Apostila bioinformática

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Bioinformática 
Aula 1: Introdução à Bioinformática 
O que é Bioinformática? 
Definir Bioinformática não é uma tarefa simples, mas de forma 
generalista, podemos dizer que é uma ciência que usa 
ferramentas computacionais para estudar informações biológicas. 
Essas ferramentas são programas desenvolvidos com objetivos 
de ajudar a quantificar, simplificar e integrar os dados que 
obtemos de experimentos na bancada usando DNAs, RNAs e 
proteínas. Dessa forma, os resultados podem ser organizados, e 
nossas conclusões obtidas de forma mais simples e rápida. 
 
Exemplo 
Pense no seu guarda-roupas. Imagine se ele estivesse perfeitamente 
organizado, se você soubesse quantas opções você tem de blusas, 
casacos, calças e sapatos, e claro, onde elas estão guardadas 
exatamente. Ficaria muito mais fácil combiná-los e escolher o look do dia, 
não é mesmo? Agora, suponha que exista um robô fazendo tudo isso 
para você: Contando, organizando e combinando tudo. 
Na Bioinformática, o robô são as inúmeras ferramentas computacionais e 
as roupas são os resultados de experimentos com moléculas biológicas. O 
resultado e a conclusão do trabalho do bioinformata podem ser 
comparados ao look do dia. 
 
Essa área da ciência, ainda pouco conhecida pela população em 
geral, tem contribuído muito para grandes avanços no campo 
da saúde. 
 
O exemplo mais marcante quando se trata de Bioinformática é 
o Projeto Genoma Humano, um projeto audacioso que começou 
no final dos anos 1980, liderado pelo Departamento de Energia 
do Instituto Nacional de Saúde dos Estados Unidos. 
O principal objetivo desse projeto foi determinar a ordem das 
bases nitrogenadas (A, T, C e G) do todos os cromossomos 
humanos. 
Considerando que o nosso Genoma1 genoma soma mais de 3 
bilhões de bases nitrogenadas enfileiradas, isso não parece uma 
tarefa fácil, não é? É aí que entra a Bioinformática! 
Depois de extrair o DNA do núcleo das células de seres 
humanos e colocá-lo em uma máquina que devolve como 
resultado uma verdadeira sopa de letrinhas, as ferramentas 
computacionais são usadas para colocá-las em ordem e 
descobrir que informações essas bases nitrogenadas ordenadas 
trazem. E como isso mudou nossa vida? Hoje, nós já 
conhecemos algumas partes do nosso DNA que estão 
relacionadas a várias doenças, como câncer de mama, doenças 
musculares, surdez e cegueira. 
 
A Bioinformática vem ajudando a revolucionar a forma como as 
doenças são diagnosticadas, tratadas e prevenidas. E acredite, 
esse é apenas um exemplo entre várias outras aplicações dessa 
poderosa área da ciência! 
 
A Bioinformática pode ajudar a responder muitas perguntas 
biológicas, tais como: 
• O que longas sequências de As, Ts, Cs e Gs em fileira 
significam? 
• Como vou saber a função biológica de uma nova proteína 
descrita? 
• Qual o formato de uma proteína se eu sei apenas a ordem 
dos aminoácidos dela? 
 
O principal objetivo da Bioinformática é descobrir como as 
coisas vivas funcionam, e os bioinformatas são profissionais que 
buscam construir e utilizar ferramentas computacionais para 
alcançar esse objetivo. 
 
Áreas do conhecimento envolvidas com a Bioinformática 
Se uma das missões da Bioinformática é desenvolver 
ferramentas computacionais que atendam objetivos biológicos, já 
é de se esperar que ela misture diferentes áreas do 
conhecimento. Isso é superatual, pois estamos falando em unir 
http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0270/aula1.html
várias tribos diferentes para pensarem juntas! Nesse sentido, 
podemos incluir a Biologia Molecular, Estatística, Matemática e 
Computação, principais grandes áreas do saber envolvidas no 
processo. Cada uma contribui com uma habilidade especial. 
Podemos dizer que a Bioinformática se trata de uma área 
interdisciplinar. 
O bioinformata tem muitas opções de atuação. Ele pode seguir 
para a área acadêmica, atuando como professor, além de poder 
trabalhar como pesquisador, presente nas universidades e nas 
indústrias. 
Grandes hospitais e laboratórios de análises clínicas também 
contratam, bem como a indústria que depende da análise de 
dados de Biologia, por exemplo, a agroindústria ligada à análise 
de dados e melhoramento animal. 
.Interpretação de dados computacional. 
Como uma informação biológica pode ser interpretada como 
dado computacional? 
Já sabemos que as proteínas são formadas por pequenas 
moléculas unidas, os chamados aminoácidos. Estão presentes na 
natureza 20 tipos de aminoácidos. Existem milhões de proteínas 
diferentes porque a ordem dos seus aminoácidos é diferente. 
Como conhecemos os 20 aminoácidos possíveis, podemos 
usar símbolos para cada um deles, e quando comparamos as 
sequências de símbolos entre proteínas, conseguimos dizer se 
elas são ou não semelhantes. 
Existem várias ferramentas computacionais eficientes que 
fazem essa comparação de sequências, disponíveis, inclusive, 
online. Você pode, portanto, identificar uma proteína no seu 
experimento, determinar a sequência de aminoácidos dela, 
acessar a internet e usar uma dessas ferramentas para descobrir 
se outra pessoa no mundo já encontrou uma proteína igual a sua! 
Viu como a Bioinformática é capaz de conectar dados de 
experimentos de laboratório com a análise de símbolos e 
informações exatas? 
É preciso que tudo esteja integrado, junto e misturado. Você 
pode ser um biomédico bioinformata, que sabe tudo das questões 
biológicas, mas também tem que saber usar um computador para 
resolver muitos dos seus problemas. Seu amigo de profissão 
pode ser um cientista computacional bioinformata, que sabe tudo 
de programas e algoritmos, mas também entende que a proteína 
é formada por uma junção de vários aminoácidos, além de muitos 
outros conhecimentos biológicos. Cada um dominando os 
conhecimentos da sua área de origem, mas aplicando outros 
conhecimentos que são muito úteis. Acredite, tem trabalho para 
todo mundo por um longo tempo! 
A Bioinformática pode ser dividida em dois grandes campos de 
atuação complementares. 
Alguns profissionais são especializados em desenvolver as tais 
ferramentas computacionais que tanto falamos. 
 
