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Aplicações e derivações da tecnologia do DNA recombinante
Chapter · January 2012
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Paulo Sarmanho Costa Lima
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Biologia Molecular
1
 
MATERIAL GENÉTICO 
Dario Abel Palmieri
Gleice Ribeiro Orasmo
Sérgio Emílio dos Santos Valente
 
Biologia Molecular
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Biologia Molecular
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SUMÁRIO
CAPÍTULO 1. MATERIAL GENÉTICO 
1.1. ESTRUTURA DO MATERIAL GENÉTICO...................05
1.2. CÓDIGO GENÉTICO.....................................................09
1.3. SÍNTESE PROTÉICA.....................................................11
1.4. MUTAÇÃO......................................................................16
1.4.1. ANEMIA FALCIFORME...............................................21
1.4.2. SISTEMA DE REPARO..............................................22
1.5. CONSIDERAÇÕES FINAIS............................................23
1.6. GUIA DE ESTUDO.........................................................24
Biologia Molecular
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Biologia Molecular
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1.1. ESTRUTURA DO MATERIAL GENÉTICO 
Desde 1865, quando Gregor Mendel propôs as leis da he-
reditariedade, até o momento atual, houve um grande avanço 
na Área das Ciências Biológicas. Embora a Biologia Molecular 
tenha sua existência há apenas seis décadas, foi a área que 
mais avançou no último século.
Hoje em dia, qualquer estudante com um mínimo de infor-
mação em biologia sabe que as características genéticas da 
grande maioria dos seres vivos são transmitidas de geração 
a geração pelo ácido desoxirribonucléico (DNA). No entanto, 
somente na década de 1940 se definiu que o DNA era a molé-
cula responsável pelo armazenamento e transmissão das ca-
racterísticas hereditárias. Em 1953, James D. Watson e Fran-
cis H. Crick esclareceram que a molécula de DNA seria uma 
macromolécula (polímero) formada pela associação de vários 
monômeros, os nucleotídeos.
O Genoma Humano é constituído de aproximadamente três 
bilhões de pares de nucleotídeos, sendo que um cromossomo 
humano formado apenas por uma molécula de DNA, muito longa 
a qual se enrola, compactando-se. A cromatina é o material de 
que são feitos os cromossomos, composta por DNA e proteínas. 
A unidade estrutural básica da cromatina é denominada nucleos-
somo (fibra de 10nm). O nucleossomo é um conjunto de proteí-
nas histônicas sobre o qual a molécula de DNA dá duas voltas, 
formando uma fibra com aspecto de contas em um colar. 
Há dois níveis de empacotamento do DNA nos cromosso-
mos. O primeiro é a formação da fibra de 10 nm. O segundo 
nível de compactação da cromatina é obtido pelo fato dos nu-
cleossomos enrolarem-se sobre si, formando uma estrutura 
que pode ser visualizada ao microscópio eletrônico, o Solenói-
de (fibra de 30nm).
Biologia Molecular
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Os 46 cromossomos de uma célula somática humana 
contêm 6109 nucleotídeos. Se considerarmos cada base ni-
trogenada como uma letra, o conteúdo de informação de um 
cromossomo humano corresponderia a cerca de 500 milhões 
de palavras. Se existem cerca de 300 palavras em uma pági-
na impressa comum, isso corresponde a mais ou menos dois 
milhões de páginas. Se um livro comum contém 500 páginas 
desse tipo, o conteúdo de informação de um único cromosso-
mo humano corresponde a aproximadamente quatro mil volu-
mes, ou seja, a sequência de bases contidas no nosso DNA 
representa uma enorme quantidade de informação. 
Os nucleotídeos são moléculas formadas pela ligação de 
compostos de carbono contendo nitrogênio com estruturas em 
anel denominadas bases nitrogenadas, com uma molécula de 
açúcar (desoxirribose) e um grupo fosfato. As bases nitroge-
nadas encontradas na molécula de DNA são: adenina (A) e 
guanina (G), chamadas púricas; e citosina (C) e timina (T), 
chamadas pirimídicas.
A informação hereditária é determinada pela sequência 
desses quatro tipos de nucleotídeos. Podemos dizer que a lin-
guagem do mecanismo da hereditariedade é escrita com um 
alfabeto de apenas quatro letras. Em todos os organismos, 
com exceção de alguns vírus, a molécula responsável pelas 
características hereditárias é o DNA, bem como as instruções 
genéticas de todas as formas de vida da Terra são escritas 
na mesma língua, usando o mesmo código genético. Na rea-
lidade, essa linguagem genética comum a todas as espécies 
constitui um ponto de apoio à teoria de que todos os organis-
mos da Terra descendem de um único ancestral.
Em 1890, foi descoberto em levedura (fermento biológico) 
outro tipo de ácido nucléico, que possuía uracila (U) ao invés 
de timina e o açúcar ribose ao invés da desoxirribose. Dessa 
Biologia Molecular
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maneira, foram caracterizados dois tipos de ácidos nucléicos, 
de acordo com o glicídio que possuíam: ácido ribonucléico 
(RNA) e ácido desoxirribonucléico (DNA).
Tanto a molécula de DNA, quanto a de RNA, são políme-
ros de nucleotídeos, os quais estão unidos por ligações fos-
fodiéster. Esta ligação ocorre entre a oxidrila do grupo fosfato 
ligado no carbono 5 da pentose e a hidroxidrilado carbono 3 
da pentose de nucleotídeos adjacentes.
Enquanto a molécula de RNA é constituída por apenas 
uma cadeia linear de polinucleotídeos, a molécula de DNA 
apresenta dois filamentos com conformação espacial em hé-
lice, chamada por isso de dupla hélice. Numa representação 
plana, a molécula de DNA se assemelha a uma escada, onde 
a pentose e o grupo fosfato seriam o corrimão e as bases 
nitrogenadas, unidas por meio de pontes de H, seriam os de-
graus.
É importante observar que a molécula de DNA por ser uma 
fita dupla apresenta orientação oposta entre as fitas, uma vez 
que a DNA polimerase, a enzima que catalisa a ligação fosfo-
diéster, adiciona um nucleotídeo à hidroxila livre na extremida-
de 3’, quando da formação de uma nova molécula. De manei-
ra que o crescimento de uma das fitas se dá para um sentido 
e a outra fita para o outro sentido. Assim, a configuração de 
dupla hélice da molécula de DNA se dá justamente pelo senti-
do oposto das duas fitas.
As células representam a unidade dos organismos vivos 
e são compostas de dois compartimentos básicos: o núcleo 
e o citoplasma. O DNA é encontrado principalmente no nú-
cleo de células eucariontes e em pequenas quantidades nas 
mitocôndrias e nos cloroplastos (em células vegetais). Já o 
RNA é encontrado principalmente no citoplasma e, em menor 
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quantidade, no interior do núcleo, nas mitocôndrias e nos clo-
roplastos.
Em células procariontes o DNA está contido no cromosso-
mo bacteriano e em moléculas pequenas denominadas plas-
mídeos, que se situam dispersas no citoplasma bacteriano, já 
que essas células não possuem envoltório nuclear.
Tabela 1 - Principais características dos ácidos nucléicos. 
O DNA consegue armazenar a informação genética por con-
seguir produzir cópias perfeitas de si mesmo, por meio da repli-
cação semiconservativa. Nesse modelo de replicação, uma molé-
cula sintetiza duas idênticas a ela, com cada uma das moléculas 
filhas apresentando uma fita antiga (fita molde), oriunda da molé-
cula original, e uma molécula nova, recém sintetizada.
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A informação genética fica armazenada no DNA e no RNA 
(formados por nucleotídeos); porém, os organismos são cons-
tituídos basicamente por proteínas, formadas por aminoáci-
dos. 
1.2. CÓDIGO GENÉTICO
O dogma central da Biologia Molecular consiste na trans-
crição das informações genéticas do DNA em moléculas de 
RNA, que por sua vez são traduzidas nas proteínas. Os genes 
seriam, em geral, sinônimos de proteínas, flanqueaods por se-
quências que regulam a atividade gênica.
Alguns anos se passaram para o homem esclarecer como 
ocorria a síntese de proteínas. Sabia-se que a molécula de 
DNA variava em apenas quatro tipos de nucleotídeos. Portan-
to, o código genético construído a partir de quatro letras deve-
ria ser capaz de informar às células quais dos 20 aminoácidos 
tinham de ser ligados a fim de formar os milhares de proteínas 
constituintes de bilhões de formas de vida.
Combinações de duas letras possibilitariam apenas 16 
possíveis “palavras”. Mas combinações triplas produziriam 64 
“palavras”, quantidade mais que suficiente para a produção 
dos 20 aminoácidos. 
O código genético foi então decifrado na década de 1960, 
mostrando que os aminoácidos se organizam a partir de uma 
sequência de 3 bases nitrogenadas apenas, sequências de-
nominadas de códons. Cada três letras do DNA controlam a 
adição de um aminoácido na molécula da cadeia polipeptídica, 
de acordo com o código genético (Tabela 2). Primeiramente, 
a informação genética do DNA é transcrita em um RNAm que 
leva essa informação do núcleo para o citoplasma, objetivan-
do a tradução em uma sequência de aminoácidos. 
Biologia Molecular
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Tabela 2 - O código genético. Cada conjunto com três bases 
(códons) determina a entrada de um aminoácido específico ou 
marca o fim da síntese na cadeia polipeptídica. 
Até 1965, os aminoácidos correspondentes de pratica-
mente todos os 64 códons possíveis haviam sido determina-
dos em laboratório. Observou-se que alguns códons eram re-
dundantes, com certos aminoácidos sendo especificados por 
dois, quatro e até seis trincas diferentes. O código genético 
foi então chamado degenerado. Surgem então algumas ques-
tões não esclarecidas ainda. Por que 20 e somente 20 amino-
ácidos padrão? Por que alguns aminoácidos têm seis códons 
correspondentes, enquanto outros têm só um ou dois?
Além disso, observou-se que o código genético não era ambíguo 
(não há um mesmo códon que codifique aminoácidos diferentes).
Em termos evolutivos, a distribuição de códons para ami-
noácidos teria sido obra do acaso. Porém, uma vez que o có-
digo havia surgido, tornou-se tão fundamental para a vida que 
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qualquer modificação nele seria extremamente prejudicial. Às 
vezes, uma mutação em um único gene pode ser benéfica, 
se permitir aos organismos um desempenho melhor. Porém, 
ao modificarmos a forma de leitura do código genético, esta-
ríamos introduzindo alterações em inúmeros pontos de seu 
material genético, resultando em numerosas modificações em 
todas as enzimas de um indivíduo. Seria como trocarmos to-
das as letras de um texto ao acaso. O prejuízo seria enorme e 
a morte daquele organismo seria praticamente certa.
Observou-se que todo ser vivo apresentava as mesmas 
regras de codificação, ou seja, o código genético era o mesmo 
para todos os seres vivos (o código genético é universal), com 
raras exceções.
 
