Processos Moleculares e Genéticos

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Autoria: Symara Rodrigues Antunes 
Revisão técnica: Carlos Jorge Rocha Oliveira
PROCESSOS MOLECULARES E
GENÉTICOS
UNIDADE 1 - O DOGMA
DA BIOLOGIA
MOLECULAR E SEUS
PROCESSOS
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Introdução
Seja bem-vindo à disciplina de Processos Moleculares e Genéticos! Nossa
jornada irá começar com a apresentação dos processos básicos de transmissão
da informação genética e quais são as moléculas envolvidas neles. Contudo,
primeiramente precisamos relembrar conceitos iniciais. É importante recordar
que temos dois tipos de células: eucariotas e procariotas, sendo a primeira
dotada de núcleo e organelas membranosas, enquanto a segunda não os possui.
O núcleo, nas células eucarióticas, guarda uma importante molécula: o DNA
(ácido desoxirribonucleico). 
O DNA, por sua vez, possui uma importância gigantesca: é o nosso material
genético. É essa molécula que carrega todas as nossas informações, que
designam nossas características físicas e moleculares, ou seja, toda a nossa
constituição. Todavia, não é essa a molécula que irá levar a informação para as
moléculas que executam as ordens. Portanto, neste capítulo iremos entender
como acontecem os processos de transmissão da informação, quais as
moléculas envolvidas e quais os processos que o cercam. Ao �nal, você terá a
oportunidade de ter uma visão geral da aplicação desses conhecimentos nas
técnicas de biologia molecular, tão difundidas nas pesquisas acadêmicas e cada
vez mais ganhando espaço nos diagnósticos clínicos. 
Bons estudos!
O ano de 1953 foi um marco na história da biologia molecular: estava
descoberto o DNA. Porém, não ache que essa importante molécula
simplesmente não era previamente conhecida. Na verdade, Francis Crick, James
Watson e Maurice Wilkins realizaram a tarefa de reunir, em um artigo de revisão
de duas páginas, as informações que já se conheciam dessa molécula e
correlacionaram com a mais importante função dentro da célula: carregar a
informação genética. Hoje, parece impensável um mundo no qual não se sabe
que é o DNA a molécula que controla todas as funções dentro de uma célula.
Não há ainda nem 100 anos dessa descoberta e já há muitos avanços desde
1.1 O dogma central da biologia molecular, suas
moléculas e seus processos
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então: conseguimos mapear todo o genoma humano e de diversos animais e
plantas, conseguimos relacionar alterações estruturais e funcionais do DNA com
diversas doenças e características nos animais, além de desenvolvermos
técnicas baseadas em análises de DNA que facilitam nosso dia a dia e a
medicina. 
Entretanto, a descoberta da molécula do DNA não respondia a muitas questões.
Já se sabia da existência de RNA e proteínas, mas não se sabia como essas
macromoléculas poderiam de alguma forma interagir, ou como interagiam, e
qual a hierarquia entre elas. Foi assim que, em 1958, Francis Crick, continuando
seus estudos moleculares, propôs o que �cou conhecido como o Dogma Central
da Biologia Molecular. Con�ra! 
Figura 1 - Dogma Central da Biologia Molecular
Fonte: Elaborada pela autora, 2020.
Genoma é a denominação dada à sequência completa do DNA de um
organismo. Em outras palavras, é a sequência de DNA que designa os
genes do ser vivo. O conhecimento do genoma de um organismo
possibilita uma vasta gama de informações, que pode auxiliar no
entendimento de como ocorrem os processos celulares e moleculares da
espécie. 
VOCÊ SABIA?
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#PraCegoVer: imagem representando o Dogma Central da Biologia Molecular e
seus processos, em que o DNA é responsável pela informação repassada ao
RNA, pelo processo da transcrição, que, por sua vez, passa a informação à
proteína por meio da tradução. O processo da síntese de nova molécula de DNA
é a replicação. 
A proposta de Crick era baseada nos diversos estudos anteriores, tanto da sua
equipe quanto de outros pesquisadores. Crick e Watson propuseram, pouco
após a revelação da estrutura do DNA, como ocorria sua replicação, como
ocorriam as mutações e como essas alterações poderiam in�uenciar no produto
�nal: as proteínas. Em 1958, Crick publicou um novo artigo, propondo o Dogma
Central. A partir dessa publicação, �cou estabelecido que o �uxo da informação
genética seria do DNA gerando a molécula de RNA por meio do processo
denominado transcrição. O RNA, por sua vez, daria origem à proteína, pelo
processo da tradução. O DNA seria gerado a partir de uma molécula de DNA
prévia, pelo processo de replicação do DNA. De lá para cá, poucos ajustes foram
feitos no Dogma Central, não modi�cando sua estrutura principal, mas inserindo-
se exceções na maioria causadas pelos vírus. Descobriram-se enzimas, como a
transcriptase reversa, que gera uma molécula de DNA a partir de uma molécula
de RNA, por exemplo, mas o cerne do dogma permanece como verdadeiro até os
dias atuais.
A seguir, vamos conhecer como é a estrutura dessas moléculas e como ocorrem
seus processos de formação.
A proposta da estrutura do DNA por Francis Crick, James Watson e Maurice
Wilkins, publicada em 1953, trazia resultados de diversos experimentos de
outras equipes de cientistas. Na proposta de Watson e Crick, aceita até os dias
atuais, a molécula de DNA é estruturalmente de�nida como sendo uma molécula
helicoidal bi�lamentar, com �tas antiparalelas. A molécula é constituída de
nucleotídeos que são, por sua vez, formados por uma base nitrogenada, um
açúcar (uma desoxirribose) e um grupamento fosfato.