Outros aplicam essas ferramentas principalmente, além de 
também serem capazes de fazer adaptações computacionais que 
atendam ao seu objetivo de gerar conhecimento biológico. 
Já ouviram a frase “Quanto mais estudamos, mais descobrimos 
a nossa ignorância” (Percy Bysshe Shelley)? Funciona assim: À 
medida que entendemos mais a vida, novas perguntas surgem, e 
aí, novas ferramentas são necessárias para respondê-las. 
 
Origem da Bioinformática 
O surgimento da Bioinformática como ciência só foi possível 
por causa dos avanços nas áreas de Biologia Molecular e da 
Computação durante longos anos. Até aqui já citamos algumas 
vezes as macromoléculas biológicas, dentre elas o DNA. 
Saber do que é feito o DNA e como ele se organiza foi o ponto 
de partida da Bioinformática. Quem contribuiu muito para esse 
entendimento foram os cientistas Watson e Crick, que 
descreveram a estrutura dessa molécula em 1953. 
A partir da descrição da molécula, foi possível entender como o 
DNA se replica e como pode ser traduzido em proteína, por 
exemplo, conceitos de Biologia Molecular, que serão revisados 
mais adiante na nossa disciplina. 
 
Desenvolvimento de computadores mais rápidos 
O desenvolvimento de computadores mais rápidos foi uma das 
consequências dos avanços da Segunda Guerra Mundial (1939-1945). 
Parte dessa história é mostrada no premiado filme O Jogo da Imitação, que 
fala sobre Alan Turing, um cientista britânico que contribuiu muito para o 
desenvolvimento da ciência Computação. Uma das pioneiras quando 
falamos de usar computadores para o estudo de biomoléculas foi a 
brilhante Margaret Dayhoff. 
Dayhoff desvendou a ordem dos aminoácidos que formavam algumas 
proteínas e a forma que essas proteínas tinham, criando o primeiro Atlas 
de Proteínas. Este é considerado um dos primeiros experimentos em 
Bioinformática, que foi publicado em 1965. 
Em 1966, umprograma de computador foi usado pela primeira vez para 
visualizar a estrutura tridimensional de moléculas (trabalho desenvolvido 
por John Ward e Robert Stotz). 
Em 1970, diversas técnicas já haviam sido desenvolvidas para análise de 
dados biológicos. Vale lembrar que na década de 1960 um computador 
ocupava uma sala inteira, mesmo tendo uma capacidade parecida com a 
de um notebook comum atualmente! Ainda que esses cientistas pioneiros 
não usassem o termo Bioinformática para descrever seu trabalho, eles 
tinham uma visão clara de como combinar Biologia e Computação de uma 
maneira proveitosa para responder a perguntas fundamentais nas ciências 
da vida. 
Além desses, muitos outros pesquisadores contribuíram com diversos 
avanços, tanto para entender melhor as biomoléculas, como também para 
melhorar as técnicas computacionais que ajudaram a gerar esse 
conhecimento. Mas, o grande impacto da Bioinformática na ciência tem 
acontecido bem debaixo dos nossos olhos! 
 
Estamos vivendo uma era tecnológica. Pare e pense: Como era 
o seu celular há cinco anos? E a sua televisão? 
Tudo tem evoluído de maneira acelerada, os computadores 
estão ficando cada vez mais rápidos e baratos. Problemas de 
Bioinformática que antes demoravam anos para serem 
solucionados, hoje podem ser resolvidos em dias. 
Depois do Projeto Genoma Humano, os genomas de vários 
outros organismos foram sendo concluídos com sucesso! A 
disponibilidade de milhares de sequências e centenas de 
estruturas tridimensionais de moléculas biológicas, somada ao 
desenvolvimento de ferramentas para sua manipulação vêm 
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permitindo que análises computacionais complexas sejam 
realizadas. Muitos programas de computador estão disponíveis 
gratuitamente, e a rapidez e capacidade de processamento dos 
computadores estão sempre sendo melhoradas. 
Saiba mais 
O Projeto Genoma Humano, de que já falamos um pouco, demorou 
aproximadamente 10 anos para ser finalizado (1989-2003) com um custo 
de US$100.000.000. Hoje em dia é possível determinar o genoma de uma 
pessoa por US$1.000, e você consegue esse resultado em menos de uma 
semana! 
 
Bioinformática e suas potencialidades 
As ferramentas computacionais utilizadas em Bioinformática 
servem principalmente para análise de sequências, estruturas e 
funções de moléculas biológicas. 
 
Vamos imaginar a seguinte situação: Você está estudando a 
sequência de nucleotídeos 
ATAGATATGGATGCATGCGATGCAUAAGAT. 
A primeira coisa a se fazer é saber o que ela significa. Depois de 
usar um programa de computador, você descobre que a parte da 
sequência que está em negrito é um gene, ou seja, um trecho do 
DNA com o código que determina a síntese de uma certa 
proteína. 
Mas qual o papel dessa proteína? A função de toda proteína 
depende da sua estrutura tridimensional, isto é, a forma que ela 
tem. Então, você vai copiar a sequência em negrito e colar em um 
site da internet, e ele vai te mostrar o desenho da estrutura dessa 
molécula. 
Agora que você já sabe a forma da sua proteína, você pode 
compará-la com estruturas de proteína que já foram estudadas 
por outros pesquisadores para descobrir sua função. Mais uma 
vez, você pode contar com a ajuda de um programa de 
computador. Imagine que esse programa te diz que sua proteína 
é igual à enzima lactase. Com essa informação, você poderia 
chegar à conclusão que a função da sua proteína é degradar a 
lactose no intestino delgado, possibilitando sua digestão. 
Acabamos de ver aqui um exemplo de cada tipo de análise em 
Bioinformática. A análise de sequência, nesse caso, possibilitou 
encontrar o gene, mas esse tipo de análise também permite 
outras abordagens, como comparar várias sequências. 
Você já ouviu falar sobre árvore genealógica? 
Ela conta a história dos antepassados de um indivíduo. A gente 
pode fazer algo parecido comparando sequências, e descobrir a 
relação evolutiva entre elas, como se a gente pudesse dizer qual 
a sequência que apareceu primeiro na história da evolução dos 
seres vivos. 
Quando falamos da análise de estrutura, ela pode ser feita para 
prever a forma de DNAs, RNAs e proteínas, além de dizer como 
elas interagem com várias outras moléculas. Já a análise da 
função permite saber para o que essa molécula serve. 
Analisar a função de uma proteína vai nos dizer como ela 
interfere no funcionamento da célula, o que acontece quando ela 
está em excesso ou quando ela está em falta. 
Atenção!!! 
Não podemos deixar de falar de uma potencialidade muito importante da 
Bioinformática: Guardar informações biológicas de maneira organizada, 
de forma que seja fácil encontrá-las quando preciso. 
Os chamados bancos de dados biológicos guardam 
informações como sequências de nucleotídeos e aminoácidos, 
artigos científicos ou estrutura de proteínas. Além de organizar 
essas informações, eles permitem que elas sejam atualizadas, 
consultadas e recuperadas. 
 
