Genética Molecular

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Genética Molecular 1
Genética Molecular
Identificação do Material Genético
1866: Mendel - segregação de fatores hereditários
Material de estudo = ervilhas
Vantagens: ciclo de vida curto, fácil cultivo, flores completas
Caracteres escolhidos: cor da semente, textura da semente, forma da vagem, cor da vagem, altura da planta, cor da casca da 
semente, posição das flores
Utiliza metodologia cientifica
Foi pouco valorizado na época devido a língua que publicou (alemão) e também porque não se conhecia o cromossomo e o 
DNA
1900: redescoberta de Mendel
Partia sempre de uma geração parental (homozigotas) e cruzava (geração F1) = 100% de híbridos
Autofecundação da F1 = geração F2 = 3 genótipos diferentes e 2 fenótipos
Lei da Segregação: cruzou amarelo com verde, obteve 100% amarela e depois cruzando duas amarelas teve 3/4 amarelas e 1/4 
verde
‘’No híbrido, durante a formação dos gametas, os fatores hereditários (alelos) para uma característica segregam-se, indo para 
diferentes células filhas’’
Lei da Segregação Independente: trabalha com duas carcaterísticas determinadas por dois pares de alelos/genes ao mesmo 
tempo - o que acontece com o gene A não interefere no gene B
‘’No híbrido, quando dois pares de fatores hereditários são analisados, estes distribuem-se independentemente para as células 
filhas’’
Genética Molecular 2
Histórico
1868: Miescher - estudo de células de pus = nucleína
1868: Altmann - nucleína tem propriedades ácidas = ácidos nucleícos
1900: Kossel - ácidos nucleicos = fosfato + pentose + base nitrogenada
1900: Ascoli, Leneve e Jones - distinção entre DNA e RNA
1928: Griffith → transformação em Diplococcos pneumoneae
Trabalha com duas linhagens da bactéria: patogênica (colônias circulares - tem uma proteína ao redor) e não patogênica (forma 
irregular) - inoculava as bactérias em camundongos
Patogênica → camundongo morre
Não patogênica → vive
Patogênicas aquecidas → vive
Patôgenicas aquecidas + não patogênicas → morre
Patogênicas mortas: princípio transformador → transformava as não patogênicas em patogênicas
Genética Molecular 3
1937: Feulgen - técnica de coloração específica para o DNA
1944: Avery, MacLeod e McCarthy - continuação de Griffith → DNA = princípio transformador = material genético
Transformação acontecia mesmo sem proteína e RNA, ou seja, não podiam ser o princípio transformador
Ao eliminar o DNA, não ocorria a transformação - determinando que o DNA = princípio transformador
As bactérias ao serem aquecidas, tinham suas estruturas degradadas - as não patôgenicas se alimentavam dessas estruturas, 
entre elas o DNA, que seria incorporado e passaria a produzir a proteína ao redor da célula
1952: Harshey e Chase - confirmação do DNA como material genética pelo uso de bacteriófago T2
A proteína dos vírus ficava pra fora da bactéria, já com um fósfororadiativo, a radiação ficou dentro das bactérias → mostrando 
que o DNA que leva a informação para a ‘’criação’’ de novos vírus
DOGMA CENTRAL DA BIOLOGIA MOLECULAR
DNA é o material genético
Ele é responsável por se autoduplicar
Contém as informações para gerar as características
Genética Molecular 4
1953: Watson e Crick - DNA = dupla-hélice
Chargaff → A=T e C=G
Wilkings e Franklin → DNA = molécula longa linear e de diâmetro constante
1957: Frankel-Contrat e Singer → RNA = material genético em vírus TMV (tabaco)
Fora os vírus, todos os seres vivos possuem DNA material genético
Alguns vírus tem DNA como material genético
Alguns vírus conseguem fazer RNA → DNA: transcriptase reversa nos retrovírus
RNA catalítico: tem a capacidade de se autoreplicar - com o metabolismo de uma célula hospedeira
OBS: vírus não possuem células ou metabolismo, mas tem material genético e é capaz de reprodução, além de poderem sofrerem 
evolução → argumentos para considerar os vírus seres vivou ou não
Genética Molecular 5
1982: Prusiner → Prions: pequena partícula proteíca infecciosa causadores de um grupo de doenças, sem capacidade de 
autoduplicação - ex: doença da vaca-loca, encefalopatias espongiformes (degeneração de tecido nervoso)