1.1.1 Estrutura e replicação do DNA
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Figura 2 - Representação gráfica da molécula do DNA com seus componentes moleculares
Fonte: Designua, Shutterstock, 2020.
#PraCegoVer: estrutura do DNA. À direita, temos a representação da molécula
de DNA: uma molécula helicoidal de �ta dupla, antiparalela. À esquerda, o
detalhamento da estrutura das �tas: um grupamento fosfato (azul); uma
pentose, que é o açúcar (rosa); e uma base nitrogenada (laranja). A união entre
as duas �tas se dá por pontes de hidrogênio. 
Os nucleotídeos do DNA são chamados de desoxinucleotídeos e seguem a
mesma constituição base estabelecida anteriormente. A ligação da pentose
(lembre-se de que é uma desoxirribose) ocorre pelo carbono 1’ (leia-se carbono
um linha) na base nitrogenada e o grupamento fosfato ao carbono 5’ (leia-se
carbono cinco linha).
As bases nitrogenadas podem ser de dois tipos: 
Bases púricas 
Bases pirimídicas 
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Observamos, entretanto, estruturas formadas pela união de uma pentose com
uma base nitrogenada, e a essa molécula formada denominamos nucleosídeo.
Se for inserido um grupo fosfato ao carbono 5’ da pentose, a estrutura passa a
ser chamada de nucleotídeo. A quantidade de fosfatos ligados à base
nitrogenada − monofosfato, difosfato ou trifosfato − permite que essas
moléculas assumam diferentes e fundamentais funções celulares. Um exemplo
que vale a pena destacar é a molécula de ATP, conhecida como a mais
importante molécula energética da célula. Sua denominação por escrito já
entrega a sua composição: adenosina trifosfato.
Continuando a descrição da molécula de DNA, Erwin Chargaff e colaboradoresrealizaram análises da composição química da molécula e constataram dados
curiosos, conforme relatado em GRIFFITHS et al. (2013). Con�ra! 
A concentração de timina era sempre igual à de adenina em uma mesma molécula (T=A), assim como a de citocina e guanina (C=G).
A concentração total de pirimidinas (T+C) era sempre igual a de purinas (A+G) em uma mesma molécula (portanto, temos a equação T+C=A+G).
Rosalind Franklin era uma cientista britânica, segunda de cinco �lhos de
uma importante família judaica. Formou-se em Ciências da Natureza pelo
Newnham College, faculdade restrita às mulheres da Universidade de
Cambridge. Seu Ph.D. foi obtido com uma pesquisa sobre o carvão,
importante substância para a indústria britânica na época da Segunda
Guerra Mundial. A partir dessa pesquisa, Rosalind passou a estudar
outras substâncias, entre elas o DNA e RNA. De fato, as pesquisas de
Franklin foram fundamentais para a descoberta da molécula do DNA,
mas, infelizmente, a pesquisadora não pôde receber o prêmio Nobel, em
1962, pela sua contribuição, pois faleceu prematuramente, em 1958, e o
prêmio somente é entregue a pesquisadores vivos.
VOCÊ O CONHECE?
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A partir das observações de Chargaff e colaboradores, foi possível deduzir que
as duas �tas que formam a molécula de DNA, ligadas a partir de pontes de
hidrogênio, seguem a seguinte regra: timina pareia com adenina ligando por
duas pontes de hidrogênio; e citocina pareia com guanina ligando-se por três
pontes de hidrogênio. Para quem lembra, as pontes de hidrogênio são ligações
químicas que, analisadas isoladamente, são fracas. Porém, como o DNA é uma
molécula muito grande, possui, então, inúmeras pontes de hidrogênio,
transformando o conjunto dessas ligações fortes o su�ciente para estabilizar a
molécula. Na mesma �ta de DNA, as bases nitrogenadas são ligadas por meio
de uma ligação química do tipo fosfodiéster. A molécula de DNA, então,
apresenta-se na forma helicoidal, com mais pontes de hidrogênio fazendo a sua
estabilização, estabelecendo os chamados giros menores e os giros maiores.
Essa estrutura da molécula do DNA já proporcionou importantes pistas de como
seria executada a replicação dessa molécula. O pareamento de bases especí�co
é um mecanismo de cópia �dedigna, como veremos a seguir. 
Os primeiros estudos e conhecimentos adquiridos sobre a replicação do DNA
foram obtidos graças a experimentos com bactérias, em especial a Escherichia
coli. Isso porque esse microrganismo tem um tempo relativamente curto entre
uma duplicação celular e outra: cerca de 20 minutos. Além se tratar de uma
célula procariota, menos complexa do que uma célula humana, eucariota, por
exemplo.
Deve-se ainda ressaltar outro ponto: nos eucariotos, a replicação do DNA ocorre
em uma fase especí�ca do ciclo celular. O ciclo celular, por sua vez, pode ser
de�nido como uma sucessão de fases que regem a vida de uma célula
Em 2014, foi publicado no Brasil, pela editora Zahar, o livro de James D.
Watson, A dupla hélice: como descobri a estrutura do DNA. Nesse livro,
Watson conta a sua versão sobre a descoberta que modi�cou o mundo e
permitiu que, poucos anos mais tarde, essa molécula �zesse parte do
conhecimento geral de toda a população. Vale a pena conferir! 
VOCÊ QUER LER?
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eucariótica, sendo cada fase designada para ocorrência de um conjunto de
eventos especí�cos. 