Esses bancos são construídos por bioinformatas, que precisam 
de programas específicos e também de computadores com 
grandes capacidades, como boa memória e processadores 
potentes. 
 
Aplicações da Bioinformática 
As aplicações da Bioinformática vão muito além da utilidade 
imediata em entender melhor processos básicos de Biologia 
Molecular. Ela pode ser aplicada ao desenvolvimento de novas 
drogas, na análise forense de DNA, na biotecnologia agrícola, na 
medicina personalizada, entre outros. 
Vamos aos exemplos: 
• Identificação das estruturas de proteínas 
Poderíamos estudar uma proteína que seja muito importante 
para as bactérias, tão importante que, se essa proteína parar de 
funcionar, a bactéria morre. Se descobrirmos a estrutura dessa 
proteína, podemos testar várias moléculas e verificar se elas se 
encaixam na proteína da bactéria. Se esse encaixe for muito 
perfeito, a molécula pode bloquear a função da proteína 
bacteriana. 
 Uma molécula com essa capacidade é candidata a ser um novo 
antimicrobiano, um grupode drogas usadas para combater 
infecções causadas por bactérias. Identificar as estruturas de 
proteínas e prever o modo de ligação e os detalhes do 
reconhecimento entre duas moléculas são as principais áreas da 
Bioinformática envolvidas na pesquisa por novas drogas. Essa 
abordagem ajuda a acelerar e baratear os estudos que levam ao 
desenvolvimento de drogas mais potentes, com menos efeitos 
colaterais e toxicidade. 
 
• Área forense 
Na área forense, podemos aplicar a Bioinformática para 
determinar a origem das amostras biológicas. Imagine se um 
perito criminal encontra na cena de um crime um fio de cabelo do 
qual se pode extrair o DNA. 
 A partir desse DNA, podemos usar métodos computacionais 
para interpretar suas sequências de nucleotídeos e encontrar 
regiões que sejam capazes de diferenciar os indivíduos. Essas 
regiões servem como marcadores, etiquetas capazes de dizer de 
que pessoa veio aquele material. Se o perito possui três 
suspeitos do crime, com a informação da análise das sequências 
de DNA ele é capaz de matar a charada, e descobrir quem é o 
verdadeiro culpado. 
 
• Agricultura 
Ferramentas computacionais também vêm sendo utilizadas na 
agricultura. Bancos que armazenam informações sobre plantas 
têm um papel importante no desenvolvimento de novas 
variedades de cultura com maior produtividade e mais resistentes 
a pragas. 
 Plantas são uma opção importante de energia limpa, quando a 
partir da biomassa vegetal se produz energia! O milho e a cana-
de-açúcar são exemplos de vegetais que produzem uma grande 
quantidade de biomassa. 
 Usando ferramentas computacionais, pesquisadores 
conseguem encontrar os genes que estão relacionados à 
produção de biomassa e, assim, escolher a planta que produzirá 
energia de forma mais eficiente. 
 
• Medicina personalizada 
A ideia de medicina personalizada surgiu porque, muitas vezes, 
pacientes com a mesma doença e sintomas comuns podem ter 
causas moleculares diferentes. Um bom exemplo é o câncer. 
Duas pessoas podem ter câncer de pulmão, mas as causas 
genéticas para o desenvolvimento dessa doença podem ser 
distintas entre elas e, portanto, o tratamento deveria ser diferente. 
 A comparação de sequências de DNA através dos métodos de 
Bioinformática vem permitindo que regiões específicas sejam 
caracterizadas e sirvam de marcadores para indivíduos com 
perfis específicos. Cada vez mais esses marcadores vêm sendo 
descritos, e podem ser usados não só para o diagnóstico e 
tratamento de doenças, como também para recomendar, 
cientificamente, dietas e exercícios mais indicados para cada 
indivíduo, entre outras utilidades. 
 
 Poderíamos discutir ainda muitas outras aplicações da 
Bioinformática, mas acredito que você já está convencido de 
como é importante aprender sobre essa ciência. 
O biomédico é conhecido como um profissional do futuro e, por 
isso, você não pode ignorar as tecnologias mais modernas para 
lidar com questões biológicas. Aproveite muito essa 
oportunidade! 
ATIVIDADES 
1. Assista ao vídeo disponível no YouTube sobre Mulheres na 
Ciência, da Universidade Federal de Minas Gerais, no qual a 
professora Dra. Raquel Minardi fala sobre a Bioinformática. Logo 
no início do vídeo, ela diz que a Bioinformática é interdisciplinar. 
O que isso significa? 
a) O profissional de Bioinformática precisa ter graduação em 
Biomedicina. 
b) O profissional de Bioinformática precisa ter graduação em 
Biomedicina e Ciência da Computação. 
c) A Bioinformática reúne conhecimentos de várias disciplinas 
para solucionar problemas biológicos. 
d) Ter apenas conhecimento sobre computação já é suficiente 
para uma pessoa seguir a carreira de bioinformata. 
e) A Bioinformática não integra conhecimentos de diversas 
disciplinas. 
 
 
2. A Bioinformática inclui diferentes possibilidades de análise de 
dados biológicos. Qual das opções a seguir não é um tipo de 
análise realizada por bioinformatas? 
a) Análise de sequências de nucleotídeos ou aminoácidos. 
b) Análise da estrutura tridimensional de biomoléculas, como as 
proteínas. 
c) Análise dos papéis funcionais de moléculas biológicas. 
d) Análise do risco biológico de laboratórios de pesquisa 
científica. 
e) Todas as análises acima são realizadas por bioinformatas. 
 