ds = double strand / ss = simple strand / (+)= o próprio RNA já dá origem a proteína / (-) = passam por processo de RNA para formar outra fita de RNA 
para formar a proteína
Genética Molecular 6
Estrutura do Material Genético
Ácidos Nucleicos
Macromoléculas - de modo geral, pelo menos para o DNA
Polímero - moléculas com unidades repetitivas
Fitas polinucleotídeas
Nucleotídeo = PO4 + Pentose + Base Nitrogenada
Pentose = Ribose (RNA) OU 2-desoxirribose (DNA)
Única diferença entre os tipos de pentose é uma hidroxila (ribose tem uma a mais no C2)
C1’ - onde se liga a base nitrogenada
C3’ - é através dele que o os grupos fosfatos se ligam
C5’ - onde se liga o fosfato
Obs: quando é da pentose, usamos o ‘ para numeração de carbonos
Bases Nitrogenadas: citosina, guanina, adenina, timina (DNA) e uracila (RNA)
Pirinas: 1 anel de carbono e hidrogênio
Purinas: 2 anéis de carbono e hidrogênio
Células humanas produzem príons normais, ao ter a aproximação com o príon alterado, há a transformação do príon normal para o alterado
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RNA X DNA
RNA: uma fira polinucleotídea
DNA = duas fitas polinucleotídicas
Núcleotídeos unem-se por ligações fosfodiéster dentro da mesma fita (unição entre os carbonos 5’ e 3’)
No DNA, as duas fitas unem-se através das bases nitrogenadas por Ligações (Pontes) de Hidrogênio
Histórico
DNA = dupla hélice → Watson e Crick, 1953
A=T e C=G → Chargaff
Difreção de Raios X → Wilkings e Franklin
Dupla hélice = duas fitas complementares (ligações de H) e anti-paralelas (em sentidos contrários)
Genética Molecular 8
Funções do Materia Genético
A estrutura de dupla hélice se encaixa muito bem todas as funções necesárias que o DNA realize
Cópia de segurança (complementar)
Molécula hidrofílica na parte externa, deixando a informação mais protegida
Ligações de hidrogênio → grande união das fitas
Replicação (Síntese de DNA)
Objetivo: duplicar para dividir a informação genética para células filhas
Ocorre no núcleo (DNA protegido pela membrana nuclear) 
Nas bactérias: nucleoide
Durante a fase S da Intérfase
As outras formas de DNA ocorrem em alguns ambientes celulares - a mais 
comum é a B
Genética Molecular 9
Na interfase o DNA está esticado. É onde é possível ler a informação. Durante a mitose ou meiose, o DNA se condensa e não é 
possível fazer a leitura e a replicação. No entanto, a síntese de RNA ocorre na fase G1 ou G2, dependendo o tipo de gene, já que 
não é possível fazer a transcrição enquanto o DNA estiver sendo formado. 
Depois da fase G2, ao iniciar a prófase, as cromátides irmãs vão se condensando e atinge o máximo de condensação na metáfase. 
Isso ocorre para organizar o material genético e a separar as cromátides, que ocorre na anáfase. Na telófase tem-se novamente 
uma cromátide e inicia-se a fase G1 novamente.
Hipóteses para Replicação
Semi-conservativo
Genética Molecular 10
Conservativa: a partir de uma dupla hélice antiga formar duas novas, onde uma é a própria dupla hélice original e a outra é 
totalmente nova
Semiconservativa: separa-se as fitas, cada fita antiga dá origem a uma nova
Dispersiva: pega um dupla hélice antida e forma-se duas novas duplas hélices - existem pedaços novos e antigos intercalados 
- o DNA novo fica disperso no antigo
Experimento de Meselson e Sthal (1956)
Cultivo de E. coli por várias gerações em meio N15
Transferência para meio N14
Observações do DNA nas gerações seguintes
Se o DNA só tem N15 ele vai para o fundo do tubo. Se o DNA tiver só N14, ficará mais voltado para a superfície. A ideia era provar 
qual das três hipóteses ocorria na replicação → aceita então a teoria semi-conservativa
Na primeira geração: se a hipótese conservativa fosse a hipótese correta, esperaria visualizar duas faixas, uma leve com N14 
e uma pesada com N15, no entando observa-se uma única faixa intermediária (teoria semi-conservativa)
Na segunda geração: ao fazer areplicação separa as duas fitas, uma ficará intermediária e outra só com N14, que é o novo 
DNA. As quantidades de DNA intermediário e leve só com N14 serão as mesmas. Na dispersiva, as moléculas filhas teriam 
quantidades variáveis de nitrogênio. As quantidades intermediárias iriam variar também. Não ficaria concentrado em uma faixa 
única.