Por exemplo, enquanto a maioria dos organismos leria 
o códon de RNA “CUG” como o aminoácido leucina, muitas 
espécies do fungo Candida o traduzem como serina. No ge-
noma mitocondrial do fermento de pão, ou levedura de cer-
veja (Saccharomyces cerevisiae), quatro dos seis códons que 
normalmente codificam a leucina significam treonina. Porém 
a base continua a mesma: códons de trincas de nucleotídeos 
são traduzidos em aminoácidos. 
Salienta-se ainda que existam códons iniciadores e de térmi-
no. O códon iniciador da síntese da cadeia polipeptídica seria a 
trinca AUG em eucariotos e procariotos. Os códons de término 
(fatores de liberação de proteína) seriam UAA, UAG e UGA.
1.3. SÍNTESE PROTÉICA
Para que a sequência de genes seja convertida em uma 
sequência de aminoácidos, primeiramente o gene, que é um 
segmento da molécula de DNA, é transcrito em uma molécula 
de RNA, usando bases similares do DNA, sendo a timina do 
Biologia Molecular
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DNA substituída pela uracila no RNA. No local do DNA que 
haja um gene ativo, as duas fitas do DNA se abrem para que a 
cópia de uma das fitas da sequência do gene no DNA possa 
produzir um RNA. Algumas das moléculas de RNA resultan-
tes acabam nunca se traduzindo em proteínas, mas atuam 
nos mecanismos de regulação. As transcrições de RNA dos 
genes que realmente codificam proteínas são traduzidas na 
sequência correspondente de aminoácidos. Mas, primeira-
mente, o RNA proveniente da transcrição preliminar precisa 
passar por um processo de edição.
Essas transcrições de RNA iniciais ou primários são como 
livros que contêm muitos capítulos sem nenhum significado, 
inseridos em intervalos do texto, ou seja, a molécula de RNA 
recém transcrita contém trechos que não serão traduzidos em 
proteínas. Ocorre então um fenômeno denominado splicing, 
onde regiões sem sentido, chamadas íntrons, precisam ser 
extraídas para que as regiões codificadoras (éxons) se liguem, 
permitindo a formação de um RNA mensageiro maduro. 
Esse RNA mensageiro origina-se no núcleo e leva para o 
citoplasma as informações do DNA nuclear. No citoplassma, 
ao se prender ao ribossomo, passa a ser denominado polirri-
bossomo e comanda a síntese protéica. Pequenas estruturas 
celulares, conhecidas como RNA transportadores, carregam 
os aminoácidos que serão ligados na cadeia polipeptídica, 
que se origina nos ribossomos, local da síntese protéica.
Mas em 1980, Randolph Wall, da Universidade da Califór-
nia de Los Angeles (UCLA), demonstrou que essa visão bási-
ca do processamentopré-RNAm, em que todos os íntrons são 
sempre descartados e todos os éxons são sempre incluídos, 
nem sempre é verdadeira. Na realidade, os mecanismos celu-
lares podem “decidir” remover um éxon ou manter um íntron, 
ou partes dele, na transcrição final do RNAm. Essa capacidade 
Biologia Molecular
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de editar de forma alternativa as transcrições de RNAm possi-
bilita a produção de diferentes proteínas pelo mesmo gene.
Em organismos complexos, dois sistemas regulatórios es-
tão envolvidos no splicing das transcrições do pré-RNAm.
O primeiro sistema é encontrado em todos os organismos 
cujos genomas possuem íntrons, dos fungos até os seres hu-
manos, sendo extremamente conservado ao longo da evolu-
ção. É constituído de cinco moléculas que se aliam a até 150 
proteínas para formar um complexo chamado spliceossomo, 
responsável por reconhecer os locais onde os íntrons come-
çam e terminam, removendo-os da transcrição do pré-RNAm 
e ligando os éxons para formar o RNAm. Quatro curtas sequ-
ências de núcleotídeos dentro dos íntrons servem como sinal 
para indicar ao spliceossomo onde cortar. Um desses sinais 
fica no começo do íntron e é chamado de ponto de splicing 5’; 
outro, localizado na extremidade final do íntron, é conhecido 
como ponto de splicing 3’.
Outro sistema regulatório envolve a presença de proteínas 
reguladoras de splicing, onde cada uma pode ser expressa 
em estágios distintos do desenvolvimento dentro do mesmo 
tecido. Essas proteínas podem se ligar a sequências curtas 
de nucleotídeos localizadas dentro de regiões ativadoras ou 
supressoras dos éxons.
O splicing alternativo permite aos humanos produzir mais 
de 100 mil proteínas sem precisar possuir 100 mil genes, 
pois esse mecanismo origina mais de um tipo de molécula de 
RNAm e, portanto, mais de uma proteína por gene. Em mé-
dia, cada um de nossos genes dá origem a três RNAms por 
meio do splicing alternativo. Mesmo assim, esse número não 
explica nossa necessidade de ter tantos íntrons, nem por que 
eles ocupam tanto espaço dentro dos genes, de modo que 
Biologia Molecular
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os exons correspondam a apenas cerca de 2% do genoma 
humano. 
Em organismos unicelulares, o mecanismo de splicing só 
reconhece sequências intrônicas de menos de 500 nucleotí-
deos. Esse sistema é adequado para os fungos, que possuem 
poucos íntrons, em média com apenas 270 nucleotídeos de 
comprimento. Mas, conforme os genomas foram se expandin-
do ao longo da evolução, seus trechos intrônicos se multipli-
caram e cresceram. O mecanismo celular de splicing prova-
velmente foi obrigado a mudar de um sistema que reconhecia 
sequências intrônicas curtas dentro dos éxons para um que 
reconhecesse éxons curtos no meio de um mar de íntrons. Um 
gene humano possui, em média, 28 mil nucleotídeos, com 8,8 
éxons separados por 7,8 íntrons. Os éxons são relativamente 
curtos, em geral têm cerca de 120 nucleotídeos, enquanto os 
íntrons variam de 100 a 100 mil nucleotídeos de comprimento.
Outro ponto a ser abordado é o fato de a espécie huma-
na apresentar o maior número de íntrons por gene de todos 
os organismos. Grande parte do gasto energético de nossas 
células é dedicada à manutenção e ao reparo de íntrons na 
forma de DNA, à transcrição do pré-RNAm e ao processo 
de splicing. Diante disso, algumas questões são levantadas: 
por que tantos íntrons se o splicing é um procedimento caro 
do ponto de vista energético? Como os íntrons não codificam 
proteínas, por que são tão abundantes nos eucariontes, mas 
inexistentes nos procariontes?
Além disso, a ocorrência de splicing pode levar a erros 
com graves consequências. Cada erro no corte e na ligação 
do pré-RNAm leva possivelmente à síntese de uma proteína 
defeituosa. Por exemplo, na síndrome de Riley Day há uma 
mutação em um único nucleotídeo de um gene, que faz com 
que ele sofra splicing alternativo em tecidos do sistema ner-
Biologia Molecular
15
voso, acarretando na redução da proteína produzida por esse 
gene o que leva a um desenvolvimento anômalo do sistema 
nervoso. Sabe-se que pelo menos 15% das mutações que 
provocam doenças genéticas e vários tipos de câncer, afetam 
o splicing do pré-RNAm. Então, por que a evolução preservou 
um sistema tão complicado e que ainda pode causar doen-
ças? Talvez a resposta a este paradigma seja que as vanta-
gens tenham superado os riscos.
Apesar de homens e camundongos terem tido um an-
cestral comum há aproximadamente 100 milhões de anos, 
99% dos genes dos camundongos e dos humanos deriva 
daquele ancestral. A maioria possui a mesma organização 
em íntrons e éxons, apresentando sequências de nueleotí-
deos altamente conservadas dentro de seus éxons. Se há 
diferenças tão pequenas entre o genoma dos humanos e 
o dos camundongos, o que é que nos torna tão diferentes 
desses animais?
Um estudo recente revelou que um quarto dos éxons que 
sofrem splicing alternativo em ambos os genomas são espe-
cíficos ou dos seres humanos ou dos camundongos. Esses 
éxons têm, portanto, o potencial de criar proteínas especiais 
para determinadas espécies, que podem ser responsáveis 
pela diferenciação entre elas. Uma das categorias dos éxons 
de processamento alternativo é realmente exclusiva dos pri-
matas e pode ter contribuído para sua divergência em relação 
a outros mamíferos. Dessa forma, podemos começar a en-
xergar as vantagens da existência de um grande número de 
íntrons, que constituem 95% ou mais dos genes comuns que 
codificam proteínas nos seres humanos. 
Outros pesquisadores defendem o fato de que os íntrons 
poderiam proteger os organismos eucariontes dos efeitos da-
nosos das mutações (há uma maior chance das mutações 
Biologia Molecular
16
ocorrerem em regiões não codificadoras, não gerando prejuí-
zo aos organismos).
Da mesma forma, os biólogos supõem que a ausência de 
íntrons nos procariontes foi uma consequência da pressão se-
letiva entre esses microrganismos. O processo evolutivo teria 
eliminado os íntrons tornando a célula procarionte mais efi-
ciente do ponto de vista energético. 
Outra corrente afirma que, como as bactérias não têm 
núcleo, a transcrição e tradução ocorrem juntas: o RNA é 
traduzido em proteína com a mesma rapidez com que é 
transcrito. Não dá tempo para o RNA proveniente dos ín-
trons se remover do RNA codificador de proteína. Na maio-
ria dos casos, um íntron incapacitaria o gene onde ele está 
contido, causando graves consequências para a bactéria 
hospedeira. Nos eucariontes, a transcrição ocorre no nú-
cleo e a tradução, no citoplasma, separação que abre uma 
janela de oportunidade para o RNA, originado a partir dos 
íntrons, ser removido.
1.4. MUTAÇÃO 
A herança se baseia na transmissão da informação ge-
nética dos pais aos seus descendentes por meio dos genes, 
buscando preservar ao máximo o conteúdo da informação. 
Contudo, alterações ocorridas nas bases do DNA e que são 
herdáveis, são também transmitidas, constituindo uma muta-
ção.
A mutação já é conhecida há bastante tempo. Darwin re-
latou em meados do século XIX, vários casos de animais do-
mesticados onde de repente surgiam características novas. 
Porém, foi De Vries (1910) que chamou estas grandes altera-
ções de mutações.
Biologia Molecular
17
A mutação refere-se tanto a alterações nas moléculas de 
DNA, quanto ao processo que gerou a mutação, resultando 
num novo fenótipo, ou mutante. É importante ressaltar que as 
mutações provocam alterações aleatórias nas bases nitroge-
nadas que compõem os nucleotídeos; portanto, os indivíduos 
não sofrem mutações para se adaptarem ao meio ambiente. 
Essa alteração é ao acaso e posteriormente haverá uma sele-
ção dos genótipos que apresentem uma reprodução diferen-
cial, acarretando na evolução da população. 
A palavra mutante tornou-se sinônimo popular de altera-
ções fenotípicas, gerando alterações estruturais ou funcionais 
prejudiciais aos seres vivos. Certamente, por serem modifica-
ções aleatórias no DNA, a maioria das mutações é prejudicial 
por modificar sequências que são fruto de milhõesde anos de 
Seleção Natural e do processo evolutivo. Fazendo uma ana-
logia, é extremamente difícil aperfeiçoarmos um computador 
moderno por meio de uma alteração aleatória nas instruções 
de sua fabricação.
Porém, vale a pena ressaltar que as mutações são a única 
forma com que novos alelos de um gene são produzidos e, 
portanto, imprescindíveis à evolução das espécies, principal-
mente em um meio ambiente que está em constante modifi-
cação.
Mutação gênica representa alterações (substituições, adi-
ções ou perdas) que ocorrem ao nível de um ou de alguns nu-
cleotídeos na molécula de DNA, podendo acarretar na produ-
ção de uma enzima alterada, incapaz de realizar sua função. 
Esta mutação é dita ‘de ponto’, uma vez que abrange apenas 
um gene, e uma mutação que ocorra dentro de um gene, ori-
ginará um novo alelo. Há também a possibilidade de haver 
um RNA transportador (RNAt) que adicione um aminoácido 
incorreto na cadeia polipeptídica formada. 
Biologia Molecular
18
As mutações podem ocorrer em todos os organismos, de 
maneira espontânea, ou induzida por determinados agentes. 
As mutações induzidas resultam da exposição de organis-
mos a agentes físicos e químicos que provocam alterações 
na molécula de DNA; portanto, são causadas por sustâncias 
mutagênicas como, por exemplo, o cigarro, a luz ultravioleta, 
raios-X ou até mesmo por raios cósmicos vindos do espaço. 
Podemos ter também as mutações espontâneas, que ocor-
rem sem uma causa conhecida, ou por rearranjos espontâ-
neos dos nucleotídios. Na prática, é impossível provar que 
uma mutação ocorreu por indução de um agente ou de forma 
espontânea.
As mutações são eventos raros, ocorrendo a uma taxa 
média de 10-7; mesmo em condições laboratoriais não con-
seguimos elevar em demasia os níveis de mutação pois eles 
poderiam ser fatais.
Uma mutação que ocorre em uma molécula de DNA de 
um cromossomo de uma célula somática não influi sobre a 
hereditariedade, não apresentando importância evolutiva. As 
mutações que apresentam importância evolutiva são as ger-
minativas, que ocorrem nos gametas, por gerarem indivíduos 
que apresentam no DNA de todas as suas células aquela mo-
dificação, podendo transmiti-la a seus descendentes.
Mutações ocorridas em células somáticas podem ter 
seu valor econômico em se tratando de plantas comerciais 
propagadas vegetativamente. Como, por exemplo, as cul-
tivares de uva da espécie Vitis vinifera (Rubi, Benitaka e 
Brasil), surgiram a partir de mutações somáticas ocorridas 
na original Itália, em parreirais do sul e sudeste brasileiros, 
e por apresentarem coloração vinho em diferentes intensi-
dades, houve grande interesse pelos consumidores, sur-
gindo assim, novas cultivares (Figura 1).
Biologia Molecular
19
 