O ciclo celular é, então, constituído de uma interfase e da fase de divisão celular
propriamente dita (M, de mitose). A interfase é subdividida em G1, S, G2. A
replicação do DNA ocorre dentro da fase S, que ganha essa sigla devido a ser a
fase de síntese de DNA. Não se esqueça de que síntese signi�ca produção de
algo novo (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012).
Como ressaltado anteriormente, o DNA é constituído de duas �tas, antiparalelas,
cujas bases se pareiam especi�camente seguindo a regra: adenina pareia com
timina, e citocina pareia com guanina. Com suas estruturas inalteradas, não há
pareamento fora dessa regra. O descobrimento dessa informação deu aos
pesquisadores uma importante pista de como ocorreria o processo de
replicação da molécula de DNA: usando uma �ta molde. Após vários
experimentos, o modelo atualmente aceito é de uma replicação
semiconservativa para a criação de novas moléculas de DNA. Esse modelo
consiste em abrir a molécula de DNA, expondo as duas �tas que compõem a
molécula, e utilizando-as como moléculas moldes para as �tas novas. Dessa
forma, utilizando a regra de Chargaff, de pareamento de bases, é possível
realizar a formação de moléculas precisamente iguais à molécula-mãe
(ALBERTS, 2009).
Figura 3 - Representação do modelo de replicação semiconservativo do DNA
Fonte: Soleil Nordic, Shutterstock, 2020.
#PraCegoVer: modelo de replicação semiconservativo de DNA, com
apresentação de cinco etapas demonstrando que, ao �nal, são formadas duas
moléculas de DNA, idênticas à original, mas que apresentam, cada uma, uma �ta
parental e uma �ta recém-criada. Na �gura, as �tas em azul representam as �tas
parentais que compõem a molécula de DNA original. Após a abertura do DNA,
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expondo as �tas como moldes, são construídas novas �tas complementares
(�tas laranjas) tendo como molde as �tas azuis. Ao �nal, teremos duas novas
moléculas, cada uma com uma �ta nova (laranja) e uma �ta parental (azul). 
Contudo, para que ocorra a replicação do DNA de forma altamente �dedigna, é
preciso a utilização de uma enzima que será a responsável por executar a
inserção dos nucleotídeos de acordo com a leitura da �ta molde. Essa enzima é
a DNA polimerase. São conhecidas em Escherichia coli cerca de cinco enzimas
conhecidas. A primeira identi�cada, a DNA polimerase I, possui as seguintes
atividades: 
Essa enzima trabalha em um local chamado “forquilha de replicação”, uma
estrutura em forma de Y na qual o DNA está aberto e há a atuação de inúmeras
enzimas acessórias à DNA polimerase.  
Ativi
dad
e de
poli
mer
ase 
1
Ativi
dad
e de
exo
nucl
eas
e 3’
--->
5’ 
2
Ativi
dad
e de
exo
nucl
eas
e 5’
--->
3’ 
3
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Figura 4 - Representação de uma forquilha de replicação, com demonstração da fita líder e da fita com os
fragmentos de Okazaki
Fonte: Adaptada de ALBERTS et al., 2017, p. 243.
#PraCegoVer: estrutura de uma forquilha de replicação de DNA. À esquerda,
uma forquilha de replicação com DNA recém-sintetizado em vermelho; as setas
indicam a direção 5’-3’ da síntese do DNA. Como as duas �tas-�lhas de DNA são
polimerizadas na direção 5’-3’, o DNA sintetizado na �ta retardada deve ser feito
inicialmente em uma série de pequenos segmentos de DNA, os fragmentos de
Okazaki, chamados assim por causa do cientista que os descobriu. À direita, a
mesma forquilha pouco tempo depois. Na �ta retardada, os fragmentos de
Okazaki são sintetizados em sequência, sendo os mais próximos à forquilha os
fragmentos de síntese mais recente. 
Entretanto, a DNA polimerase somente consegue inserir novos nucleotídeos na
extremidade 5’, para que ocorra a reação fosfodiéster. Devido a isso, observa-se
que há, dessa forma, uma �ta chamada líder, pois já está posicionada
adequadamente para o crescimento da nova cadeia, e uma �ta cujo crescimento
será mais lento, por meio Fragmentos de Okasaki. É essencial ressaltar que a
taxa de erros da DNA polimerase é extremamente baixa, cerca de 1 erro a cada
105 nucleotídeos inseridos e, ainda assim, esses erros sãoidenti�cados e
consertados ainda pela própria enzima antes de �nalizar a replicação do DNA. 
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Figura 5 - Representação do processo de replicação do DNA pela DNA-polimerase
Fonte: Adaptada de ALBERTS et al., 2017, p. 243.
#PraCegoVer: Na �gura, a DNA-polimerase catalisa a adição sequencial de um
desoxirribonucleotídeo à extremidade 3’-OH de uma cadeia polinucleotídica, a
�ta iniciadora crescente que está pareada a uma �ta-molde já existente. A �ta de
DNA recém-sintetizada é, então, polimerizada na direção 5’-3’. Como cada
desoxirribonucleosídeo trifosfato deve formar par com a �ta-molde para ser
reconhecido pela DNA-polimerase, essa �ta determina qual dos quatro
desoxirribonucleotídeos possíveis (A, C, G ou T) será adicionado. A reação é
promovida por uma grande alteração favorável da energia livre causada pela
liberação do pirofosfato e sua subsequente hidrólise em duas moléculas de
fosfato inorgânico. Logo após, é mostrada a estrutura da DNA-polimerase
complexada ao DNA (em laranja), determinada por cristalogra�a de raios X. A
�ta-molde de DNA é a �ta longa, e a �ta recém-sintetizada é a curta. Depois,
temos um diagrama esquemático da DNA-polimerase. A geometria adequada do
pareamento de bases dada pelo desoxirribonucleosídeo trifosfato a ser
incorporado provoca um ajuste da polimerase em torno do par de base, iniciando
a reação de adição do nucleotídeo. A dissociação do pirofosfato relaxa a
polimerase, permitindo a translocação do DNA em um nucleotídeo. 