 
3. Assista ao vídeo disponível no YouTube Pesquisa da UFSCar 
utiliza a Bioinformática para compreender a evolução dos vírus. 
Esse vídeo ilustra uma aplicação da Bioinformática, buscando 
entender quais as mudanças que os vírus sofrem com o passar 
do tempo. Esse tipo de informação pode ser adquirido através de 
uma abordagem citada pelo pesquisador no início do vídeo. Qual 
é essa abordagem? 
a) Previsão do modo de ligação e os detalhes do reconhecimento 
entre as proteínas virais. 
b) Análise e comparação de sequências de nucleotídeos. 
c) Análise da função das proteínas produzidas pelos vírus. 
d) Construção de um banco de dados contendo diferentes tipos 
de informações sobre os vírus. 
e) Análise da estrutura tridimensional das proteínas virais. 
Bioinformática 
Aula 2: Conceitos moleculares importantes para a 
Bioinformática 
A Biologia Molecular e a Bioinformática 
Após a descoberta da estrutura do DNA por Watson & Crick, 
em 1953, e posterior descoberta do código genético e do fluxo da 
informação gênica, os biologistas moleculares intensificaram os 
estudos no intuito de elucidarem a composição dos genes das 
diferentes espécies com o auxílio de uma nova ciência que era a 
Bioinformática. 
A Bioinformática surgiu nos anos 1990 como uma ciência 
multidisciplinar baseada na Biologia Molecular, Biologia 
Computacional e Matemática. Esta ciência utiliza ferramentas 
computacionais e matemáticas para desvendar as estruturas das 
moléculas, assim como para predizer suas funções e sua 
evolução ao longo dos anos. Desta forma, a Bioinformática utiliza 
a Biologia Molecular como fonte de informação para criar uma 
linha de investigação dos dados genéticos e bioquímicos. 
 
A Bioinformática ganhou força com o advento dos projetos 
genomas, que contribuíram para a geração de uma grande 
quantidade de informação obtida a partir do sequenciamento 
do DNA. 
 
 
A utilidade da Bioinformática dentro da Biologia Molecular está 
voltada para a execução rápida de tarefas que seriam cansativas 
para o pesquisador, como: montagem de genes, alinhamentos, 
análise de sequências nucleotídicas e proteicas, entre outros. 
 
Além disso, a Bioinformática também oferece o 
armazenamento computacional de toda essa grande 
quantidade de dados que é gerada com o mapeamento dos 
genes. 
O papel da mudança dos ácidos nucleicos com a adaptação 
ao ambiente 
No século XIX, o pesquisador Charles Darwin publicou o livro A 
Origem das Espécies, no qual ele relatava as evidências sobre a 
influência do ambiente na diversidade da vida observada em uma 
expedição às Ilhas de Galápagos. 
Em suas pesquisas, Darwin verificou a uniformidade entre 
diferentes seres vivos, demonstrando a interligação entre eles por 
um ancestral comum. Ele também verificou que as espécies se 
distinguem, ou seja, evoluem ao longo tempo por meio de 
interações entre os organismos e o seu ambiente. Como assim? 
Vamos explicar melhor. 
Teoria da seleção natural 
A teoria da seleção natural postulada por Darwin discute que alguns 
organismos podem apresentar características herdáveis que 
possibilitam a sobrevivência e uma maior taxa de reprodução em 
relação a outros indivíduos. Logo, a interação dos organismos com o 
ambiente era mútua, pois apenas os organismos com características 
favoráveis a uma determinada condição ambiental eram capazes de 
se adaptar ao meio e passar essas características para seus 
sucessores. 
O que Darwin não sabia era como essas características herdáveis 
eram transmitidas de uma prole para outra. O conceito de gene e de 
herdabilidade que surgiram posteriormente auxiliaram no melhor 
entendimento sobre a seleção natural proposta por Darwin. 
Hoje, já se sabe que a diversidade fenotípica entreas espécies 
observadas por Darwin reflete a variabilidade gênica, ou seja, a 
diferença entre a composição dos genes e de sequências reguladoras 
no DNA de cada espécie. 
 
Variabilidade genética 
A variabilidade genética pode ser medida pelo percentual de 
médio da quantidade de alelos heterozigotos ou pela observação 
da diversidade molecular nas sequências de nucleotídeos gerada 
por mutação. 
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Você deve estar se perguntando o que são alelos heterozigotos, 
não é? 
Os seres humanos são diploides, ou seja, são formados por 
pares de cromossomos. Os cromossomos são formados por DNA 
e histonas. Dessa forma, em cada cromossomo humano existem 
sequências nucleotídicas específicas que codificam 
características que são chamadas de genes. 
Nos humanos, cada cromossomo pertencente ao par 
cromossômico tem origens distintas: um vem da mãe e o outro 
vem do pai. 
Figura 1: Cromossomos homólogos paterno e materno. (Fonte: BrasilEscola) 
 
 
Esses cromossomos herdados são ditos homólogos, pois 
codificam as mesmas características nas mesmas posições 
(figura 1). 
Se as características codificadas por esses cromossomos 
homólogos tiverem exatamente a mesma composição de 
nucleotídeos, podemos dizer que os alelos (genes) são iguais ou 
homozigotos, mas caso haja diferença, nós dizemos que eles são 
heterozigotos. 
A existência de alelos heterozigotos em uma determinada 
espécie reflete a variabilidade genética, uma vez que estes alelos 
só existem a partir da mistura prévia de indivíduos homozigotos 
que apresentam alelos homozigotos diferentes para uma mesma 
característica. 
https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/biologia/o-que-e-alelo.html
Exemplo 
Para: AA: alelo homozigoto: 
aa: alelo homozigoto. 
Aa: alelo heterozigoto. 
 