Figura 1 - Mutações somáticas ocorridas em cultivares de 
uva; na cultivar Itália (A), originaram as cultivares Rubi (B) e 
Benitaka (C); e, desta última, originou-se a cultivar Brasil (D) 
de Vitis vinifera L.
As mutações, em sua maioria, também são recessivas, 
ou seja, não se manifestam imediatamente em organismos 
diplóides. Supondo que o novo fenótipo produzido pelo gene 
recessivo, quando em homozigose, seja vantajoso; quantas 
gerações seriam necessárias para que surgisse um indivíduo 
homozigoto recessivo em uma espécie diplóide? Certamente 
centenas de milhares de anos. Estima-se que seriam neces-
sários pelo menos 200 mil anos para que houvesse 1% de 
indivíduos homozigotos recessivos (apresentando o fenótipo 
recessivo), considerando o tempo de uma geração como sen-
do de 20 anos em média.
 
Organismos haplóides, como as bactérias, apresentam a 
vantagem de expressar diretamente um gene e, se este for 
B
DC
Biologia Molecular
20
responsável pelo surgimento de uma característica favorável, 
em pouco tempo a frequência deste novo gene terá aumenta-
do consideravelmente na população. Por serem organismos 
haplóides, não podemos nos referir a um gene bacteriano 
como sendo dominante ou recessivo. Em resumo, as bacté-
rias possuem a vantagem de apresentarem uma reprodução 
extremamente rápida (uma colônia pode se duplicar a cada 20 
minutos) e toda mutação que sofrerem será expressa direta-
mente nos descendentes.
O deslocamento dos átomos de hidrogênio para diferen-
tes posições nas bases nitrogenadas ocasionam mudanças 
tautoméricas, nas quais as formas estáveis das bases se 
mudam para formas menos estáveis, acarretando em um 
mal pareamento de bases durante a replicação do DNA. O 
pareamento normal entre A-T e G-C, se alteram para A-C e 
G-T, respectivamente. Nestas circuntâncias, quando há troca 
entre duas bases púricas ou entre duas bases pirimídicas 
convencionou-se denominar transição. A troca entre uma 
base púrica e uma pirimídica, ou vice-versa, é denominada 
transversão.
As mutações de ponto ocorrem devido à troca de apenas 
uma base nitrogenada em um nucleotídeo. Molecularmente, 
as mutações de ponto podem ocorrer de diferentes maneiras: 
mutação silenciosa (há uma mudança no códon sem alterar 
o aminoácido), mutação “missense” (se modifica o códon e 
se altera o aminoácido), mutação “frameshift” (que acarreta 
no deslocamento do quadro de leitura, levando a uma alte-
ração em todos os aminoácidos seguintes àquela alteração) 
e mutação “nonsense” (onde há a introdução de um códon 
de terminação no local da alteração). Esta última costuma ser 
mais prejudicial pois pode levar uma proteína que possua 300 
aminoácidos, passar a ter apenas quatro ou vinte aminoáci-
dos, por exemplo.
Biologia Molecular
21
1.4.1. ANEMIA FALCIFORME
Há 60 anos definiríamos gene como sendo um fragmento 
de DNA capaz de produzir uma enzima, mais tarde essa defi-
nição foi alterada para um fragmento capaz de produzir uma 
proteína. Alguns anos se passaram para que o conceito de 
gene fosse modificado para um segmento de DNA capaz de 
produzir uma cadeia polipeptídica, por possuir a informação 
para o sequenciamento de aminoácidos na fabricação desta 
cadeia. No caso de uma proteína ser composta por mais de 
uma cadeia polipeptídica, existem vários genes atuando no 
processo, cada um codificando uma cadeia.
A função de uma enzima depende da forma de sua mo-
lécula, a qual é definida pela sequência de aminoácidos na 
cadeia polipeptídica. Como exemplo pode-se citar o caso da 
hemoglobina humana, uma proteína formada por quatro ca-
deias polipeptídicas, duas cadeias a e duas b, compostas de 
141 e 146 aminoácidos, respectivamente. As cadeias a são 
codificadas por genes localizados no cromossomo 16 e as ca-
deias b são codificadas por genes que estão situados no cro-
mossomo 11. 
Em indivíduos normais, as hemácias, por possuírem a hemo-
globina são responsáveis pelo transporte de oxigênio e gás carbô-
nico no nosso organismo e possuem forma arredondada côncava 
e flexível. Essa constituição permite que as hemácias consigam 
executar sua função mesmo através dos mais finos capilares.
Um exemplo clássico de uma modificação em uma base 
de um gene que acarreta vários efeitos finais é o da anemia 
falciforme na espécie humana. A anemia falciforme caracte-
riza-se pela presença de hemácias em forma de foice com a 
produção de uma hemoglobina S. A sequência na cadeia beta 
difere em um ponto somente: um ácido glutâmico da homoglo-
Biologia Molecular
22
bina A (hemoglobina normal) está substituído por uma valina 
na hemoglobina S. A sequência de aminoácidos das cadeias 
alfa de ambos os tipos de hemoglobina são iguais. 
Indivíduos homozigotos (SS) apresentam a anemia falci-
forme. Esses indivíduos conseguem transportar o oxigênio, 
mas, quando o mesmo passa para os tecidos, as moléculas 
da sua hemoglobina tornam-se duras e quebradiças devido às 
mudanças na sua membrana. Quando recebem novamente 
o oxigênio, podem ou não recuperar o seu formato e se de-
formar de forma irrecuperável. Nessa forma, sua vida útil se 
extingue mais rapidamente, o que pode vir a causar anemia 
hemolítica. Em decorrência do gene causador da anemia fal-
ciforme apresentar uma herança co-dominante como gene 
normal, os heterozigotos apresentariam uma forma suave da 
doença por possuírem metade de suas hemácias normais (A) 
e metade em forma de foice (S). 
1.4.2. SISTEMA DE REPARO
As diferentes formas de vida que conhecemos possuem 
cromossomos, que são formados por um DNA capaz de sofrer 
alterações (mutações) e ser transmitido através das gerações 
de forma praticamente perfeita.
O próprio organismo tem a capacidade de corrigir certos 
tipos de danos estruturais ocorridos no DNA; há nas células 
um sistema de reparo do DNA representado por um conjunto 
de enzimas que desempenha as funções de reconhecer uma 
mutação no DNA, retirando-a e consertando o erro. Se esse 
sistema de reparo falha por algum motivo, há ainda outras for-
mas de proteção, como exemplo pode-se citar a existência de 
um código genético degenerado que faz com que alguns có-
dons, ao serem modificados, continuem a codificar o mesmo 
aminoácido, não alterando a cadeia polipeptídica.
Biologia Molecular
23
Porém, se não houvesse a mínima possibilidade de ocor-
rência de erros, não haveria o surgimento de novos genes e 
consequentemente não teríamos a evolução das espécies. 
A capacidade de minimizar os efeitos geralmente deletérios 
das mutações, com seus códons sinônimos e com aminoáci-
dos bioquimicamente semelhantes, faz com que as mutações 
de menor efeito, ao contrário das que acarretam em grandes 
modificações, possuam maior probabilidade de ser benéficas, 
tornando a proteína formada mais eficiente. Além disso, có-
dons com duas ou três bases em comum eram bem parecidos 
no que diz respeito à atração ou repulsão pela água. Essa 
propriedade é crucial para o funcionamento da proteína. 
1.5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Demonstrou-se, em condições laboratoriais, que em 1 mi-
lhão de alternativas, apenas uma superou o desempenho do có-
digo genético natural (apresentava uma taxa de mutação menor 
que a do código natural). Uma explicação simples e direta para 
a impressionante resistência do código genético é que resulte 
da seleção natural. Talvez tenham existido muitos códigos, com 
vários graus de suscetibilidade a erros. Os organismos cujos 
códigos resistissem melhor às falhas tinham mais chance de 
sobreviver, e o código genético padrão, aquele utilizado por pra-
ticamente todos os seres vivos, foi o vencedor. Como variações 
do código são possíveis, essa suposição é razoável.
Como dificilmente ocorrem eventos inúteis na Natureza, 
pois todos os eventos biológicos estão constantemente sob 
a ação de forças evolutivas, podemos sugerir que a Natureza 
permitiu que as mutações ocorressem raramente, o que apre-
sentou um papel decisivo na evolução dos organismos. Dessa 
forma, elas têm a possibilidade de criar variabilidade genética, 
combustível para o processo evolutivo. Portanto, é imprescin-
dível que o reparo do DNA não seja totalmente eficiente. 
Biologia Molecular
24
1.6. GUIA DE ESTUDO
1 - A respeito da natureza química e da funcionalidade do DNA, 
julgue as seguintes afirmações: 
a) “Moléculas de DNA isoladas de diferentes tecidos da mes-
ma pessoa possuem a mesma composição de bases.” Sim ou 
não? Justifique.
b) “O conteúdo informacional do DNA reside na sequência em 
que suas unidades monoméricas estão ordenadas.” Sim ou 
não? Justifique.
2 - Quantas moléculas de DNA existem em cada célula do 
corpo humano? 
3 - Por que o nível de compactação do DNA é maior em euca-
riontes do que em procariontes?
4 - Em que estágio do ciclo celular eucariótico você espera 
que o DNA esteja mais compactado? Em que estágio você 
espera que ele esteja menos compactado? Por quê?
5 - O que acontece com as histonas durante a replicação?
6 - O gene para a proteína humana albumina ocupa uma re-
gião cromossômica de 25000 pares de bases (25 quilobases 
ou kb) do começo da sequência codificante de proteínas até 
sua ponta, mas o RNA mensageiro para essa proteína tem 
apenas 2,1kb de tamanho. O que você imagina que explique 
esta grande diferença? 
7 - Como a radiação está relacionada ao aumento na incidên-
cia de câncer?
8 – Por que uma célula geneticamente idêntica a outra pode 
assumir forma e função tão distinta?
Biologia Molecular
25
9 - Explique o que é um gene.
10 - Existem três tipos de RNA. Qual a função de cada um? 
11 - O DNA contém informações que a célula utiliza para a 
síntese de proteínas. Sim ou não? Justifique.
12 - O RNA pode agir como catalisador. Sim ou não? Justifique.
13 - A respeito da natureza química e da funcionalidade do 
DNA, julgue a seguinte afirmação: “Espécimes de DNA isola-
dos de diferentes tecidos da mesma pessoa possuem a mes-
ma composição de bases.” Sim ou não? Justifique.
14 - “Durante a desnaturação do DNA são quebradas as liga-
ções covalentes presentes em sua estrutura.” Sim ou não? 
Justifique.
15 - “Nas moléculas de DNA dos eucariotos, a ocorrência das 
bases G + C é aproximadamente igual à de T + A. Sim ou não? 
Justifique.
 
 
Biologia Molecular
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Biologia Molecular
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INSTABILIDADE GENÔMICA:
RISCOS, EFEITOS E REPARO 
Ana Amélia de Carvalho Melo Cavalcante
Doutora em Biologia Celular e Molecular pela URGS.
 Professora pesquisadora da Faculdade NOVAFAPI.
 
Tatiana Vieira Chaves
Doutora em Farmacologia Clínica UFC. 
Professora da Faculdade NOVAFAPI
 
Aracelli de Sousa Leite
Doutoranda em Biotecnologia na RENORBIO. 
Professora do IFPI Floriano-Pi
Márcia Fernanda Paz
Mestranda em Genética Toxicológica pela ULBRA
Sandra Maria Mendes de Moura Dantas
Doutora em Ciências Biológicas, Professora Associada da 
UFPI - Departamento de Biologia. 
E-mail:sdantas@ufpi.edu.br
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INSTABILIDADE GENÔMICA:
RISCOS, EFEITOS E REPARO
Ana Amélia de Carvalho Melo Cavalcante
Tatiana Vieira Chaves
Aracelli de Sousa Leite 
Márcia Fernanda Correia Jardim Paz 
Sandra Maria Mendes Moura Dantas
 
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Sumário
CAPÍTULO 2. INSTABILIDADE GENÔMICA: RISCOS, 
 EFEITOS E REPARO
 