A DNA polimerase, apesar de ser a mais importante enzima do processo de
replicação do DNA, não atua sozinha nesse processo. Observe, a seguir, algumas
das demais enzimas e moléculas que atuam na replicação com suas respectivas
funções (GRIFFITHS et al., 2013): 
Enzima responsável por fornecer um primer ou
iniciador para a DNA polimerase, pois esta última
não é capaz de iniciar uma molécula de DNA
DNA
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sem um suporte inicial. Esse primer fornecido
pela DNA primase é composto de poucos
nucleotídeos; cerca de 10 nucleotídeos de RNA
que são posteriormente retirados. 
Enzima responsável pela abertura da molécula
de DNA. Imagine-a como se fosse a cabeça de
um zíper abrindo-o. Essa é a função da DNA
helicase. 
Enzima responsável por desenrolar a molécula
de DNA, não permitindo a formação de nós à
frente da forquilha de replicação. 
primas
e 
DNA
helica
se 
DNA
topois
omera
se 
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Figura 6 - Forquilha de replicação e algumas das diversas enzimas que auxiliam no processo de replicação
Fonte: Adaptada de ALBERTS et al., 2017, p. 249.
Pequenas proteínas que se ligam às �tas
simples de DNA na forquilha de replicação, de
forma cooperativa, e que impedem o DNA de se
ligar novamente como �ta dupla. 
Proteín
as
ligador
as de
fita
simple
s de
DNA
(SSB,
de
single
strand
DNA-
bindin
g) 
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#PraCegoVer: Diagrama mostrando uma visão atual da disposição das proteínas
de replicação em uma forquilha de replicação durante a síntese de DNA. A �ta
retardada está dobrada para aproximar-se da molécula de DNA-polimerase da
�ta retardada e formar um complexo com a DNA-polimerase da �ta-líder. Esse
enovelamento também aproxima a extremidade 3’ de cada fragmento de
Okazaki completado do ponto de início do próximo fragmento de Okazaki. Como
a DNA-polimerase da �ta retardada permanece ligada ao resto das proteínas de
replicação, ela pode ser reutilizada na síntese dos sucessivos fragmentos de
Okazaki. Nesse diagrama, ela está quase liberando o fragmento de DNA
completo e move-se para o iniciador de RNA que está sendo sintetizado. As
proteínas adicionais (não mostradas) que auxiliam na manutenção dos
diferentes componentes proteicos na forquilha permitem que o complexo
funcione como uma maquinaria proteica coordenada. 
Como podemos observar, o processo de replicação do DNA não é um processo
simples. Os conhecimentos que temos desse processo foram adquiridos graças
às observações iniciais em procariotos, células mais simples que os eucariotos
e com tempo de vida mais curto, o que possibilitou um rápido avanço no
conhecimento.
Com o avançar das tecnologias e das técnicas de análises, foi possível realizar
experimentos observacionais em células eucarióticas e constatou-se que, salvo
algumas particularidades próprias dessas células, a replicação ocorre de
maneira similar nas células mais complexas.  
O RNA (ácido ribonucleico) é uma molécula de estrutura similar ao DNA, sendo
também considerado um ácido nucleico. Entretanto, devemos destacar algumas
particularidades: o tamanho do RNA é muito inferior ao do DNA; é uma molécula
de �ta simples; seu açúcar é a ribose e é constituído de ribonucleotídeos, sendo
a uracila a base exclusiva do RNA (assumindo o lugar da timina, que é exclusiva
do DNA) A molécula de RNA é obtida pelo processo de transcrição. 
1.2 Estrutura e transcrição do RNA
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Figura 7 - Imagem representativa das diferenças das bases nitrogenadas do RNA e do DNA, além de ter
uma representação da molécula de RNA
Fonte: Adaptada de ALBERTS et al., 2017, p. 225.
#PraCegoVer: A estrutura química do RNA se diferencia ligeiramente da
estrutura do DNA. O RNA contém o açúcar ribose, o qual difere da desoxirribose,
o açúcar utilizado no DNA, pela presença de um grupo -OH adicional. O RNA
contém a base uracila, a qual difere da timina, a base equivalente no DNA, pela
ausência de um grupo -CH3. A �gura mostra um pequeno segmento de RNA. A
ligação química entre os nucleotídeos no RNA – uma ligação fosfodiéster − é a
mesma da no DNA. 
Um fato curioso é que as células produzem vários tipos de RNA. Podemos
destacar cinco tipos de RNAs produzidos pela célula:
RNA que tem a propriedade de codi�car
proteínas. É a classe de RNA que cumpre o que é
falado no Dogma Central da Biologia Molecular. 
RNA
mensa
geiro
(mRNA
) 
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RNAs que irão compor a estrutura dos
ribossomos que, por sua vez, são responsáveis
por catalisar a síntese de proteínas. 
Importantes nos processos de regulação da
expressão gênica. 
Moléculas de RNA que transportam os
aminoácidos até os ribossomos para que seja
sintetizada uma cadeia polipeptídica que se
transformará em uma proteína. 
Possuem diversas funções dentro dos processos
celulares que ainda estão sendo descobertos.
Seus tamanhos variam e muitos ainda não têm
elucidadas suas funções na célula.  