Características da Replicação
Sentido 5’ → 3’
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Complementar e anti-paralela
Principais enzimas:
Helicases = cortam as pontes de hidrogênio → a parte que ainda não está separada fica mais torcida, como o DNA é 
muito longo, em determinado ponto isso vai ser dificultado, para isso servem as girases
Giracases (Topoisomerases) = desenrolam a dupla-hélice antiga
Primase = forma primers (RNA iniciador) - pedaçoes de fita nova pois a DNA polimerase não consegue começar do 0
DNApolimerase = principal enzima, promove ligações fosfodiéster e pontes de hidrogênio - pega vários nucleotídeos 
isolados e vai os ligando, segue a ordem da fita antiga e tem a responsabiliadade de revisar e corrigir erros → existem 
vários tipos, cada um com sua função (obs: também retira primers e coloca DNA novo)
DNAligase = une fragmentos de DNA, já que várias replicações estão acontecendo ao mesmo tempo, criando esses 
fragmentos
Replicação contínua e descontínua (fragmentos de Okazaki)
Equanto uma das fitas é feita de forma contínua pois segue a ordem de formação do DNA (5’-3’), a outra linha é formada 
descontínua (em fragmentos), pois vão contra a ordem de formação (3’-5’), e a DNA ligase ligará esses fragmentos tbm
A proteína de ligação ao DNA (SSB) deixa a fita reta para a replicação
Ação da proteína SSB
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https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwig9cPX1d72AhWSg5
UCHaMtB6UQyCl6BAgDEAM&url=https%3A%2F%2Fwww.youtube.com%2Fwatch%3Fv%3DTNKWgcFPHqw&usg=AOvVa
w2KcxuzRbjNdHO4j1mOLHmA
Transcrição (Síntese de RNA)
Objetivo: formar molécula de RNA, as quais são fundamentais para síntese de proteínas
Ocorre no núcleo durante a Intérfase (G1 e G2 principalmente)
Actinomicina
Fármaco que atrapalha a transcrição
Efeito Bacteriostático - impede multiplicação de bactérias
Intercala entre as bases nitrogenadas, interrompendo a formação de RNA
Características da Transcrição
Sentido 5’ - 3’
Complementar e anti-paralela (lembrando da mudança de bases entre DNA e RNA)
A transcrição ocorre em trechos do DNA apenas → existem regiões codificadoras (genes) e não-codificadoras (DNA lixo, DNA 
junk)
Apenas 10% do nosso DNA corresponde a genes
Principal enzima: RNApolimerase → promove ligações fosfodiéster e pontes de hidrogênio (entre DNA e RNA)
Não necessita primer para iniciar o processo
Apenas uma das fitas será transcrita, dependendo de cada gene → a fita utilizada para a formação de proteína vai ser 
chamada de DNAmolde ou DNAsense ou DNAanti-sense (depende do autor)
Replicação bidirecional de uma molécula circular de DNA bacteriano
Link: https://www.google.com/url?
sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwig9cPX1d72AhWSg5UCHaMtB6UQyCl6BAgDEAM&url=https%3A%2F%2Fwww
https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwig9cPX1d72AhWSg5UCHaMtB6UQyCl6BAgDEAM&url=https%3A%2F%2Fwww.youtube.com%2Fwatch%3Fv%3DTNKWgcFPHqw&usg=AOvVaw2KcxuzRbjNdHO4j1mOLHmA
https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwig9cPX1d72AhWSg5UCHaMtB6UQyCl6BAgDEAM&url=https%3A%2F%2Fwww.youtube.com%2Fwatch%3Fv%3DTNKWgcFPHqw&usg=AOvVaw2KcxuzRbjNdHO4j1mOLHmA
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Tipos de RNA
RNAhn (heterogêneo nuclear) = préRNAm ou RNApercursor → possui regiões codificadoras (exons) e não-codificadoras 
(introns) - restrito ao núcleo e só presente em eucariontes
RNAm → contém apenas regiões codificadoras (exons), leva a informação do DNA (núcleo) para os ribossomos (citoplasma)
Splicing (Processamento): processo no qual os íntrons são retirados do RNAhn
Existem sequências de delimitação de exons e ions
Pode haver splicing alternativa, onde as sequências de delimitação podem não ser reconhecidas e alguns exons podem 
ser retirados e ions permanecem
RNAt = carrega aminoácidos → a ‘’receita’’ é dada pelo RNAm
Alça intermediária: possui os anticódons que vão reconhecer os códons (sequência de 3 bases nitrogenadas)
Extremidade 3’: onde se liga o aminoácido
Mature mRNA = RNAmensageiro
Genética Molecular 14
RNAr = forma os ribossomos juntamente com vários tipos de proteínas
Como ocorre?