2.1. INTRODUÇÃO...............................................................33
2.2. RISCOS AMBIENTAIS E OCUPACIONAIS..................35
2.3. ESPÉCIES REATIVAS DE OXIGÊNIO.........................37
2.4. RADIAÇÕES IONIZANTES...........................................38
2.5. AGROTÓXICOS.............................................................40
2.6. QUIMIOTERÁPICOS......................................................42
2.7. HIDROCARBONETOS AROMÁTICOS..........................45
2.8. EFEITOS DE AGENTES QUÍMICOS E 
FÍSICOS ENDÓGENOS E EXÓGENOS......................46
2.9. REPARO DE DNA...........................................................52
Biologia Molecular
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Biologia Molecular
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2.1. INTRODUÇÃO
Dados da Organização Mundial de Saúde apontam que, 
a partir de 2020, pode se atingir a casa de 16 milhões de ca-
sos novos ano de câncer, contribuindo para ocupar a primeira 
causa de mortalidade no mundo. Além disso, resulta em um 
problema de saúde pública ao provocar, em indivíduos produ-
tivos, incapacidades que afetam segmentos sociais e econô-
micos. 
A instabilidade genética acontece devido a inúmeras al-
terações no DNA que deixam como resquícios modificações 
na sua estrutura ocasionadas por quebras de fitas (simples 
e/ou duplas), inserções e deleções ou modificações de ba-
ses, adutos, pontes de DNA-DNA ou DNA-proteínas, pontes 
intercadeias, substituições ou reagrupamento de pares de ba-
ses, que podem levar à produção de proteínas não funcionais. 
Esses eventos estruturais induzem mutações, culminando em 
doenças hereditárias, mutagênese, teratogênese e a carcino-
gênese.
O DNA celular é diariamente exposto a vários agentes ci-
totóxicos, genotóxicos e mutagênicos endógenos e exógenos 
às células. As fontes endógenas consistem de produtos de pe-
roxidação lipídicas e de espécies reativas de oxigênio, produ-
tos do metabolismo celular normal. Vários danos ao DNA são 
oriundos de fontes exógenas de genotóxicos ambientais ou 
ocupacionais, tais como os compostosalquilantes, hidrocar-
bonetos aromáticos policíclicos, bifenóis, aminas heterocícli-
cas, radiações ionizantes, radiações UV, dentre outros.
Os danos oxidativos ao DNA são um dos fatores etioló-
gicos endógenos e exógenos implicados no envelhecimento, 
em doenças crônicas e no câncer. Aumento dos níveis de es-
pécies reativas de oxigênio é designado como estresse oxi-
Biologia Molecular
34
dativo, representando um potencial tóxico que pode provocar 
lesões nas células, nos ácidos nucléicos, inativação de prote-
ínas e peroxidação lipídica.
O DNA também é o alvo de drogas metabólitas que rea-
gem diretamente com o DNA ou indiretamente com a incor-
poração de nucleotídeos análogos, ou bloqueando funções 
metabólicas do DNA, tais como as DNA polimerases e topoi-
somerases. Duas estratégias estão envolvidas nas respostas 
aos danos ao DNA: os danos são reparados ou tolerados, ou 
as células são removidas por apoptose. O não reparo leva 
a consequências como as aberrações cromossômicas, muta-
ções em genes e transformações malignas.
As mutações podem ocorrer tanto em células de linhagem 
germinativa como em células somáticas e são detectadas, fre-
quentemente, através da expressão fenotípica, causada por uma 
mudança súbita e hereditária no genótipo de um organismo, al-
terando suas características. A ocorrência de mutações, no en-
tanto, depende da natureza da lesão e das respostas celulares 
aos danos no DNA. Basicamente, as mutações são divididas em 
duas grandes categorias: mutações gênicas e cromossômicas. 
As primeiras são alterações que ocorrem na sequência de nucle-
otídeos do DNA, ou por substituição de bases, ou, ainda, adição 
ou deleção de nucleotídeos; e as segundas, são as que produ-
zem alterações no número ou na estrutura dos cromossomos e 
são detectadas por análises citogenéticas celular.
Alterações na dinâmica do genoma são indicativos de 
câncer, as quais refletem em mutações que acometem genes 
importantes para manutenção celular, produzindo ganho (on-
cogene) ou perda de função (genes supressores tumorais). 
Várias evidências indicam que a tumorogênese em humanos é 
um processo que envolve vários passos e que esses refletem 
em alterações genéticas que guiam a progressiva transforma-
Biologia Molecular
35
ção de células humanas. Algumas alterações como sinais de 
crescimento autossuficientes, não sensibilidade a inibidores 
de crescimento, perda da morte celular programada (apopto-
se), potencial replicativo sem limite, angiogênese sustentada, 
invasão tecidual e metástase, são essenciais e podem expli-
car a grande diversidade de cânceres e tumores, as quais de-
terminariam o crescimento maligno.
A instabilidade genética pode ser originada por falhas na 
maquinaria de reparo. Ativação dos caminhos de checkpoint e 
de reparo de DNA governam a estabilidade genômica depois 
de estresses genotóxicos. Modificações pós-translacional em 
proteínas envolvidas nesses processos são importantes na 
resposta celular. Estresse genotóxico induz uma variedade de 
lesões ao DNA.
Assim, no decorrer da vida, o DNA sofre alterações que 
podem ser causadas por erros durante a replicação do DNA, 
na divisão celular. No entanto, a justificativa da preocupação 
da exposição a agentes químicos ambientais é que a exposi-
ção adicional representa um aumento na carga mutagênica, e 
que todo risco em excesso precisa ser monitorado como uma 
estratégia eficaz para a prevenção do câncer. 
O presente capítulo discutirá alguns dos principais riscos 
para a instabilidade genética de fontes endógenas, especial-
mente, os danos oxidativos e de fontes exógenas (ambientais e 
ocupacionais), seus efeitos sobre o DNA e as possibilidades de 
reparo dos danos induzidos, bem como sobre as consequên-
cias do reparo incorreto ou do não reparo de danos ao DNA. 
2.2. RISCOS AMBIENTAIS E OCUPACIONAIS
A vida moderna expõe o homem a uma infinidade de com-
postos que, aliado ao bem-estar que provocam, trazem tam-
Biologia Molecular
36
bém risco à população. São várias as consequências que a 
exposição de substâncias de potencial mutagênico pode cau-
sar no DNA, a molécula responsável pela informação genética 
da célula, o que pode ocasionar instabilidade genética. A Ta-
bela 3 relaciona algumas das fontes, em potencial, de exposi-
ção humana a agentes mutagênicos.
Adaptada de Ribeiro e Marques (2003)
Estudos de exposição ocupacional a agentes genotóxi-
cos são mais frequentes em populações expostas ao ferro 
em fundições em fornos de carvão, alumínio, trabalhadores 
de oficinas automotivas, motoristas de ônibus, trabalhadores 
em asfaltos, policiais, soldadores, trabalhadores de indústrias 
de plásticos e sujeitos expostos aos epicloritos, derivados de 
benzidina e aos agrotóxicos. 
Tabela 3 - Fontes de exposição humana a agentes mutagênicos
Biologia Molecular
37
2.3. ESPÉCIES REATIVAS DE OXIGÊNIO
Espécies reativas de oxigênio (ERO) produzidas durante o 
metabolismo normal podem interagir com uma variedade de ti-
pos de lesões. As lesões oxidativas acumuladas podem levar a 
mutações, lesões pré-malignas e transformações que requerem 
investigações. A identificação de susceptibilidade ao câncer, e, 
particularmente, a identificação de fatores ambientais pode auxi-
liar na etiologia do câncer, seu desenvolvimento e terapêutica. 
O estresse oxidativo pode lesar o DNA e causar mutações, 
resultando em doenças hereditárias, câncer e envelhecimen-
to. A capacidade de a célula suportar ERO é monitorada por 
antioxidantes enzimáticos e não-enzimáticos. Quando essa 
capacidade é comprometida, ultrapassando as defesas antio-
xidantes naturais, podem ocorrer danos em macromoléculas 
como o DNA, proteínas e lipídios, resultando em cânceres. 
O radical (OH•) danifica o DNA ao retirar átomos de H das 
desoxirriboses e das bases levando a quebras duplas de cer-
tas bases. O aumento de danos oxidativos induzidos ao DNA 
tem sido reportado em vários casos de patogênese humana 
relacioandas à idade e a doenças crônicas, com intabilidade 
genômica e transformação de oncogênese. 
Os biomarcadores de câncer são importantes para o 
diagnóstico, acompanhamento do desenvolvimento do tumor, 
análise individual de tumores, repostas a terapias, bem como 
para avaliação de reocorrências. A resistência de reparos em 
lesões oxidativas serve como um indicador da malignidade 
de células e de tumores. Nos últimos anos, os estudos relati-
vos aos efeitos das radiações ionizantes têm ganhado desta-
que, uma vez que se sabe que a energia das mesmas altera 
a órbita dos elétrons, tornando os átomos, especialmente os 
de oxigênio, altamente reativos, com formação de ERO e ra-
dicais livres. 
Biologia Molecular
38
2.4. RADIAÇÕES IONIZANTES
O termo radiação significa emissão de energia. As radia-
ções ionizantes (RI), como os Raios X, Raios gama e partícu-
las b, ao atravessarem uma substância, têm a propriedade de 
remover elétrons orbitais de átomos constituintes de suas mo-
léculas. Esses átomos se tornam instáveis com carga positiva. 
Os elétrons que ficaram livres no meio poderão incorporar-se 
a outros átomos, conferindo-lhes carga negativa. Essa trans-
formação de átomos em íons resulta em efeitos biológicos, 
ou seja, podem danificar as substâncias químicas dentro das 
células. O núcleo é considerado mais radiossensível que o 
citoplasma por conter o DNA nuclear. 
Em um átomo eletricamente neutro, que se encontra no 
estado fundamental, o número de elétrons orbitais é igual ao 
número de prótons no núcleo. Quando o átomo perde elétrons 
ao interagir com essas radiações, ele se torna um íon positivo e 
o elétron livre se torna um íon negativo (com mais elétrons que 
prótons). O processo de converter átomos em íons é chamado 