RNAs
riboss
ômico
s
(rRNA) 
MicroR
NAs
(miRN
As) 
RNAs
transp
ortado
res
(tRNAs
) 
Outros
RNAs
não
codific
adores 
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Quando falamos em Dogma Central da Biologia Molecular e seus processos, a
produção de RNA se dá pelo processo de transcrição. Tal processo é o mesmo
para todos os tipos de RNA, porém para o RNA mensageiro é somente feito em
sequências especí�cas denominadas genes. 
Figura 8 - Representação da transcrição do RNA a partir de genes contidos no DNA
Fonte: Adaptada de ALBERTS et al., 2017,p. 224.
#PraCegoVer: Uma célula pode expressar diferentes genes em diferentes taxas.
Essa expressão de genes segue o Dogma Central da Biologia Molecular. Na
imagem, são demonstrados dois genes – Gene A e Gene B – alocados na
molécula do DNA. À esquerda, é mostrado que do gene A são produzidas cinco
moléculas de RNA, mesmo só havendo uma cópia do gene, e na tradução são
produzidas vinte e cinco moléculas de proteínas, todas seguindo a informação
contida no gene A. À direta, está representada a transcrição do gene B,
resultando em somente uma molécula de RNA transcrita e, a partir dela, três
proteínas traduzidas. Isso demonstra que a célula pode controlar a quantidade
de produtos gênicos produzidos de cada gene contido no DNA de acordo com a
necessidade da célula, mesmo que somente haja uma cópia física do gene. 
Esse processo de transcrição é bem mais simples do que o processo de
replicação do DNA descrito anteriormente. O processo de transcrição é dividido
em três fases, pois é um processo cíclico de síntese de RNA. Cada ciclo de
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transcrição ocorre várias vezes na mesma região do DNA, o gene, e, antes que
um complexo atinja a região de terminação, outros complexos de transcrição
estão iniciando a síntese de RNA (ZAHA et al., 2014). 
Na primeira fase, fase inicial, as sequências especí�cas do DNA, conhecidas
como promotores, sinalizam o local de formação do complexo de transcrição e
com isso inicializam a cópia das sequências do DNA em RNA. Na segunda fase,
fase de alongamento da cadeia, a molécula de RNA é sintetizada propriamente
dita. Ocorre a inserção dos ribonucleotídeos pela RNA polimerase. A terceira
fase, fase de terminação da transcrição, é o processo em que a síntese de RNA
é terminada em resposta a sinais especí�cos de terminação da transcrição,
conhecidos como terminadores. Apesar de normalmente ser mostrado um
complexo de transcrição em um determinado gene, a transcrição é dinâmica e
várias cópias de um determinado RNA são sintetizadas a partir do gene,
concomitantemente. Os componentes do complexo de transcrição são
dissociados, ao �nal da transcrição, e reiniciam um novo ciclo de transcrição
(ZAHA et al., 2014).
Assim como na replicação do DNA, há uma enzima responsável pelo processo
de transcrição: a RNA polimerase. Tal qual sua irmã, a DNA polimerase, essa
enzima somente é capaz de inserir novos nucleotídeos no sentido 5’ ---> 3’.
Contudo, há uma relevante diferença: a RNA polimerase não necessita de um
iniciador, sendo capaz de iniciar a �ta de novo, isto é, iniciar a nova �ta do zero.
Ainda assim, enzimas como a helicase e a topoisomerase são necessárias para
auxiliar na abertura da cadeia de DNA e expor as sequências que precisam ser
transcritas. Em organismos procarióticos, há somente um tipo de RNA
polimerase para a produção de todos os tipos de RNAs necessários para o
funcionamento celular. Já em eucariotos, são conhecidos ao menos três tipos
de enzimas, responsáveis pela síntese de diferentes tipos de RNAs. 
Para o reconhecimento das sequências que precisam ser transcritas, a RNA
polimerase precisa reconhecer regiões como os promotores de genes, que
indicam que um gene está ali próximo. Há, ainda, outras sequências de
reconhecimento e de controle da transcrição de promotores e proteínas,
conhecidas como fatores de transcrição, que auxiliam no processo de
reconhecimento das regiões que precisam ser transcritas.
A célula possui um intrincado processo de controle da expressão gênica,
designando, com precisão, quais genes necessitam ser transcritos em qual
momento e por quanto tempo, controlando, assim, o número de cópias de RNAs
enviadas ao citoplasma, que, consequentemente, podem ser traduzidas em
proteínas. Tudo depende da necessidade naquele momento da célula e também
de sinalizações externas recebidas.
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No entanto, a simples cópia do molde de DNA, convertida em uma molécula de
RNA, baseada no pareamento de bases (adenina pareando com uracila, e
guanina pareando com citocina) não gera, em eucariotos, um RNA funcional.
Após o processo de transcrição, é necessário que seja realizado o
processamento do RNA. São três os processos realizados na molécula do
transcrito primário:
Aproveite e aprofunde seus conhecimentos!
Adição de uma capa na extremidade 5’, que consiste em uma
guanina atípica com um radical metil anexado a ela. 
Poliadenilação da extremidade 3’, que nada mais é do que a
síntese de uma cauda com uma série de repetições de
adeninas, chamada cauda poli-A. 
Excisão de íntrons em um processo chamado splicing. 
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Somente após essas modi�cações do RNA é que ele é reconhecido como um
RNA maduro e pode, en�m, ser transportado para o citoplasma. Chegando ao
citoplasma, caso se trate de um mRNA, imediatamente ele será traduzido pelos
ribossomos para a formação das proteínas.  