Início da Transcrição = sítio promotores
Sequências de consenso: TATAbox na extremidade 3’ do DNAsense
Códon de iniciação: 5’AUG3’ (DNA = 5’ATG3’) ou 5’GUG3’
Fim da transcrição = códon de término
5’UAA3’; 5’UAG3’ e 5’UGA3’
Bactéria
Genética Molecular 15
Terminas Cap 5’ (7-metil-guanosina) → serve para a ligação do mensageiro com o ribossomo, direcionando a tradução de 5’ 
para 3’
Na extremidade 3’ temos a cauda poliA, contendo adenina → serve como proteção para RNA mensageiro ao sair do núcleo 
contra degradação enzimática
Tradução (Síntese Proteica)
Estrutura Proteica
Primária = polipeptídio = sequência linear de aminoácidos unidos por ligações peptídicas
Secundária: polipeptídio forma hélices, dobras
Terciária: as hélices dobram-se formando estruturas enoveladas ou globulares
Quartenária: formada pela união de duas ou mais estruturas terciárias, podendo ter associação de átomos e moléculas além 
dos aminoácidos
O filamento não molde de DNA é basicamente igual ao filamento sense de RNA, com a mudança de T para U
Genética Molecular 16
Aminoácido - um carbono central ao qual se unem: hidrogênio, grupo amino (NH2), grupo carboxil (COOH) e cadeia lateral 
(diferencia um aminoácido do outro)
Apenas 20 aminoácidos são responsáveis pela composição de várias estruturas
Grande maioria vem da nutrição → quebra de aminoácidos de outras espécies para síntese de novos
Ligação peptídica: grupo carboxil de um aminoácido une-se ao grupo amino do aminoácido adjacente - libera uma molécula de 
água para a junção
Etapas da Tradução
Ativação do aminoácido: aminoácido + ATP = aminoácido ativado + PP
Ligação do aminoácido ativa ao RNAt (antes não conseguia) → aminoácido ativado + RNAt = aminoácido-RNAt + AMP
Montagem do polipeptídeo
Unição do RNAm à subunidade menor do ribossomo
Genética Molecular 17
Ligação entre o 1º códon (5’ AUG 3’ ou 5’ GUG 3’) do RNAm e o anticódon do 1º RNAt (trazendo o 1º aminoácido = Met) - 
fatores proteicos de início
União da subunidade maior do ribossomo para iniciar a leitura do restante do RNA; o próximo tRNA, que se posicionar 
corretamente no spitio A, aproxima o seu aminoácido daquele que ocupa o sítio P e ocorre ligação peptídica entre ambos
Chegada do 2º RNAt ao RNAm, trazendo o 2º aminoácido
Ligação peptídica entre o 1º e o 2º aminoácido
Deslocamento do ribossomo no RNAm (fatores proteicos de alongamento) para ler o códon seguinte
No ribossomo identificamos como Sítio Peptidil (Sítio P – onde está a cadeia polipeptídica) a região onde está ligado o 
RNAt com a cadeia de aminoácidos e Sitio Aminoacil (Sítio A – onde chega o RNA trazendo um novo aminoácido) a região 
do códon livre, onde deve chegar o próximo RNAt trazendo o próximo aminoácido
Repetem-se as etapas de chegada de novos aminoácidos, ligações peptídicas e deslocamento do ribossomo, até que o 
ribossomo encontre na extremidade 3 ́do RNAm um códon de término (5 ́ UAA 3 ́ ou 5 ́ UAG 3 ́ ou 5 ́ UGA 3 ́).