de ionização. Ionização é a perda e ganho de elétrons. Entre-
tanto, os prótons não participam deste processo, tendo apenas 
um papel passivo. Quando um elétron é removido das camadas 
mais internas K, L e M, a vacância é preenchida por um átomo 
mais externo. Neste salto, ocorre a produção deum fóton que 
corresponde a raios X característicos. Muitas vezes, os raios X 
característicos são formados quando os elétrons da camada K, 
ou eventualmente da camada L, são capturados pelo núcleo e 
se fundem aos prótons, dando origem a um nêutron para com-
pensar a falta destes à coesão de prótons no núcleo.
A exposição da molécula de DNA a radiações desenca-
deia uma cascata complexa de transdução de sinais provo-
cando danos no material genético. Recentemente, estudos 
têm demonstrado deleções e alterações no genoma, com al-
Biologia Molecular
39
terações na expressão de genes após exposição a doses de 
radiações, com resposta tardia para a transformação maligna 
em fibroblastos humano. Desta forma, a RI é conhecida pelo 
seu potencial para carcinogenicidade. Devido a sua frequen-
te aplicação médica em diversos procedimentos, e, especial-
mente, como agente terapêutico na terapia do câncer, a RI 
se constitui como risco para a saúde humana. Em células de 
mamíferos, a RI induz vários tipos de danos ao DNA, incluindo 
as quebras simples e duplas, danos nas bases nitrogenadas, 
ligação DNA-DNA e DNA-proteínas.
A exposição a raios X, que ocorre, principalmente, em pro-
fissionais da área de saúde, pode provocar um aumento na in-
cidência de câncer. Há relatos de alta frequência de alterações 
cromossômicas e presença de micronúcleos nesses profissio-
nais. Danos citogenéticos são comprovados em funcionários 
expostos, ocupacionalmente, a baixos níveis de RI que induzem 
aberrações cromossômicas e quebras de fita dupla de DNA. 
Durante a terapia do câncer, humanos são expostos a altas 
transferências lineares de energia, que causam vários efeitos 
biológicos, incluindo inativação celular, mutações genéticas, 
cataratas e indução de câncer. Muitos desses parâmetros 
biológicos são relatados como causadores de danos em cro-
mossomos e a avaliação destes pode ser realizada através de 
biomarcadores. Entretanto, os mecanismos pelos quais as RI 
induzem alterações cromossômicas a partir de quebras duplas 
de DNA ainda não estão bem compreendidos.
Desta forma, os estudos relativos aos efeitos das ra-
diações ionizantes têm ganhado destaque, uma vez que os 
avanços científicos possibilitaram a compreensão de que 
a energia das mesmas altera a órbita dos elétrons, tornan-
do os átomos, especialmente os de oxigênio, altamente 
reativos, com formação de ERO’s, relacionadas com mu-
Biologia Molecular
40
tações no material genético e promoção de diversas doen-
ças como câncer, mal de Alzheimer, diabetes, doença de 
Parkinson, aterosclerose, entre outras. Mesmo em doses 
pequenas de radiação, existem relatos de câncer em exa-
mes radiográficos dentários. Desta forma, o monitoramen-
to e a determinação da dose-resposta podem representar 
uma contribuição expressiva à medida que oferecem segu-
rança à população.
A interação das radiações ionizantes com o DNA pode 
ocasionar efeitos diretos e indiretos. Estima-se que 70% dos 
efeitos biológicos ocorrem por “ação indireta”, proporcionado 
através da radiólise da água, pois esta é dissociada em seus 
dois elementos H+ e OH-, os quais reagem com bases do DNA 
e interferem no processo de replicação. As alterações estrutu-
rais podem ocorrer nas bases nitrogenadas e nas desoxirri-
boses, como danos oxidativos, eliminação de bases, quebras 
de fitas simples (Single-Strand Break, SSB), quebras de fitas 
duplas (Double-Strand Break, DSB), pontes DNA – proteínas 
e danos de trocas de bases de purina para pirimidina. Estas 
lesões podem acontecer inclusive com níveis baixos de ex-
posição, mas são proporcionais à dose, pelos fenômenos de 
excitação e de ionização da matéria 
A instabilidade induzida pelas RI pode ocorrer em células 
germinativas e somáticas e são caracterizadas por produzi-
rem reagrupamentos cromossomais, aneuploidia, micronúcle-
os, amplificação de genes, mutações e reduções em células 
oriundas de outras que tiveram efeitos das radiações. 
2.5. AGROTÓXICOS
A exposição humana aos agrotóxicos no meio ambiente e 
em alimentos acontece por contato direto e indireto, por dife-
rentes rotas, tais como: inalação, ingestão e contato dérmico, 
Biologia Molecular
41
ocasionando problemas agudos e crônicos à saúde, especial-
mente a do agricultor, com relatos da incidência de câncer, 
doenças crônicas, problemas de esterilidade, desordens en-
dócrinas, neurológicas e comportamentais, assim como o au-
mento de linfomas, sarcomas e câncer de pâncreas, fígado, 
bexiga e doença de Parkinson. 
Dados experimentais revelam que vários agroquímicos in-
duzem mutações, alterações nos cromossomos e danos ao 
DNA. O biomonitoramento dos riscos de instabilidades gené-
ticas ocasionadas por misturas complexas de químicos em 
trabalhadores expostos, ocupacionalmente, constitui uma es-
tratégia preventiva do câncer. Correlações positivas entre a 
exposição ocupacional às misturas complexas de agrotóxicos 
vêm sendo relatadas em muitos estudos, em relação ao au-
mento da frequência de MN, quebras de cromátides irmãs e 
AC. As AC induzidas por agrotóxicos são resultados, principal-
mente, da exposição continua às misturas agroquímicas.
A exposição em grandes doses por um curto período causa 
os chamados efeitos agudos, bastante descritos na literatura 
médica, cuja relação causa/efeito é de fácil identificação. A in-
toxicação aguda varia de intensidade leve até grave, podendo 
ser caracterizada por náusea, vômito, cefaleia, tontura, deso-
rientação, hiperexcitabilidade, parestesias, irritação de pele e 
mucosas, fasciculação muscular, dificuldade respiratória, he-
morragia, convulsões, coma e morte.
Os agrotóxicos são reportados em muitos estudos como 
responsáveis por vários efeitos adversos na saúde humana, 
incluindo além das intoxicações agudas, efeitos imune, nervo-
sos, endócrinos e no sistema reprodutivo. Os danos ao DNA 
também têm sido relatados. Esses compostos interagem com 
o DNA, causam doenças degenerativas e ultimamente pode 
levar ao câncer, na ausência de processos de reparação de 
Biologia Molecular
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DNA. Os organismos respondem à ação de agentes genotóxi-
cos por reparo livre de erros e sujeito aos erros, morte celular 
por citotoxicidade e/ou por apoptose e por modulação do con-
trole do ciclo celular.
2.6. QUIMIOTERÁPICOS
Os medicamentos citostáticos são substâncias citotóxicas 
que se utilizam, especificamente, para causar um dano celular, 
que não é seletivo para as células tumorais, mas que afetam 
todas as células do organismo, resultando efeitos citotóxicos e 
genotóxicos adversos. Seu uso inicial foi na década de 40, nas 
observações de aplasias medulares de pessoas expostas ao 
gás mostarda, o que proporcionou a utilização de mostardas 
nitrogenadas em algumas neoplasias, a exemplo da Doença 
de Hodgkin. Com o passar dos anos, a evolução dos estudos 
farmacológicos e genéticos trouxe esperança na obtenção de 
novas drogas que sejam sensíveis para tratamentos com ab-
soluta seletividade, que terão cada vez mais impactos na vida 
das pessoas.
Entre alguns critérios de classificação, como a do me-
canismo de ação e estrutura química, estão: os agentes al-
quilantes, como as mostardas nitrogenadas (ciclofosfamida, 
clorambucila, melfalana, mecloretamina); como os derivados 
da etilamina (tiotepa, altretamina); como os alquilsufonatos, 
(bissulfano); como as nitrosureias (carmustina, lomustina, 
semustina, estreptozocina); como os triazenos (procarbazi-
na, dacarbazina); os derivados da platina, (cisplatina, car-
boplatina, oxaliplatina); os agentes metabólicos, como os 
antagonistas do ácido fólico (metotrexato, permetrexato, ral-
titrexato); como os análogos da primidina (citarabina, 5-fluo-
rouracila, gencitabina,tegafur,5-azatidina); como os análogos 
da purina, (mercaptopurina, tioguanina, cladribina); como os 
antagonistas da adenosina (pentostatina, fludarabina); os 
Biologia Molecular
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agentes inibidores dos microtúbulos, os produtos naturais 
como os alcaloides da vinca (vincristina, vimblastina);como 
os Taxanos (paclitaxel, diocetaxel); os antibióticos, como as 
antraciclinas (dactinomicina, doxorrubicina, daunorrubicina, 
idarubicina) e outros (bleomicina, mitramicina, mitomicina); 
os agentes hormonais, como os moduladores do receptor 
estrogênico (tamoxifeno, letrozol, anastrozol, estramustina, 
fulvestranto); como os moduladores do receptor androgêni-
co (biculatamida, flutamina; os agentes enzimáticos, como 
os inibidores das topoisomerases (irinotecano, topotecano, 
etoposídeo, teniposídeo); os agentes inibidores de tirosina-
cinase (imatinib, geftinib, erlotinib); os inibidores de proteos-
somos (bortezomib); os anticorpos monoclonais (rituximab, 
transtuzumab, cetuximab); Fatores de Crescimento Hema-
topoiético (filgrastina, sargramostina); entre outros agentes 
antineoplásicos. 
Os agentes citostáticos são usados, principalmente, para 
o tratamento de processos oncológicos, assim os trabalhado-
res podem estar expostos durante a fabricação, preparação, 
distribuição ou transporte interno, administração, tratamento 
de contaminantes acidentais ou derrames, ou eliminação dos 
resíduos procedentes das atuações anteriores e excretadas. 
As vias de penetração dessas substâncias são: inalação dos 
aerossóis e micro gotas que se desprendem durante a prepa-
ração de soluções de citostáticos e durante sua administração, 
ou por ruptura de ampolas; por contato direto, por penetração 