Mutação gênica 
Outro fator que nós comentamos que é responsável também 
pela variabilidade genética das espécies é a mutação. 
A mutação gênica é definida como uma alteração na sequência 
pontual dos nucleotídeos do DNA. 
A existência de uma mutação em uma sequência não significa 
necessariamente uma alteração fenotípica, pois grande parte das 
mutações acontecem em regiões não codificantes do DNA ou 
não levam às alterações na proteína que será codificada. 
Atenção!!! 
Independentemente da fonte da variabilidade genética, é preciso ficar bem 
claro que algumas alterações fenotípicas entre os indivíduos não são 
geradas por um fenótipo herdado, e sim por fatores ambientais. 
Exemplo 
Os fisiculturistas apresentam músculos desenvolvidos por esforço físico e 
suplementação alimentar, e não por fatores herdáveis, pois esta massa 
muscular desenvolvida não é transferida como característica para a 
próxima geração. Assim, as alterações fenotípicas acarretadas por 
variabilidade genética são fatores primordiais para que haja a evolução 
entre diferentes indivíduos. 
Não se preocupe, pois no tópico seguinte discutiremos melhor 
sobre os mecanismos de mutação. 
 
Evolução e o material genético 
Você deve ter percebido o quanto variabilidade genética é 
importante para a geração de biodiversidade e evolução das 
espécies ao longo no tempo. Entretanto, você ainda deve estar 
se perguntando como essa variabilidade genética ocorre entre os 
diferentes indivíduos e populações? 
O principal mecanismo molecular responsável pela variação dos 
genes são as mutações gênicas. 
 
 
As mutações pontuais no DNA são eventos genéticos que 
acontecem de forma repentina e aleatória, e que refletem o mau 
funcionamento do processo de replicação ou reparo do DNA. 
Esses erros podem ser a inserção de uma base incorreta na 
cadeia de DNA em formação ou uma interferência química sobre 
as bases nitrogenadas do DNA. 
 
Atenção!!! 
É importante ressaltar que as mutações podem acontecer 
espontaneamente sem nenhum fator de base ou podem ser induzidas 
por exposição a agentes químicos ou físicos, como: Radiação UV, 
agentes mutagênicos, agentes químicos e outros. 
 
As mutações podem ser classificadas de acordo com o tipo 
celular que elas atingem. 
Mutações somáticas 
Acontecem em qualquer célula do organismo, com exceção das 
células germinativas. Esse tipo de mutação é transferido apenas 
para as células-filhas da célula original, na qual a mutação 
ocorreu, podendo não afetar o organismo inteiro. 
 
Mutações germinativas 
As mutações germinativas são aquelas que ocorrem nas células 
gaméticas e, por isso, afetam todas as células e serão 
transmitidas à descendência. 
 
 
 
Mutação pontual 
Existem, basicamente, três tipos diferentes de mutação 
pontual: 
 
Adição ou inserção 
Corresponde à adição de nucleotídeos extras em uma 
determinada sequência do DNA. 
Ex.: 
ATCGGATCCT — Antes da mutação. 
ATCGGGTATCCT— Após a mutação com a adição do 
dinucleotídeo GT. 
 
 
 
Substituição 
Corresponde à troca de nucleotídeos incorporados na sequência 
do DNA. A troca pode ser feita entre as bases púricas-púricas; 
pirimídicas-pirimídicas ou púricas-pirimídicas. 
Ex.: 
ATCGGATCC — Antes da mutação. 
TTCGGATCC— Após a mutação, com uma substituição púricas-
pirimídicas. 
 
Deleção 
Corresponde à perda de um ou mais nucleotídeos de uma 
determinada sequência do DNA. 
Ex.: 
ATCGGATCC — Antes da mutação. 
ATCATCCT— Após a mutação, com a deleção do dinucleotídeo 
GG. 
Esses diferentes tipos de alterações moleculares podem 
resultar na troca do códon do RNAm que será transcrito a partir 
da cadeia de DNA mutada. 
 
 
Substituição de um nucleotídeo 
A substituição de um nucleotídeo pode levar a uma mutação 
silenciosa, ou seja, por mais que haja a alteração do códon, este 
novo códon irá codificar o mesmo aminoácido do códon anterior. 
Como assim? Lembra que o código genético é degenerado? 
Então, isso pode acontecer. 
A mutação por substituição pode ainda ser classificada em: 
 
• Mutação de sentido trocado (missense mutation) 
Ocorre quando a substituição de nucleotídeos gera um novo 
códon e este corresponde a um aminoácido diferente, 
acarretando alteração na estrutura da proteína. 
 
http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0270/aula2.html#collapse01-01
• Mutação sem sentido (nonsense mutation) 
Algumas vezes, a substituição de nucleotídeos gera um códon 
de parada, ou seja, que não corresponde a nenhum aminoácido 
e, dessa forma, determinará uma terminação prematura da 
proteína traduzida. 
 
• Mutação de fase de leitura (frameshift mutations) 
A inserção ou a deleção de um ou alguns nucleotídeos 
geralmente levam a alterações mais drásticas nos códons e, 
como consequência, na proteína resultante. São conhecidas 
como mutação de fase de leitura (frameshift mutations), pois 
alteram a fase de leitura de todas as trincas de pares de bases no 
gene depois do sítio mutado— uma mutação que modifica a fase 
de leitura quando um númerode nucleotídeos diferentes dos 
múltiplos de 3 é adicionado ou deletado. 
 
Consequências 
As mutações podem apresentar um amplo espectro de 
consequências. O que determinará a consequência é o local e a 
extensão desta mutação. 
Exemplo: 
Mutações em regiões de íntrons, regiões não codificantes, podem ser 
mutações neutras e não acarretarem alteração na expressão gênica. 
O resultado de uma mutação é extremamente variável e pode 
corresponder a: 
• Nenhuma alteração da função do produto gênico; 
• Perda total ou parcial de função do produto gênico ou 
• Ganho de uma nova função para o produto gênico. 
 
 
Taxas de mutação 
As mutações são raras e geralmente acontecem em uma taxa 
baixa, porém esta taxa pode variar entre os diferentes 
organismos. 
http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0270/aula2.html#collapse01-02
http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0270/aula2.html#collapse01-03
Os vírus, por exemplo, podem apresentar altas taxas de 
mutação (10-3), enquanto as células humanas são menos 
susceptíveis (10-9). 
 
Em geral, a frequência de mutações cresce com o aumento do 
tamanho da população até atingirem uma taxa mutacional 
estável. Outro fator importante é a fixação da mutação em uma 
população. 
 