Ao códon de término unem fatores proteicos de término, os quais impedem a leitura de nucleotídeos localizados além 
deste códon. São eles = UAG, UGA E UAA.
As unidades do ribossomo, o RNAm, o RNAt, o polipeptídeo desagregam-se, podendo o mesmo RNAm ser lido por outros 
ribossomos
Código Genético
Tabela que relaciona os códons (trincas de nucleotídeos) do RNAm com os aminoácidos polipeptídeos
Genética Molecular 18
Existem 64 códons diferentes 
São necessários 3 nucleotídeos para o RNAt ligar-se ao RNAm
Com trincasde nucleotídeos são possíveis 64 combinações (4³ = 64) que é o número de combinações mínimo mais 
próximo para explicar os 20 aminoácidos
Pois é assim que o RNAm se liga ao RNAt
Foi decifrado através da construção de RNAm sintético - confirma que é lido de 3 em 3
Características do Código Genético
A unidade do código genético é o códon, a sequência de 3 nucleotídeos no RNAm
Não possui vírgulas - todos os nucleotídeos do RNAm são lidas sem interrupção
Possui ponto inicial → códons de ínicio no RNA: 5’ AUG 3’ ou 5’ GUG 3’
Possui ponto final → códons de término: 5’ UAA 3’ ou 5’ AUG 3’ ou 5’ UGA 3’
Não é sobreposto - todos os nucleotídeos são lidos, mas apenas uma vez 
Não é ambíguo - cada códon codifica apenas um aminoácido → única ambiguidade é AUG, no meio codifica Met
É degenerado - os aminoácidos podem ser codificados por mais de um códon, maior parte das degenerações ocorrem na 
última letra - em princípio Met e Trp só podem ser codificados por um códon (GUG quando no começo codifica Met)
É colinear - a ordem dos códons determina a ordem dos aminoácidos
É universal - a codificação dos aminoácidos é a mesma para qualquer espécie, mas não é absoluto (na mitocôndria e nas 
bactérias, alguns códons podem ser interpretados de forma diferente)
Mutação
Xeroderma Pigmentoso
Distúrbio autossômico recessivo
Incidência = 1/250.000 
Células da pele extremamente sensíveis a UV
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Ausência de enzimas reparadoras do DNA para mutações decorrentes da exposição ao sol
Alto risco de desenvolvimento de CA de pele - facilita outras mutações ao decorrer da vida da pessoa
Heterogeinidade genética = mais de uma possível causa genética para um mesmo fenótipo (vários genes/mutações diferentes 
podem levar a mesma doença)
Conceito: ‘’qualquer alteração que ocorra, ao acaso, no material genético (DNA)’’
Falhas nas fases de tradução e transcrição não são consideradas mutações, por terem poucos efeitos ou efeitos duradouros. A 
mutação será uma falha no processo de replicação do DNA, isso sempre irá gerar RNA alterada e proteína alterada.
Polimorfismo = fato de um gene apresentar duas ou mais variantes, causadas por mutações, com frequência >1% → usado na 
clínica como uma mutação com resposta neutra, já a mutação mesmo seria uma doença - não há consenso de conceito
Importância: fator evolutivo responsável por CRIAR variabilidade, essencial para a sobrevivência das espécies
Principais tipos de polimorfismo
Genética Molecular 20
Consequências da Mutação:
Neutra → não selecionada
Ex: tipagem sanguínea
Vantajosa → seleção positiva
Deletéria → seleção negativa
Classificação da Mutação
1. Quanto à quantidade de material alterado:
Cromossômicas
Estruturais: fissão, fusão, deleção, duplicação, transposição, inversão paracêntrica, inversão pericêntrica, translocação
Numéricas: euploidias e aneuploidias
Gênitas (de Ponto) - alteram apenas uma letra (um nucleotídeo) no DNA
Quantitativa: adição e deleção
Qualitativa: substituição
2. Quanto ao tipo de base nitrogenada substituída
Transição: troca de nucleotídeos com base de mesmo grupo
Transversão: troca de nucleotídeos com bases de grupos diferentes
3. Quanto à causa
Espontâneas: sem causa determinada
Induzidas: com causa conhecida
4. Quanto ao efeito
Morfológica: modifica o fenótipo em sua forma → nanismo
Bioquímico: modifica o fenótipo em seu metabolismo → fibrose cística
OBS: para ocorrer efeito morfológico, deve haver efeito bioquímico - faz mais sentido para bactérias
5. Quanto às célula em que ocorrem
Somáticas: ocorrem em qualquer célula não germinativa - exclusiva do indivíduo