do medicamento através da pele ou das mucosas; por via oral: 
ingestão de alimentos, bebidas, cigarros contaminados. Por 
via parenteral: por introdução direta do medicamento através 
de pinçagens ou cortes produzidos pela ruptura das ampolas. 
Os efeitos dos agentes citostáticos mais estudados sobre a 
saúde com ações tóxicas são: teratogênico, citostático, carci-
nogênico, mutagênico, alteração corneal, cardiotóxico, hepa-
totóxico, nefrotóxico, hemorrágico, vesicante, irritante da pele 
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e mucosa, hematológico. Isto não quer dizer que todos produ-
zam estas reações específicas dos agentes citostáticos, po-
dendo ou não serem apresentadas simultaneamente. A maior 
parte dos mesmos tem sido estudada em pacientes subme-
tidos a estes tratamentos. As células cancerosas crescem e 
reproduzem muito rápido, e pelos medicamentos que se usa 
para o tratamento da quimioterapia, em geral, são aqueles que 
atacam as células de crescimento rápido, interatuando com o 
seu DNA, seu RNA ou com a síntese das proteínas celulares. 
De igual forma, os medicamentos que se usa para combater 
o câncer também podem afetar as células normais de tecidos 
de rápida renovação, e em ocasiões causarem efeitos secun-
dários indesejáveis.
A doxorrubicina (DOX) é um antibiótico da família das an-
traciclinas, com uma relação estrutural perto da daunomicina, 
sendo como esta última um intercalante de DNA. A DOX é um 
antibiótico antitumoral que age formando um complexo terná-
rio com o DNA e a topoisomerase II, ocasionando a morte ce-
lular por apoptose. Neste caso, a apoptose induzida pela DOX 
pode estar relacionada com a ativação da p53, uma proteína 
supressora tumoral, que induz a transcrição do gene WAF1/
CIP1, que codifica a proteína p21 e é inibidora de algumas 
cinases responsáveis pela regulação do ciclo celular. Essa ati-
vação pode acarretar uma parada no ciclo celular, possibilitan-
do a reparação de danos no DNA.
A maioria dos agentes quimioterápicos age não especifica-
mente, afetando também as células normais. O fluorouracil é 
um agente antimetabólico de baixo peso molecular, que exer-
ce seu efeito devido às semelhanças estuturais e funcionais 
que apresentam com os metabólitos envolvidos na síntese 
de ácidos nucléicos. Como são confundidos pela célula como 
metabólitos normais, tanto podem ser incorporados ao ácido 
nucleico e produzir códigos incorretos, como podem inibir as 
Biologia Molecular
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enzimas envolvidas na síntese de ácidos nucléicos. Esses 
mecanismos resultam em inibição da síntese do DNA e, con-
sequentemente, morte celular.
Um dos agentes antineoplásicos mais utilizados na qui-
mioterapia é a Ciclofosfamida (CP), que faz parte da família 
das mostardas nitrogenadas e é um agente alquilante bifun-
cional, pois atua tanto no tratamento de diversos cânceres 
como droga imunossupressora. Porém, como dito, os antitu-
morais lesam não apenas as células neoplásicas, mas tam-
bém as células normais. A CP, por exemplo, induz apoptose 
na placa de crescimento da zona proliferativa, ou seja, parada 
do crescimento ósseo e alterações osteoporóticas decorrente 
de quimioterapia para câncer pediátrico com ciclofosfamida. 
A ciclofosfamida é um agente antineoplásico do tipo alquilan-
te. Estes reagem com os centros de muitos tipos distintos de 
moléculas e, pelo seu caráter bifuncional ou trifuncional, per-
mitem estabelecer reações cruzadas com o DNA de cadeia 
dupla, evitando, assim, que as cadeias se separem para sua 
replicação. O efeito final da interação entre os agentes alqui-
lantes e o DNA seria a alteração da informação codificada na 
molécula de DNA ou replicações levando à ocorrência de mu-
tações ou morte celular. 
2.7. HIDROCARBONETOS AROMÁTICOS
Os hidrocarbonetos aromáticos são considerados perigo-
sos poluentes ambientais devido aos seus efeitos prejudiciais 
exercidos sobre diferentes grupos de organismos vivos. A de-
tecção dessa classe de poluentes ambientais por bioensaios, 
utilizando plantas superiores, é controvérsia entre alguns au-
tores. Para alguns autores, as plantas superiores são relativa-
mente insensíveis para detectar alguns poluentes, entretanto 
outros autores têm demonstrado uma grande sensibilidade 
desses organismos na detecção de poluentes. Benzeno, to-
Biologia Molecular
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lueno e xileno são compostos derivados do petróleo através 
do processo da destilação. 
A exposição ao benzeno e outros derivados do petróleo 
pode induzir efeitos genotóxicos como aumento significante 
de aberrações cromossômicas, aneuploidias, micronúcleos e 
outros danos ao DNA. O benzeno e seus metabólitos têm se 
mostrado potenciais formadores de mutações in vitro e in vivo. 
A relação entre os níveis de exposição ao benzeno e citoto-
xicidade é um importante mecanismo para entendimento dos 
danos celulares e genômico. Exposições elevadas ao benze-
no está associada à maior frequência de aberrações cromos-
sômicas e aneuploidias. O benzeno é carcinógeno pela ação 
conjunta de seus metabólitos que produzem quebras no DNA, 
inibição de topoisomerase e danos no fuso mitótico, os quais 
desencadeiam recombinação mitótica, translocação cromos-
sômica e aneuploidia.
2.8. EFEITOS DE AGENTES QUÍMICOS E FÍSICOS 
 ENDÓGENOS E EXÓGENOS
As lesões no DNA podem ter origem física, química e bio-
lógica, afetando funções vitais como a duplicação, transcrição 
gênica, alterações cromossômicas que podem desencadear 
morte celular e processos cancerosos. Esses efeitos nocivos à 
saúde podem ser expressos imediatamente ou levar anos para 
sua manifestação. Os efeitos tardios incluem, além de doenças 
genéticas nas gerações seguintes, a indução de cânceres.
Os danos endógenos e exógenos em tecidos normais são 
decorrentes do aumento da produção de espécies reativas 
de oxigênio (ERO), potencialmente mutagênicas, capazes de 
induzir danos em macromoléculas como DNA, proteínas e li-
pídios. As células são detentoras de mecanismos de defesa 
antioxidante que inclui glutationa, ácido ascórbico, ácido úrico 
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e enzimas como a catalase, superóxido dismutase (SOD), glu-
tationa peroxidase, dentre outras. O aumento de produção de 
ERO compromete o mecanismo de defesa, implicando dano 
oxidativo nos constituintes celulares. Embora vários produtos 
químicos tenham sido testados, em experimento animal, para 
proteção contra radiação gama, a sua utilização clínica se tor-
na inviável pela alta toxicidade em administrações repetidas.
Os efeitos diretos e indiretos das radiações ionizantes são 
responsáveis pelos danos ao DNA, proteínas e outros comple-xos in vitro em células e in vitro, solução aquosa. Os efeitos 
diretos envolvem a ionização e excitação de macromoléculas 
por partículas primárias e secundárias. Entretanto, os indire-
tos são induzidos por produtos da ionização e excitação de 
moléculas de água que envolvem macromoléculas. Um dos 
mais agressivos da radiólise, o radical hidroxil (OH•), é res-
ponsável pelos efeitos indiretos das radiações ionizantes no 
DNA em condições aeróbicas. A importância dos efeitos dire-
tos versus efeitos indiretos depende do LET da radiação, ou 
seja, da energia transferida por unidade de comprimento que 
está diretamente relacionada com a probabilidade de ocorrer 
interação biológica resultando em lesão no DNA. 
A exposição às radiações ionizantes induz danos em sites 
clustered, definidos como duas ou mais lesões, como quebras 
duplas associadas com lesões abásicas (AP). Os sítios abási-
cos (AP) são conhecidos como sítios apurínicos ou apirimidí-
nicos, que são formados quando bases são perdidas do DNA 
por clivagem na ligação N-glicosil, deixando a cadeia açúcar-
fosfato intacta. Em condições fisiológicas normais, estimam-
se cerca de 50,00-200,00 lesões AP persistentes em células 
de mamíferos. Os AP são, potencialmente, mutagênicos e po-
dem ser produzidos por reações espontâneas de depuriniza-
ção (perdas de purinas-hidrólise da desoxirribose na ligação 
N-glicosil) e depirimidização (perdas de pirimidinas) do DNA. 
Biologia Molecular
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As depurinizações são menos comuns que as depirimidiza-
ções devido à ligação N-glicosil ser mais estável. Os sítios AP 
também são produzidos por ERO, como também por ineficien-
te ou imcompleto reparo por excisão de bases.
Os agrotóxicos são usados, mundialmente, na agricultura 
para proteger as culturas. Entretanto, as exposições a estas 
substâncias representam um risco, em potencial, para a saúde 
humana, mas também representam toxicidade em exposição 
ocupacional e não ocupacional, especialmente devido suas 
propriedades genotóxicas. Em estudos usando a frequência 
de aberrações cromossômicas (AC), teste de cromátides ir-
mãs em linfócitos de sangue periférico, micronúcleos (MN) em 
células epiteliais de mucosa bucal, frequência de MN, anor-
malidades nucleares, cariorrexe (CR), cariólise (CL), brotos 
e células binucleadas (BN), encontraram-se aumentadas em 
indivíduos expostos aos agrotóxicos, especialmente para os 
fumantes, em relação aos indivíduos não expostos.
As aberrações cromossômicas são quaisquer mudanças 
na estrutura do cariótipo, que criam um novo contexto gené-
tico pela movimentação do DNA de um lugar para outro, dife-
rente do original. A análise de AC é um teste de mutagenicida-
de para a detecção de AC estruturais. Aberrações estruturais 
podem ser de 2 tipos: cromossômicas (quando ocorre simulta-
neamente nas duas cromátides de um cromossomo) e croma-
tídicas (em uma só cromátide). 
A maioria dos mutagênicos químicos induz aberrações do 
