diariamente. Esses danos surgem pela exposição a mutágenos químicos, radiação 
ultravioleta ou ionizante. Nas células, existem numerosas enzimas que trabalham arduamente 
no reparo de tais lesões. Porém, se o indivíduo tiver alterações que afetem tais mecanismos de 
reparo, o erro pode não ser corrigido e a mutação pode se tornar permanente.
2.2 Tipos de Mutações Gênicas
As mutações gênicas, também denominadas por alguns autores mutação de ponto, 
referem-se, tipicamente, à alteração de um único par de bases do DNA ou a um pequeno número 
de pares de bases adjacentes. 
Com base na natureza molecular da mutação, são reconhecidos três tipos de mutação 
gênica (Figura 1):
- Substituição;
- Inserção;
- Deleção.
 
2.2.1 Mutação gênica de substituição
Como o nome sugere, na mutação gênica de substituição, um nucleotídeo é substituído 
por outro. São reconhecidas duas categorias de mutação gênica de substituição (Figura 2):
- Transição: quando há substituição de uma base por outra de mesma categoria química: 
base púrica por púrica ou pirimídica por pirimídica.
- Transversão: quando há substituição de uma base de uma categoria química por outra: 
pirimídica por púrica ou púrica por pirimídica.
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2.2.2 Mutação gênica de inserção ou deleção (InDel)
Na mutação gênica de inserção, ocorrerá a adição de um ou mais nucleotídeos extras à 
fita. Na mutação gênica de deleção, ocorrerá a remoção de um ou mais pares de nucleotídeos do 
DNA. Coletivamente são denominadas mutações indel.
Figura 1 - Tipos de mutação gênica. Fonte: Nussbaum, Mclnnes e Willard (2016).
Figura 2 - Categorias de mutação gênica de substituição. Fonte: Pierce (2017).
2.3 Consequências das Mutações Gênicas
Como vimos na Unidade I, um gene contém uma região promotora, uma região 
codificante e uma sequência de término. Cada região é marcada por sequências de nucleotídeos 
específicas. Vimos também que um gene transcrito pode originar, após processamento, um RNAm 
que, por meio de trincas de nucleotídeos, denominadas códons, determinará a sequência de 
aminoácidos da proteína codificada por aquele gene. Portanto, é lógico pensarmos que alterações 
em nucleotídeos de um gene têm grande probabilidade de alterar a sua expressão, afetando a 
quantidade da proteína expressa ou a sua sequência de aminoácidos.
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Assim, de acordo com o tipo de mutação gênica e com a região do gene que foi afetado, 
as proteínas podem ser alteradas de diferentes formas: pode-se alterar a quantidade de proteína 
produzida ou a sequência de aminoácidos da proteína. 
2.3.1 Consequências das mutações de substituição em uma região 
codificante (Figura 3)
- Mutação