Duplicação Gênica 
Além da mutação, outros mecanismos podem também 
contribuir para a variação genética entre as espécies. Um dos 
mecanismos que vem sendo muito estudados nos últimos anos é 
a duplicação gênica. 
Este mecanismo é definido como um processo de duplicação 
de um fragmento de DNA, que pode ser gerado por meio de 
recombinação desigual dos cromossomos homólogos durante a 
meiose, fazendo com que parte do cromossomo seja duplicada, 
ou através da movimentação de transposons que carreiam 
informações genéticas do organismo para regiões diferentes do 
genoma (figura 2). 
Figura 2: Mecanismo de duplicação gênica. Fonte: Wikipedia.org 
 
 
https://alteracoes_patrimonio_genetico_acp.blogs.sapo.pt/5994.html
A duplicação gênica, quando mantida no organismo, pode ser 
transmitida para os descendentes e se transformar em uma fonte 
de novidades evolutivas, já que esta nova cópia poderá acumular 
mutações, podendo levar ao aparecimento de características 
funcionais vantajosas. 
Comentário 
A duplicação gênica contribuiu muito ao longo da história para a 
formação de novos genes. Um caso da sua ação ocorreu com a família 
das globinas em mamíferos. Após a duplicação de um gene ancestral, as 
duas cópias gênicas se diferenciaram por mutações evolutivas dando 
origem aos genes da alfa e beta globina, o que conferiu refinamento no 
transporte de oxigênio para os mamíferos. 
 
Especiação 
Durante a expedição para as Ilhas Galápagos, Charles Darwin ficou 
fascinado com a enorme biodiversidade, que foi associada ao grande 
número de diferentes espécies que povoavam aquela região. 
Novas espécies surgem de um processo evolutivo chamado de especiação. 
É na especiação que uma espécie acumula modificações e se transforma 
em outra espécie ou dá origem a duas novas espécies. 
Segundo Darwin, a especiação faz parte da evolução e acontece ao longo 
do tempo com o intuito de adaptação às alterações ambientais. 
 
 
O processo de especiação relaciona as mudanças nas 
frequências dos alelos de uma população com a origem de novos 
indivíduos adaptados. 
Os mecanismos genéticos que estão associados a alteração da 
frequência dos alelos em uma população são: 
• mutações; 
• fluxo gênico; 
• deriva genética; 
• seleção natural. 
http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0270/aula2.html#complementar1
http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0270/aula2.html#complementar1
http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0270/aula2.html#complementar1
http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0270/aula2.html#complementar1
http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0270/aula2.html#complementar1
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http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0270/aula2.html#complementar1
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http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0270/aula2.html#complementar1
http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0270/aula2.html#complementar1
Saiba mais! 
Não lembra desses mecanismos? Então, pesquise em livros sobre 
evolução e relembre esses conceitos. 
Na natureza, existem dois tipos diferentes de especiação, 
a alopátrica e a simpátrica. A diferença entre os tipos de 
especiação está relacionada com a forma com que o fluxo gênico 
entre as populações iniciais foi interrompido. 
 
• Especiação alopátrica 
Na especiação alopátrica, a interrupção do fluxo gênico se dá a 
partir do surgimento de uma barreira geográfica que separou as 
duas populações. Por exemplo, devido à escassez de chuvas em 
uma determinada região, um grande lago diminuiu seu volume de 
água e transformou-se em dois pequenos lagos. Este evento fez 
com que a população inicial do grande lago ficasse dividida e 
evoluísse independentemente, gerando duas novas populações. 
 
• Especiação simpátrica 
Na especiação simpátrica, o fluxo gênico entre as populações é 
interrompido, mas elas ainda compartilham a mesma região 
geográfica. O processo de especiação simpátrica é raro na 
natureza quando comparado com a alopátrica. A interrupção do 
fluxo gênico entre as duas populações pode ser acarretada pela 
existência das diferenças no habitat e seleção sexual 
desenvolvidas por estas populações. Com o tempo, essas 
populações se transformam em subespécie até a especiação 
ocorrer efetivamente. 
 
Homologia x analogia 
Conforme foi visto até agora, a evolução é um processo 
de descendência com modificações, ou seja, mecanismos 
genéticos acontecem e modificam o fenótipo dos organismos. 
Essas alterações podem ser incorporadas e transmitidas aos 
descendentes conferindo vantagens para aquele indivíduo ou 
podem levar a sua eliminação perante diferentes condições 
ambientais. 
http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0270/aula2.html#collapse01-01
http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0270/aula2.html#collapse01-02
A percepção da evolução é clara quando verificamos que as 
espécies relacionadas que vieram de um ancestral comum 
podem apresentar semelhanças morfológicas com funções 
distintas. 
Você já parou para pensar qual é a semelhança entre o 
membro anterior humano, a asa de um pássaro, a pata de um 
cão e a nadadeira de uma baleia? Essas estruturas, apesar de 
exercerem funções completamente diferentes, apresentam a 
mesma origem embrionária e, por isso, apresentam grandes 
semelhanças anatômicas (figura 3). 
Figura 3: Estruturas homólogas com a mesma estrutura anatômica. Fonte: Wikipedia.org 
 
Como cada uma dessas espécies apresenta estilos de vida 
diferentes, a adaptação ao ambiente fez com que essas 
estruturas corporais divergissem ao longo da evolução. Essas 
estruturas corporais são chamadas de homólogas e o processo 
evolutivo associado a sua formação é a homologia. 
.Convergência evolutiva. 
Mas não são só as espécies próximas que apresentam um 
ancestral comum que podem compartilhar características 
comuns. 
Espécies distantes também podem compartilhar características 
comuns por razões distintas, geralmente associadas ao ambiente 
e estilo de vida. Isso é resultado de uma convergência evolutiva. 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Homologia_(biologia)#/media/Ficheiro:Homology_vertebrates-pt.svg
As asas dos insetos e das aves apresentam a mesma função 
pela adaptação ao voo, porém estas estruturas não apresentam 
relação quanto à origem embriológica. 
A semelhança funcional e estrutural dessas estruturas foi dada 
por analogia, e não por homologia, já que são espécies distantes. 
As estruturas corporais resultantes deste processo são estruturas 
análogas (figura 4). 
Figura 4: Estruturas análogas geradas a partir de convergência evolutiva. Fonte: EscolaEducação. 
 