tipo cromatídico, mas as do tipo cromossômico também ocor-
rem. Determinar a frequência de AC em linfócitos do sangue 
periférico humano, com o propósito de dosímetro biológico de 
exposição a agentes mutagênicos químicos, constitui uma téc-
nica importante para estimar o risco em exposições ocupacio-
nais. Detectar apenas AC indica que existe um dano genético 
Biologia Molecular
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grosseiro. A ausência destas não exclui outras possíveis alte-
rações no DNA. Porém, a presença de AC indica uma possível 
ligação com a exposição à genotóxicos.
As alterações cromossômicas são assim denominadas 
porque afetam a estrutura dos cromossomos, sendo resul-
tantes de quebras que ocorrem, em geral, antes da duplica-
ção do DNA. Tais quebras são ditas espontâneas quando 
não têm uma causa aparente, mas é sabido que sua fre-
quência aumenta sob a ação de agentes diversos que são 
denominados agentes clastogênicos. As quebras originam 
segmentos sem telômeros, os quais são estruturas essen-
ciais para manter a individualidade dos cromossomos. As 
extremidades livres ficam literalmente pegajosas, favore-
cendo a reunião com outro segmento nas mesmas condi-
ções, isto é, que tenha perdido também a região telomérica. 
Os segmentos quebrados podem se soldar, quando entra 
em ação a síntese de reparo de DNA da célula, na qual in-
tervêm outras polimerases, diferentes daquelas que atuam 
na duplicação semiconservativa que antecede às divisões 
celulares. As quebras não produzem, necessariamente, mo-
dificação na estrutura do cromossomo, pois os segmentos 
podem se reunir no mesmo ponto onde foram quebrados. 
Contudo, cromossomos com estrutura alterada podem ser 
formados, quando os segmentos se unem de forma distinta 
da original ou quando fragmentos são simplesmente perdi-
dos. As quebras não ocorrem, aleatoriamente, em qualquer 
região do cromossomo, existindo os chamados sítios frá-
geis mais propensos a se quebrarem. As AC são eventos 
importantes no desenvolvimento tumoral pelo fato de que 
quebras em sítios específicos da molécula do DNA podem, 
às vezes, coincidir com a localização de oncogenes
As maiores fontes e tipos de danos ao DNA, como também 
os mecanismos de reparo, estão associados com o envelhe-
Biologia Molecular
50
cimento, podendo levar à disfunção celular. Danos ao DNA e 
mutações vão se acumulando com a idade em tecidos, su-
gerindo que o elevado nível de danos ao DNA pode acelerar 
declínio fisiológico e proporcionar o aparecimento de doenças 
não limitadas ao câncer. 
O mecanismo pelo qual a célula decide pelo reparo ou 
pela apoptose ainda não é bem conhecido, mas ambos ne-
cessitam de ATP. Entretanto, para reparo, o gasto de energia 
é maior do que para apoptose. Esses mecanismos são im-
portantes para a compreensão do desenvolvimento do cân-
cer.
Quando as células são expostas a agentes que lesionam 
o DNA, a proteína p53 age induzindo uma parada no ciclo 
celular, permitindo a reparação do DNA lesionado antes da 
síntese replicativa do mesmo. Uma disfunção na proteína p53 
resulta na replicação de lesões mutagênicas que, quando acu-
muladas no genoma, favorecem as mudanças genéticas que 
podem originar neoplasias. Recentemente foi mostrado que a 
proteína p53 também está envolvida na reparação de danos 
no DNA, atuando em conjunto com as vias de reparação por 
excisão de nucleotídeos e de excisão de bases. 
Os danos induzidos por agentes químicos e ou físicos po-
dem, dependendo do agente, induzir ou inibir necroses e ou 
apoptose. A indução de necrose pode resultar na liberação de 
enzimas degradativas que podem causar a digestão parcial 
de DNA. A inibição da apoptose pode ser descrita por signifi-
cantes danos ao DNA que sobreviveram nas células mutantes 
micronucleadas. A apoptose pode ser identificada como mor-
te e ou suicídio celular caracterizada, morfologicamente, por 
processos ativos, genes regulados envolvendo condensação 
e fragmentação de DNA. A morte celular não é somente impor-
tante no desenvolvimento embrionário e no desenvolvimento 
Biologia Molecular
51
de tecidos adultos, mas também em crescimento de tecidos 
de tumores. A comparação entre apoptose e necrose é apre-
sentada na Tabela 4. 
A importância da apoptose no organismo é de remover cé-
lulas com problemas funcionais. A maquinaria regulatória da 
apoptose é altamente diferenciada por tecido, para responder 
a diversos agentes estressores. Entretanto, apoptose e ne-
crose são dois caminhos diferentes de morte celular, sendo a 
apoptose regulada por genes FAS, CD 95, FADDS, envolvidos 
na ativação de caspases, processo esse que acontece por 
mecanismos extrínsecos e intrínsecos. A necrose é o ponto 
final das alterações celulares, sendo uma consequência co-
Tabela 4 - Comparações morfológicas e bioquímicas entre 
apoptose e necrose.
Biologia Molecular
52
mum de inflamações, processos degenerativos e infiltrativos e 
de muitas alterações circulatórias. O mesmo agente etiológico 
pode provocar tanto necrose quanto apoptose, sendo que a 
severidade da agressão parece ser o fator determinantedo 
tipo de morte celular.
2.9. REPARO DE DNA
Níveis altos de danos ao DNA podem resultar em vários 
caminhos, tais como a apoptose, que resulta em depleção 
celular, contribuindo para acelerar o envelhecimento. Mani-
pulações genéticas em camundongos sobre os caminhos de 
reparo de DNA indicam que disrupção de caminhos específi-
cos, tais como reparo por excisão de nucletotídeos e recom-
binação não homóloga são mais associados com fenótipos 
de envelhecimento prematuro, tais como reparo por excisão 
de nucleotídeos, sugerindo que o reparo de DNA tem papel 
na modulação da longevidade, possivelmente por disfunção e 
perdas celulares. 
O DNA celular é constantemente exposto a vários citotó-
xicos e a agentes endógenos, de origem espontânea, e exó-
genos (ambientais) que danificam o DNA. Fontes endógenas 
que oxidam o DNA consistem de produtos reativos oriundos 
de peroxidação lipídica e ERO’s formadas como subprodutos 
do metabolismo celular normal. Agregados às mutações em 
genes que ativam proto-oncogêneses ou inativam genes su-
pressores de tumor. Vários estudos sugerem a importância do 
papel de danos oxidativos ao DNA e seu reparo no desenvol-
vimento do câncer. 
Todos os agentes mutagênicos induzem lesões ao DNA 
celular, que podem ser eficientemente reparadas por diferen-
tes mecanismos de reparo. O não reparo ou o reparo incorre-
to leva a alterações cromossômicas. Dependendo do agente 
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53
mutágeno diferentes caminhos de reparo estão envolvidos, 
tais como o reparo por excisão de nucleotídeos (NER), reparo 
por excisão de bases (BER), reparo por recombinação não 
homóloga (NHEJ), recombinação homóloga (HRR) reparo de 
crosslink e anelamento de fitas simples. As quebras de fitas 
duplas de DNA (DSBs) são as lesões genotóxicas com signi-
ficâncias biológicas, que aumentam as quebras e reagrupa-
mentos de cromossomos, com mutagenese e perda crucial da 
informação genética. 
A replicação de DNA celular é um processo vulnerável a 
quebras simples de DNA, que quando não reparadas podem 
ser convertidas em quebras duplas (1). As células de mamífe-
ros respondem às DSBs ativando proteínas na sinalização de 
caminhos de reparo, com eficiência para a maioria das lesões, 
com checkpoint no ciclo celular e podendo, em reparo não 
eficientes, induzir a morte celular.
O reparo por excisão de bases é o mais importante no re-
paro de danos oxidativos induzidos por ERO’s, mas proteínas 
envolvidas no reparo por excisão de nucleotídeos, que são 
mutadas em síndromes humanas, podem ser envolvidas no 
reparo. A recente identificação de doenças humanas relaciona-
das com mutações em genes de reparo para danos oxidativos 
mostra que esses defeitos podem aumentar a incidência de 
câncer, mas também podem causar doenças neurológicas.
Quando as células são expostas a agentes que lesam o 
DNA, genes críticos, a exemplo do gene p53, que atua na pa-
rada do ciclo celular, promovendo um atraso para prover o 
tempo destinado ao reparo do dano antes da síntese replica-
tiva do DNA. Uma disfunção nesses genes e falhas no reparo 
resulta na replicação de lesões mutagênicas, que, em acúmu-
lo, favorecem as mudanças genéticas, incluindo transforma-
ções neoplásicas.
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54
A maquinaria de reparo de DNA é importante na prevenção 
da acumulação de danos ao DNA e protege contra uma varie-
dade de cânceres. A eficiência do reparo de DNA é sugerida 
como um determinante no processo de envelhecimento e de-
senvolvimento de doenças degenerativas tais como o câncer. 
Existem evidências da influência da genética e da dieta sobre 
o reparo de DNA. Vários polimorfismos em genes de reparo, 
por excisão de nucleotídeos (XPD, XPG, XPC) e em reparo 
por excisão de bases (XRCC1, APE1, hOGG1), e em reparo 
de quebras duplas e por recombinação (XRCC3, NBS1), têm 
sido avaliados pelas suas associações com genotoxicidade e 
risco de câncer. 
A perda de reparo devido à redução na detecção do dano 
ou por deficiências nos mecanismos de reparo pode ser obser-
vada em um grande número de doenças genéticas, incluindo o 
câncer. O não reparo de lesões ao DNA ou o reparo incorreto 
pode induzir as mutações que afetam os genes responsáveis 
pelo controle da divisão e diferenciação celular. As alterações 
nos genes podem alterar proto-oncogênese ou inativar os ge-
nes supressores de tumores, o que pode levar à instabilidade 
genética, associado também aos erros na maquinaria de re-
paro de DNA. Numerosos estudos sugerem a importância da 
maquinaria de reparo no câncer, pois altos níveis de estresse 
oxidativos e defeitos em seus reparos têm sido associados 
aos tumores. 
 