Germinativas: ocorre em células que originam gametas - pode prejudicar descendentes
Efeitos das Mutações
Genética Molecular 21
Efeitos da Adição ou Deleção (INDELS) → mudança na matriz de leitura do DNA = alteração do número e dos tipos de 
aminoácidos, além da perdo do códon de término
Efeitos da Substituição (SNPs)
Mutação Sinônima (ou silenciosa): troca nucleotídeos no DNA, mas não troca aminoácidos na proteína
Mutação não Sinônima (de Sentido Errado): troca de nucleotídeos e de aminoácidos
Mutação sem Sentido: troca de nucleotídeos formando um códon de fim no RNAm
Agentes Mutagênicos
Qualquer fator físico, químico ou biológico que pode alterar o código genético de um indivíduo
Biológicos: vírus → HPV e câncer de colo de útero
Químicos: componentes químicos de pesticidas, medicamentos, corantes, reagentes 
Bases análogas: 
5-bromouracil = timina
Genética Molecular 22
2-aminopurina = guanina
Ácido nitroso:
Desaminação de bases
Etil-etano-sulfonato e hidrazina:
Perda de bases nitrogenadas
Intercalantes de DNA:
Acridina laranja
Físicos: radiações
Não ionizantes: raios UV → comprimento de onda longo, ou seja, atinge apenas tecidos superficiais
Ionizantes: raios X e raios Gama → comprimento de onda mais curto, ou seja, conseguem atravessar o tecido atingindo 
tecidos profundos
A capacidade de provocar mutações dependem de alguns fatores: quantidade de contato, tempo de exposição e número de 
exposições - isso vale tanto para agentes químicos quanto para físicos
Mutação em Bactérias e a Resistência a Antibióticos
As mutações bacterianas acontecem com ou sem uso do antibiótico, a resistência acaba sendo um resultado dessas mutações, 
mas de forma natural. Quanto mais multiplicação bacteriana, maior o risco de mutação
Os antibióticos servem para a seleção das bactérias resistentes, mas não é ele a a causa de tal mutação
Base Molecular da Mutação
Tautomerismo: moléculas se expressam por fórmulas estruturais diferentes, o que pode levar à mutação - isso pode acontecer por 
fatores biológicos, químicos e físicos
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As principais alterações químicas em nucleotídeos são:
Desaminação de bases
Perda de bases - nucleotídeo incompleto
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Formação de dímeros de piramidinas - se pareiam entre si, formando falhas na replicação
Mecanismos de Reparo de DNA
Reparo dependente de luz (fotorreativação) → DNAfotoliase
Reparo por excisão → de bases ou de nucleotídeos
Endonuclease de reparo
DNApolimerase
DNAligase
Outros mecanismos: malpareamento, pós-replicação, resposta SOS
Regulação Gênica
Conceito: é o processo responsável pela ativação ou inativação de genes
Em um organismo pluricelular, com células diferenciadas morfo-funcionalmente, a regulação gênica explica por que temos 
diferenças entre os vários tipos celulares, se o material genético em todas as células é o mesmo
Além disso, existem genes que só se expressam em determinados momentos, por exemplo, genes que só estão ativos 
durante a embriogênese, mas são inativos no adulto - existem genes que se ativos durante a fase adulta, podem causar 
tumores
HOMEOBOX: genes ativos apenas durante a embriogênese - sequências homólogas
Genética Molecular 25
Existem também genes que podem estar ativos em dois ou mais tipos celulares, mas que em uma célula encontram-se 
mais produtos gênicos (RNAm e polipetídeos codificados pelo gente) do que em outra célula, ou seja, cada tipo celular usa 
um grupo específico de genes, os genes ativos em cada tecido variam
Regulação Gênica em Procariontes
Modelo do Operon, Jacob e Monod, 1960
Componentes do modelo
Indução (OPERON-Lac)
Repressão (OPERON-Trp)
Componentes do Modelo
OPERON = genes estruturais + promotor do Operon
Promotor: região de um gene (um pedaço do DNA) que determina o início da transcrição, através da interação com a RNA 
polimerase. É a partir do promotor que está o gene interessante a ser inscrito. Todos os genes possuem um promotor. Caso 
contrário, não seriam transcritos. Nos procariontes é comum mais de um gene dividir o mesmo promotr e serem 
transcritos juntos.