 
 
Genes parálogose ortólogos 
Nós vimos que a evolução por homologia associa a 
similaridade morfológica de algumas estruturas corporais com a 
presença de um ancestral comum entre as espécies. 
A evidência evolutiva de que as espécies evoluíram por 
homologia é a presença de genes homólogos, ou seja, genes que 
apresentem sequências nucleotídicas iguais ou altamente 
semelhantes que podem codificar para estruturas com a mesma 
função ou não. 
O conjunto de genes estreitamente relacionados forma uma 
família de genes homólogos que estão presentes em diferentes 
espécies e que podem ter surgido ao longo da história evolutiva 
https://escolaeducacao.com.br/homologia-e-analogia/
de diferentes formas. 
 
 Os genes homólogos podem ser de dois tipos: 
 
 
Genes parálogos 
Os genes homólogos designados como parálogos são aqueles 
que divergiram após o processo de duplicação dentro do genoma 
de uma mesma espécie. As espécies descendentes apresentam 
mais de uma cópia do gene, com funções distintas. 
 
Genes ortólogos 
Os genes homólogos designados como ortólogos são aqueles 
que divergiram após o processo de especiação, onde cada 
espécie descendente apresenta uma cópia do gene. Assim, os 
genes ortólogos compartilham um ancestral comum e 
apresentam as mesmas funções. 
 
 
Observe, na imagem a seguir, os dois tipos de genes homólogos. 
Figura 5- Fonte: Evolução – presente na Minha Biblioteca Estácio, página 481 
(fonte: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788536308630) Acessado em: 07 fev. 2020. 
 
 
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788536308630
 
 
ATIVIDADES 
1) Baseado nos conceitos expostos nesta aula, cite quais são os 
principais mecanismos moleculares associados ao surgimento da 
variabilidade genética entre os indivíduos. 
 
 
 
2) A evolução das espécies pode acontecer por mecanismos 
convergentes ou divergentes que resultam em homologias e 
analogias. Baseado nisso, relacione o mecanismo de homologia 
e analogia com o surgimento de genes parálogos e ortólogos. 
 
 
 
3) A especiação é um processo evolutivo muito importante para 
formação de novas espécies. Descreva como esse processo 
ocorre: 
 
Bioinformática 
Aula 3: Conceitos moleculares importantes para a 
Bioinformática 
A Biologia Molecular aplicada à Bioinformática 
O dogma central da Biologia Molecular foi proposto por Francis 
Crick, biólogo molecular, biofísico e neurocientista britânico, em 
1958. 
A partir de então estabelece-se o paradigma da Biologia 
Molecular, no qual a informação é conservada através da 
replicação do DNA e é traduzida através dos processos de 
transcrição. Tais processos, por sua vez, convertem a informação 
do DNA em uma forma mais acessível, representada por uma fita 
de RNA complementar e de tradução, que converte a informação 
contida no RNA em proteínas. 
 
Expressão gênica 
O termo expressão gênica diz respeito ao processo em que a 
informação codificada por um determinado gene é traduzida e, 
portanto, decifrada, em uma proteína. 
 
Em teoria, o controle, em qualquer uma das fases desse 
processo, pode ocasionar uma expressão gênica diferencial. 
Em organismos multicelulares, a expressão gênica controlada 
regula um programa genético imprescindível para o 
desenvolvimento embrionário e sua diferenciação. Nesse sentido, 
uma célula é capaz de regular a expressão gênica através de 
diversos mecanismos, dentre os quais, como um transcrito 
primário de RNA sofre splicing ou é processado. 
A ausência e/ou desequilíbrio de mecanismos da regulação 
gênica pode, inclusive, determinar o estabelecimento de doenças. 
É esta temática que será abordada na aula de hoje. 
 
 
http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0270/aula3.html
http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0270/aula3.html
Fluxo de informações do código genético 
O dogma central da biologia molecular descreve como ocorre o 
fluxo de informações do código genético. Segundo esse dogma, 
o fluxo da informação genética segue o seguinte sentido: 
DNA → RNA → PROTEÍNAS 
 
Observa-se, portanto, que esse dogma demonstra todos os 
processos pelos quais os ácidos nucleicos podem passar. Dessa 
forma, temos o DNA, onde está contida a informação genética, 
que pode ser transcrito em moléculas de RNA. É nessa molécula 
de RNA que é encontrado o código usado para organizar a 
sequência de aminoácidos e formar as proteínas no processo de 
tradução, o qual consiste na união de aminoácidos, obedecendo 
à ordem de códons presentes em uma molécula de RNA 
mensageiro. 
Observamos que o DNA de um organismo codifica todas as 
moléculas de RNA e de proteínas necessárias para a construção 
e perfeito funcionamento de suas células. 
 
Constituição do DNA 
Embora possamos ter uma descrição completa da sequência 
de DNA de um organismo, isso não nos possibilita reconstruir 
esse organismo. 
Vocês podem se questionar: Por que não? Porque o problema 
não é conhecer como os elementos funcionam em uma 
sequência de DNA, mas em quais condições cada produto gênico 
é produzido. Uma vez produzido, o que ele faz? 
Os diferentes tipos celulares em um organismo multicelular 
diferem drasticamente, tanto em estrutura como em função. 
 
Se compararmos um neurônio com uma célula do fígado, por 
exemplo, as diferenças são tão extremas que é difícil imaginar 
que as duas células contenham o mesmo genoma. Por essa 
razão e porque a diferenciação celular com frequência parecesse 
irreversível, os biólogos originalmente suspeitaram que genes 
deveriam ser seletivamente perdidos quando uma célula se 
diferencia. 
Agora sabemos, entretanto, que a diferenciação celular 
geralmente ocorre sem alterações na sequência de nucleotídeos 
do genoma da célula. 
Os tipos de células em um organismo multicelular tornam-se 
diferentes uns dos outros porque eles sintetizam diversas 
moléculas de RNA e proteínas. 
Para explicar isto, existem algumas afirmativas importantes: 
1. Muitos processos são comuns a todas as células e, dessa 
forma, possuem muitos produtos gênicos em comum. Esses 
produtos incluem proteínas estruturais dos cromossomos, 
RNA e DNA-polimerases, enzimas de reparo do DNA, 
proteínas ribossômicas e RNAs, entre outros. 
 
2. Algumas proteínas e RNAs são abundantes nas células 
especializadas nas quais elas atuam e não podem ser 
detectadas em nenhum outro local. Por exemplo, a 
hemoglobina é expressa especificamente nas hemácias, 
assim como a enzima tirosina aminotransferase é expressa 
no fígado, não sendo sintetizada na maioria dos outros 
tecidos. 
 