 
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REGULAÇÃO DA AÇÃO GÊNICA 
Dario Abel Palmieri
 Licenciado em Genética, Dr., Universidade Estadual 
Paulista Julio de Mesquita Filho, Departamento 
de Ciências e Letras.
e-mail: darioap@assis.unesp.br
Sérgio Emílio dos Santos Valente
Biólogo, Dr., Universidade Federal do Piauí, 
Centro de Ciências da Natureza. 
e-mail: svalente@ufpi.edu.br
 
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REGULAÇÃO DA AÇÃO GÊNICA 
Dario Abel Palmieri
Sérgio Emílio dos Santos Valente
 
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SUMÁRIO
CAPÍTULO 3. REGULAÇÃO DA AÇÃO GÊNICA
 
3.1 REGULAÇÃO DA AÇÃO GÊNICA...................................61
3.2 CONSIDERAÇÕES FINAIS............................................66
 
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Biologia Molecular
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3.1 REGULAÇÃO DA AÇÃO GÊNICA 
Durante o desenvolvimento de um indivíduo adulto, uma 
única célula fertilizada se transforma em um organismo com-
plexo constituído de trilhões de células com centenas de formas 
e funções diferentes. O mecanismo de como é efetuada a re-
gulação da ação gênica em organismos procariontes e em eu-
cariontes unicelulares e multicelulares continua sendo uma das 
grandes questões da Biologia que permanece sem respostas.
Células simples, como por exemplo, uma bactéria, apre-
sentam um elevado número de diferentes proteínas sinteti-
zadas, necessitando de um DNA com mais de 3 milhões de 
pares de bases (pb). Esse DNA se torna pequeno quando 
comparamos ao de outros seres vivos unicelulares eucarion-
tes. Por exemplo, uma bactéria (Escherichia coli) apresenta 
um genoma com 4 milhões pb e 2350 genes no seu cromosso-
mo único. Já a levedura (Saccharomyces cerevisiae) apresen-
ta um genoma com 13 milhões pb e 5200 genes. A quantidade 
de DNA na mosca das frutas (Drosophila melanogaster) é de 
140 milhões pb onde se situam 13000 genes. Já na espécie 
humana, o genoma apresenta 3 bilhões pb e aproximadamen-
te 23000 genes. Resumindo, organismos simples têm menos 
complexidade e menos funções a desempenhar e, portanto, 
necessitam de menor quantidade de informação genética.
Organismos mais complexos geralmente possuem um 
DNA enorme, só que grande parte desse DNA não está envol-
vido na síntese protéica. Nas células humanas, por exemplo, 
somente 2 a 3% do DNA constituem os genes (formados por 
“íntrons” e “éxons”).
Durante muito tempo os pesquisadores acharam que o 
número de genes codificadores de proteínas tivesse maior 
correspondência com a complexidade. Desde então, os ge-
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62
nomas de diversas espécies foram decifrados, e ficou claro 
que a correlação entre número de genes e complexidade é 
duvidosa. O verme nematóide Caenorhabditis elegans (que 
tem menos de mil células) possui 19 mil genes, enquanto os 
insetos possuem aproximadamente 13 mil genes e os seres 
humanos cerca de 22 mil genes. 
Além disso, a quantidade de DNA de um organismo não 
corresponde exatamente à sua complexidade. Por exemplo, 
alguns anfíbios possuem cinco vezes mais DNA que os ma-
míferos. 
Uma bactéria é um organismo unicelular que necessita 
produzir todas as enzimas necessárias para o seu metabolis-
mo por meio da ativação de seus genes. Apesar de possuirem 
uma quantidade de DNA e genes bem menor que as células 
eucariontes, não são capazes de produzir todas as suas enzi-
mas ao mesmo tempo.
Já organismos