Quando o mRNA chega ao citoplasma, ele será imediatamente “atacado” por
ribossomos para que seja realizada a tradução da informação genética em uma
proteína. A informação genética que antes estava sendo repassada de 1:1 agora
passa a ser repassada de 3:1. Isso porque, quando é feita a tradução, a leitura
dos nucleotídeos do mRNA não é feita de um a um, mas sim de três em três, as
chamadas trincas. Em linhas gerais, o repasse de informação do DNA para o
RNA é simples, uma vez que são moléculas química e estruturalmente simples.
Muito acertadamente, o nome do processo de conversão da informação contida
no mRNA para uma proteína chama-se tradução, pois está sendo convertida
para “outra linguagem” molecular. As proteínas são feitas de uma sequência de
aminoácidos, e não de nucleotídeos. 
1.3 Tradução, código genético e estrutura de
proteínas
Os genes eucarióticos são compostos de sequências denominadas
íntrons (do inglês, intervening sequences) e éxons (do inglês, expressed
sequences). Os primeiros não são sintetizados em proteínas, sendo
retirados pelo processo de splicing. O fato de os genes eucarióticos
serem “interrompidos” permite que sejam feitos rearranjos pós-
transcricionais e a modi�cação da sequência que será traduzida,
possibilitando a formação de proteínas diferentes a partir de um único
transcrito primário, de acordo como os éxons serão rearrumados na
retirada dos íntrons. 
VOCÊ SABIA?
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O mRNA é lido de acordo com uma sequência de trincas, que são agrupamentos
de 3 em 3 nucleotídeos. Os ribossomos funcionam como verdadeiras enzimas
que catalisam esse processo traducional. Os tRNAs são os responsáveis por
fornecerem os aminoácidos para a montagem da molécula de proteína. Toda a
leitura é feita obedecendo-se ao chamado código genético.
O código genético foi desvendado em 1961 e designa quais trincas designam
cada um dos aminoácidos. Entretanto, há uma di�culdade que precisa ser
superada: o RNA possui quatro diferentes nucleotídeos, que podem gerar 64
combinações diferentes de trincas e somente há 20 aminoácidos diferentes
encontrados formando proteínas. As pesquisas demonstram que o código
genético é redundante, isto é, o mesmo aminoácido pode ser designado por
trincas diferentes. Vale ressaltar que essas trincas, quando no mRNA, são
chamadas de códon, e a trinca complementar, presente no tRNA, é chamada de
anticódon. É considerado universal, pois quase todos os organismos da
atualidade cumprem as suas regras. Outra curiosidade é que ele possui “sinais
de pontuação”: códonsde iniciação de leitura e códons de parada. 
Figura 9 - Tabela do código genético baseada em sequências de códons
Fonte: Griffiths (2013, p. 276).
#PraCegoVer: Tabela do código genético para a leitura das trincas e designar os
respectivos aminoácidos a serem inseridos na sequencia formadora da proteína.
Na coluna mais a esquerda, está a primeira letra da trinca do códon (U, C, A, G).
Na linha mais superior, a segunda letra do códon (U, C, A, G). na coluna mais a
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esquerda, a terceira letra do códon (U, C, A, G). Ao centro, cada célula é formada
pela união das três letras do códon, lido na sequencia descrita, formando 64
combinações possíveis que irão designar os 20 aminoácidos existentes na
natureza. 
A leitura do mRNA inicia-se quando o ribossomo encontra o chamado códon
inicial AUG. A partir desse códon, os nucleotídeos serão lidos de 3 em 3, sem
“pular” nenhum, até que se encontre um dos 3 códons de �nalização (UAA, UAG
e UGA). Os ribossomos leem os códons e selecionam o tRNA que possui uma
sequência de trinca que seja complementar, chamada de anticódon.
Encontrando o tRNA complementar este, carregado com o aminoácido, passa-o
para que seja inserido na sequência de aminoácidos que está sendo formada
pelos ribossomos, com união por ligações peptídicas. 
Figura 10 - Esquema em três etapas demonstrando como ocorre o reconhecimento dos códons para
designação correta do aminoácido
Fonte: Adaptada de ALBERTS et al., 2017, p. 243.
#PraCegoVer: o código genético é traduzido pela atuação conjunta de dois
adaptadores: aminoacil-tRNA, sintetases e tRNAs. Cada sintetase acopla um
aminoácido especí�co a seus tRNAs correspondentes, em um processo
chamado carregamento. O anticódon da molécula de tRNA carregada forma
pares de bases com o códon apropriado no mRNA. Um erro, seja na etapa de
carregamento, seja na etapa de ligação do tRNA carregado ao seu códon, fará
com que o aminoácido errado seja incorporado a uma cadeia de proteína. Na
sequência de eventos ilustrada, o aminoácido triptofano (Trp) é selecionado pelo
códon UGG no mRNA.  
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Tal qual acontece com os RNAs, a produção de proteínas ocorre várias de uma
única vez, proporcionando a produção de centenas de moléculas a partir de um
único mRNA que chega ao citoplasma. Há a possibilidade de fazer controle
ainda nessa fase, de acordo com a necessidade da célula. 
Terminado o processo de tradução, a sequência de aminoácidos formada passa
por transformações conformacionais para que possa assumir a forma funcional
e desempenhar suas funções na célula.
O entendimento e o conhecimento acerca dos processos moleculares descritos
anteriormente permitiram que fossem desenvolvidas técnicas in vitro que
pudessem reproduzi-los em laboratório e possibilitassem a observação do
processo quanto ao uso em análises moleculares. Entretanto, apesar de
baseados nos processos que ocorrem nas células, ainda ocorrem limitações na
reprodução em laboratório por não contar com diversas outras questões
bioquímicas e moleculares que a célula possui.