Jacob e Monod: entre o promotor e os genes deveria existir o Operador
Operador: sítio de ligação das proteínas reguladoras. 
Ativadores: posicionam-se próximo ao promotor e recrutam ou ajudam a RNA polimerase a ocupar o promotor para iniciar 
a transcrição do gene
Repressores: posicionam-seno operador e interferem fisicamente, impedindo a ligação da RNA polimerase com o 
promotor ou a sua movimentação ao longo da cadeia de DNA
Molécula efetora: efetua a atividade gênica, ativa ou inativa os genes (indutor ou co-repressor) 
Indução
Proteína repressora sozinha e genes inicialmente inativos
Genética Molecular 26
A molécula efetora que funciona como indutora. O indutor se liga ao repressor e o inativa. Dessa forma, ele se desliga do 
sítio operador. Ao fazer isso, repressor se desliga e a RNA polimerase consegue se ligar e fazer a transcrição. 
Na ausência de lactose (os genes que quebram a lactose estão desativados) a célula estará sempre produzindo repressores 
que, por sua vez, tem alta afinidade pelo operador. Assim, ao se ligarem, operador + repressor atrapalham fisicamente a 
transcrição dos genes de lactase. 
Na presença, a lactose se associa ao repressor no seu sítio alostéricos e ele perde a afinidade pelo operador. Agora, a RNA 
polimerase pode se ligar ao promotor e transcrever os genes da lactase. Esse operon é ativado na presença de lactose 
desde que a glicose não esteja presente no ambiente
O Operon Lac é composto de 3 genes: lacZ, lacY e laca. Cada gene desse, quando transcrito, dá origem a uma proteína que, 
juntas, atuam como enzima no metabolismo da lactose. 
Permease: facilita a entrada rápida de lactose sem tanto gasto de energia
Repressão
Genes ativos inicialmente, mas que serão desligados
Serão desligados quando surge a molécula efetora que funcionará como co-repressor, se liga ao repressor e juntos inativam o 
sítio
Operon Trp (deve existir um equilíbrio entre o consumo e a produção de triptofano)
5 genes envolvidos na síntese do triptofano que resultam em 3 enzimas → quando há excesso de triptofano, esse age 
como co-repressor, que se liga ao repressor e bloqueiam o sítio operador até que acabe o triptofano e o que está ligado ao 
repressor será ‘’comido’’, liberando os genes para produzir mais triptofano
Genética Molecular 27
Comparativo
Enzimas envolvidas em anabolismo funcionam geralmente sob repressão, já genes envolvidos em catabolismo são regulados, 
geralmente, por indução
Regulação gênica em Trypanosoma brucei
Nagana = doença do sono
Há dificuldade de tratamento
Existem vários genes capazes de codificar a membrana, mas não ativados ao mesmo tempo - ou seja, o sistema imune 
combate um tipo, depois outro e depois outro - tendo uma dificuldade de reconhecer as diferentes proteínas que codificam a 
membrana, assim mais cepas conseguem sobreviver ao sistema imune
Glicoproteínas variáveis de Superfície (VSG)
Regulação Gênica em Eucariontes
Os genes são regulados no tempo e no espaço
Diferença: presença da membrana celular → nas bactérias a transcrição e a tradução ocorrem quase juntas
Genética Molecular 28
A transcrição é o principal evento envolvido na regulação
O tempo médio de vida dos RNAm também influencia a regulação (cauda poli A - cap 5’)
1. Splicing Alternativo: para que haja o splicing, ligações fosfodiéster nas fronteiras éxoníntron são rompidas e novas ligações 
fosfodiéster entre dois éxons são formadas; o processamento, ou splicing, alternativo é regulado por proteínas que se ligam a 
sítios ativadores – proteínas SR – e repressores – as ribonucleoproteínas nucleares heterogêneas (hnRNPs). Os ativadores 
atuam nos amplificadores de splicing exônico (ESE) e os repressores nos silenciadores de splicing exônico (ESS). As 
condições e necessidades fisiológicas de diferentes células/tecidos controlam a expressão das proteínas reguladoras. 