Em 1983, Francis Mullis revolucionou a pesquisa em biologia molecular ao
desenvolver a PCR (reação em cadeia da polimerase, do inglês, Polymerase
Chain Reaction). Essa técnica lhe rendeu um prêmio Nobel em 1993 e, ainda
hoje, pode ser considerada a principal técnica de biologia molecular usada em
laboratório. Tal técnica permite, em linhas gerais, a replicação de fragmentos
especí�cos do DNA em centenas de milhares de cópias, em uma questão de
poucas horas. 
A técnica de PCR consiste em submeter uma mistura de nucleotídeos, sequência
de DNA alvo e iniciadores (primer), misturados a uma solução tampão com
adição de Taq polimerase (a enzima DNA polimerase usada in vitro), a uma
variação de temperatura sequencial em ciclos. Os ciclos podem se repetir de 20
a 40 vezes. A técnica base utiliza DNA como sequência-alvo a ser multiplicada.
Em teoria, pode-se ampli�car uma única sequência de DNA em centenas de
milhares de cópias em poucas horas. A evolução tecnológica possibilitou o
surgimento de máquinas de PCR cada vez mais precisas com a variação de
temperatura dos ciclos e mais ágeis na troca de temperatura, acelerando o
processo.
1.4 Técnicas de detecção de ácidos nucleicos e
suas aplicações
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A PCR pode ainda ser associada a outras técnicas, como a digestão enzimática
por endonucleases. Essas enzimas clivam o DNA em pontos de sequências
reconhecidas com precisão. Desse modo, se aquele fragmento de DNA possuir a
sequência-alvo da endonuclease, ele será clivado, gerando dois fragmentos de
tamanhos possivelmente variados. Se não houver a sequência, não haverá o
corte e o fragmento permanecerá íntegro. A visualização do resultado se dá por
meio de análises de bandas em géis de agarose na maioria das vezes. Essa
simples combinação de técnica possibilitou um leque de análises e exames,
incluindo até mesmo o sequenciamento do genoma humano. 
Com o avançar dos anos, foram surgindo outras possibilidades para a PCR, com
aperfeiçoamento da técnica e surgimento de outras derivadas dela. A técnica da
PCR em tempo real (RT-PCR) permitiu a análise da ampli�cação do DNA (e mais
tarde do RNA) à medida que iria ocorrendo. Essa simples mudança da técnica –
de se analisar se está ocorrendo a ampli�cação durante o processo, e não
somente ao �nal, como na PCR tradicional – permite resultados mais rápidos e
precisos, se há a sequência-alvo no pool de amostra analisado, além de outras
importantes análises. As análises de doenças infecciosas se bene�ciaram dessa
técnica, pois proporcionam uma rápida identi�cação entre as amostras dos
pacientes, diminuindo o tempo de janela imunológica.
Entretanto, o campo de técnicas moleculares expandiu-se muito desde a
descoberta de Mullis. Há cerca de cinco anos, o meio acadêmico cientí�co foi
novamente surpreendido com uma nova e revolucionária técnica: CRISPR.
Jennifer Doudna e sua colaboradora, Emmanuelle Charpentier, estabeleceram a
técnica de edição de, virtualmente, qualquer DNA. A técnica ainda não é
totalmente dominada, mas os seus usos e suas aplicações são gigantescos:
pode-se desde consertar genes defeituosos em doenças a até mesmo adquirir
novos fenótipos a partir de alterações do genoma.
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Os genes localizados nos cromossomos controlam as características
hereditárias transmitidas pelos gametas feminino e masculino com a �nalidade
de manter contínua a genética das gerações. A comprovação da identi�cação de
uma determinada pessoa, ou seja, pelo DNA de seus �lhos (prole), conhecida
popularmente como teste de paternidade, é uma técnica que utiliza sondas
capazes de detectar as sequências de DNA humano, as quais são idênticas aos
de seus ascendentes, no caso os pais. 
Lembre-se de que uma pessoa é formada a partir da união de dois gametas: um
espermatozoide e um óvulo. Em cada um deles, há um conjunto de
cromossomos que trazem genes. Portanto, uma pessoa é formada a partir de
dois conjuntos de cromossomos, cada um herdado de um dos pais. A
variabilidade encontrada na espécie humana é fornecida pelo crossing-over que
ocorre na formação de cada um dos gametas, antes da ocorrência da
fecundação. Entretanto, mesmo após o crossing-over, ainda há a permanência
de similaridades do cromossomo que podem ser rastreadas, pois apresentam
um padrão especí�co de bandeamento. Essas bandas se devem a sequências
repetidas quemantêm o padrão conforme de qual progenitor é herdado. A
técnica de análise desse padrão de bandas é chamado de VNTR  (Variable
Number of Tandem Repeats), que busca comparar exatamente essas
sequências curtas repetidas ao longo das moléculas de DNA que compõem
cada um dos cromossomos e comparar com as sequências dos pais
(DOMINGOS, 2017). 
Outra técnica de análise de ácidos nucleicos é a eletroforese em gel de agarose.
Essa técnica permite a visualização de bandas luminosas. A técnica utiliza um
gel de agarose, que formará uma teia por onde o DNA (ou fragmentos
provenientes de ampli�cação por PCR) irá passar quando submetido a um
Neste TED Talk, a cocriadora da técnica CRISPR -Cas9, Jennifer Doudna
explica, de forma clara, sucinta e elucidativa, como essa técnica pode
revolucionar o tratamento de doenças genéticas antes tidas como
incuráveis. Con�ra acessando o link https://www.youtube.com/watch?
v=TdBAHexVYzc (https://www.youtube.com/watch?v=TdBAHexVYzc) e
não se esqueça de ativar a legenda!
VOCÊ QUER VER?
https://www.youtube.com/watch?v=TdBAHexVYzc
25/02/2022 16:57 Processos moleculares e genéticos
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campo elétrico. A molécula de DNA possui uma carga negativa; logo, é atraída
para o polo positivo do campo. Como o gel oferece uma resistência à passagem
das moléculas, aquelas que forem menores, irão se movimentar mais
rapidamente, e as maiores irão se movimentar mais lentamente. Essas
moléculas, então, irão se agrupar em bandas, que poderão ser visualizadas com
a impregnação de substâncias �uorescentes, que emitem uma marcação
luminosa quando submetidas à luz UV (DOMINGOS, 2017). 
A técnica de  �ngerprint  ou impressão digital genética, com con�abilidade de
99,9%, baseia-se na análise de sequências do DNA que formam um padrão único
para cada pessoa. Essa técnica pode ser utilizada para atestar se um material
biológico, que contenha material genético, pertence ou não a uma determinada
pessoa (ZAHA  et al., 2014).
Outras técnicas foram e estão sendo desenvolvidas e aperfeiçoadas. O
sequenciamento de DNA, no qual conseguimos conhecer a sequência exata dos
nucleotídeos do DNA, teve avanços signi�cativos nos últimos anos. A técnica,
que antes era bem demorada para se executar, hoje, diante das novas técnicas,
propicia o conhecimento do sequenciamento do DNA em pelo menos metade do
tempo.
As análises de RNA também ganharam destaque, pois permitem observar se há
o �uxo da informação genética pelo Dogma da Biologia Molecular. Das técnicas,
a PCR em tempo real (RT-PCR) possibilita a análise da ampli�cação do RNA, por
técnica que se baseia na PCR, mas as análises são feitas em tempo real,
podendo ser registrado quantas moléculas são ampli�cadas por minuto.
A bioinformática tem despontado como uma ciência essencial para as análises
em biologia molecular. Com o avanço das técnicas de análises do DNA, criou-se
uma avalanche de informações a serem pesquisadas, produtos das técnicas de
análises. Portanto, a união das áreas de matemática, informática, estatística e
biologia permite que haja maior robustez e detalhamento nas análises, além de
rapidez.
(ATIVIDADE NÃO PONTUADA)
TESTE SEUS CONHECIMENTOS
25/02/2022 16:57 Processos moleculares e genéticos
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Com a associação com a bioinformática, a chamada era da genômica (em que
se focou nas análises da sequência de DNA e suas interações) acelerou-se e
hoje possui robustas ferramentas on-line de análises rotineiras, como o site
BLAST, o qual permite a comparação de sequências de DNA com um banco de
sequências mundial de DNA e, por meio de um algoritmo, possibilita ter uma
grande quantidade de informações acerca daquela sequência (ZAHA et al.,
2014).
A genética e a genômica modernas enfrentam o desa�o de aplicar esses novos
recursos ao estudo da dinâmica da atuação dos genes e genomas para realizar
a melhor compreensão de sua biologia.
Chegamos ao �nal desta unidade e, até aqui, você aprendeu os processos
moleculares básicos relacionados ao DNA, como sua estrutura, localização,
replicação e transcrição; o RNA, seu processamento e sua tradução; a síntese de
proteínas; assim como o código genético e as principais técnicas utilizadas para
detecção do DNA, do RNA e das proteínas. 
Nesta unidade, você teve a oportunidade de:
CONCLUSÃO
estudar os aspectos dos genes, os elementos estruturais
da molécula de DNA;
identi�car as bases nitrogenadas;
compreender que a informação genética é descrita em
código, no qual o DNA é encontrado estruturado em
cromossomos, que são os veículos da hereditariedade;
entender a replicação do DNA;
identi�car o processo de transcrição a partir de trechos de
DNA;
compreender a tradução do mRNA, o rRNA e o tRNA, que,
por sua vez, está associado à subunidade do ribossomo;
entender o início da síntese de proteínas;
25/02/2022 16:57 Processos moleculares e genéticos
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Compreender o código genético;
identi�car a reação em cadeia da polimerase – PCR (
Polymerase Chain Reaction), que permite o isolamento de
qualquer segmento de DNA;
conhecer as técnicas mais utilizadas para a detecção do
DNA e do RNA.
Clique para baixar conteúdo deste tema.
ALBERTS, B. Biologia molecular da célula. 5. ed. Porto Alegre: Artmed,
2009. 
ALBERTS, B. et al. Fundamentos da biologia celular. 4. ed. Porto Alegre:
Artmed, 2017. 
DOMINGOS, P. P. Genética. Londrina: Editora e Distribuidora Educacional
S.A., 2017. 
GRIFFITHS, A. J. F. et al. Introdução à genética. 10. ed. Rio de Janeiro:
Guanabara Koogan, 2013. 
JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular. 9. ed. Rio
de Janeiro: Guanabara Koogan, 2012. 
WATSON, J. D. A dupla hélice: como descobri a estrutura do DNA. Rio de
Janeiro: Zahar, 2014. 
Referências
25/02/2022 16:57 Processos moleculares e genéticos
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WATSON, J. D. et al. Biologia molecular do gene. 7. ed. Porto Alegre:
Artmed, 2015. 
ZAHA, A.; FERREIRA, H. B.; PASSAGLIA, L. M. P. Biologia molecular
básica. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014.