Proteínas silenciadores ligam-se aos sítios ESS mas não possuem atividade de recrutar a maquinaria de processamento 
(snRNPs). Ao contrário, acabam bloqueando os sítios de processamento que não são percebidos pelos spliceossomos. Desde 
modo, quando uma hnRNPs atua sobre um éxons, ele fica excluído do mRNA.
2. Condensação Cromossômica: a remodelagem da cromatina é necessária para que o aparato enzimático de síntese proteica 
acesse o DNA enovelado em histonas. Quando os genes estão enrolados, o seu promotor fica “escondido” e a transcrição é 
reprimida. Os remodeladores de cromatina removem as histonas ou apenas deslocam o nucleossomo ao longo da molécula, 
liberando o sítio promotor do gene. Então, os fatores de transcrição associam-se ao promotor e recrutam a RNA-polimerase e 
outros fatores, bem como o complexo mediador. Com isso, ocorre a ativação e a transcrição do gene é iniciada. À medida que 
a maquinaria de síntese proteica se desloca sobre a dupla-hélice, o DNA já transcrito é novamente enrolado em histonas e os 
remodeladores de cromatina seguem desenrolando as histonas à frente. Além de uma barreira física para o acesso das 
enzimas, as histonas também possuem sinalização molecular que regula a expressão gênica. As histonas possuem alguns 
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aminoácidos que não fazem parte da estrutura central do nucleossomo, sendo chamados de “cauda de histona”. As 
caudas sofrem reações químicas de adição de grupos metil e acetil que funcionam como sinalizações moleculares
Metilação de histonas e DNA: a metilação geralmente desliga os genes, portanto os genes que não estão sendo transcritos 
ficam metilados. Onde tiver grupos metil na cauda das histonas, a cromatina vai estar bem condensada. Isso ocorre, pois, a 
adição de grupos metil recruta a enzima HDAT, que remove a sinalização de grupos acetil. Já na ausência de grupos metil, a 
enzima HAT atua adicionando grupos acetil. Não existe grupos metil e grupos acetil na mesma cauda, uma vez que eles têm 
objetivos opostos. Além de estar presentes na causa das histonas, o grupo metil também pode estar presente na fita de DNA. 
Lá, ele pode causar relaxamento da cromatina. Portanto não se pode generalizar o processo de metilação e dizer que ele 
sempre causa a condensação da cromatina.
Acetilação de Histonas: quando o DNA está acetilado, promove um afastamento dos nucleossomos. O DNA se estica mais. O 
DNA mais esticado pode sofrer transcrição ou os genes podem estar ativos. Ao retirar o grupo acetil, promove uma 
condensação do DNA e ele dessa forma acaba tendo mais genes inativos. A ligação de grupos acetil nas histonas, pela enzima 
HAT (histona acetiltransferase) faz com que a cromatina fique mais relaxada, pois a acetil faz com que o DNA perca afinidade 
pelas histonas. Quando a cromatina fica mais relaxada, o DNA entende que naquele lugar existe um gene disponível para ser 
expresso. São os ativadores, entretanto, que iram realmente determinar que se o gene será transcrito ou não. Quando a 
cromatina é relaxada, os remodeladores de cromatina atuam sobre as histonas e liberam o promotor, fazendo com que o gene 
fique expresso. A enzima HDAT é a histona desacetilase; ela remove os grupos acetil e causa o fechamento da cromatina, 
impossibilitando a transcrição. Células tronco são livres desse tipo de marcação, pois podem expressar qualquer gene. Uma 
célula adulta, como a célula hepática, por exemplo, tem todos genes deligados, menos os úteis para uma célula hepática
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3. Facilitadores (’aumentadores’, incentivadores) de transcrição → controle positivo: Aumento da taxa de transcrição. 
Exemplos: dedo de zinco (íons zinco formam alças. Isso sendo formado próximo ao sitio promotor aumenta a taxa de 
transcrição. Tem-se, ainda, hélice-volta-hélice, zíper de leucina e hélice-alça-hélice. Alterações na estrutura do cromossomo 
relacionadas com o DNA esticado para tornar o gene mais ativo.
4. Bloqueadores de Transcrição e de Tradução (’Silenciamento’ por siRNA) → Controle negativo: pode funcionar por: 
clivagem de RNA; inibição de tradução; silenciamento transcricional.
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5. Modificações da estrutura cromossômica