3. Estudos sugerem que uma célula humana expressa cerca 
de 30% a 60% dos seus quase 30 mil genes. Quando os 
padrões de expressão de RNA em diferentes linhagens 
celulares humanas são comparados, observa-se que o nível 
de expressão de praticamente todos os genes varia de 
acordo com o tipo de célula. 
4. Ainda que existam diferenças marcantes nos níveis de 
RNAs codificadores (RNAs mensageiros— RNAm) em tipos 
de células especializados, observa-se uma gama complexa 
de diferenças no padrão final de produção de proteínas. 
Como veremos nesta aula, existem muitos passos após a 
produção do RNA nos quais a expressão gênica pode ser 
regulada. 
 
Controle das proteínas 
Uma célula pode controlar as proteínas que produz de seis 
formas. 
1 
Regulando quando e como um determinado gene é transcrito, o 
que chamamos de controle transcricional. 
 
 
2 
Controlando como o transcrito de RNA é processado (controle do 
processamento de RNA). 
 
 
3 
Selecionando quais RNAs mensageiros completos serão 
exportados do núcleo para o citoplasma e onde ficarão 
localizados (controle do transporte e da localização de RNA). 
 
 
4 
Selecionando quais RNAs mensageiros no citoplasma serão 
traduzidos pelos ribossomos (controle traducional). 
 
 
5 
Desestabilizando, de forma seletiva, algumas moléculas de RNA 
mensageiro no citoplasma (controle da degradação do RNAm). 
 
 
6 
Ativando, inativando, degradando ou compartimentalizando 
moléculas de proteínasespecíficas após sua produção (controle 
da atividade proteica). 
 
Controles transcricionais 
Para a maioria dos genes, os controles transcricionais são os 
mais importantes. Isso porque, de todos os pontos possíveis de 
controle, somente o controle transcricional garante que a célula 
não sintetizará intermediários desnecessários. 
A transcrição de genes individuais é ativada e desativada nas 
células por reguladores transcricionais. 
Em organismos procariontes, essas proteínas normalmente 
ligam-se às sequências de DNA específicas próximas do sítio de 
início da RNA-polimerase e, dependendo da natureza da proteína 
reguladora e da localização do seu sítio de ligação em relação ao 
sítio de início, pode tanto ativar como reprimir a transcrição do 
gene. 
A flexibilidade da dupla-hélice do DNA pode permitir que 
proteínas ligadas em sítios distantes afetem a RNA-polimerase 
na sequência promotora do gene. 
Atenção!!! 
Lembrem-se que promotores ou sequências promotoras são sequências 
de DNA específicas importantes para o início da transcrição. Tais 
sequências são reconhecidas por algumas proteínas específicas, 
chamadas de fatores de transcrição, que trazem a RNA-polimerase para 
realizar a montagem dos RNAs. 
Um único gene eucariótico normalmente é controlado por 
muitos reguladores transcricionais ligados a sequências que 
podem estar localizadas a dezenas ou até a centenas de 
milhares de pares de nucleotídeos do promotor que direciona a 
transcrição do gene. 
 
Os ativadores e os repressores eucarióticos atuam por meio de 
vários mecanismos — geralmente alterando a estrutura local da 
cromatina e controlando a associação dos fatores gerais de 
transcrição e da RNA-polimerase no promotor. 
Eles fazem isso atraindo coativadores e correpressores, que 
são complexos proteicos que desempenham as reações 
bioquímicas necessárias. O momento e o local no qual cada gene 
é transcrito, assim como suas taxas de transcrição sob diferentes 
condições, são determinadas por um conjunto particular de 
reguladores transcricionais que se ligam à região reguladora do 
gene. 
 
Controles pós-transcricionais 
Conforme dito anteriormente, para a maioria dos genes, os 
controles transcricionais são os mais importantes. Porém, outros 
controles podem atuar mais tarde, na via do DNA para a proteína, 
a fim de modular a quantidade de produto gênico que é produzida 
— e em alguns casos, para determinar a sequência de 
aminoácidos do produto proteico. 
Esses controles pós-transcricionais, que operam após a RNA-
polimerase ter se ligado ao promotor do gene e iniciado a 
síntese do RNA, são cruciais para a regulação de muitos genes. 
 
Splicing 
Um dos mecanismos do controle pós-transcricional que 
abordaremos nesta aula é denominado splicing. Mas, para 
falarmos sobre isto, precisamos compreender o mecanismo de 
processamento do RNA. 
Importante observar, inclusive, que a transcrição é apenas a 
primeira de diversos passos necessários para a síntese de uma 
molécula de RNAm madura. Outras etapas essenciais incluem a 
modificação covalente de ambas as extremidades do RNA e a 
remoção de sequências de íntrons que são retiradas do transcrito 
pelo processo de splicing do RNA. 
Lembremos que a sequência codificante de um gene é a série 
de códons, compostos por três nucleotídeos (trincas), que 
especifica a sequência linear dos aminoácidos no produto 
polipeptídico. 
Nos genes eucarióticos, a sequência codificante é 
periodicamente interrompida por segmentos com sequências não 
codificantes. Muitos genes eucarióticos são, portanto, mosaicos, 
compostos por blocos com sequências codificantes, os éxons, 
separadas entre si por blocos com sequências não codificantes, 
os íntrons. 
Vocês devem estar se perguntando, por que em organismos 
procariotas não ocorre este processamento do RNA mensageiro. 
 
Nos organismos procariotas, a transcrição e a tradução são 
simultâneas e, deste modo, o RNA não sofre qualquer 
processamento. 
 
Já em eucariotas, existe uma compartimentalização, de 
modo que a transcrição ocorre no núcleo e a tradução no 
citoplasma. 
 
 O RNA recém-obtido pela ação da RNA-polimerase, é um 
transcrito primário (pré-RNA), que sofrerá processamento para 
originar o RNA mensageiro final (RNAm maduro). 
Veja, agora as etapas do processamento. 
 
• Adição do CAP 5’ 
A primeira etapa do processamento é caracterizada pela adição 
do CAP 5’. E o que seria o CAP 5’ e por que é adicionado? 
 Pois bem, na extremidade 5’ do transcrito inicial, um dos três 
fosfatos é removido e é adicionada a base nitrogenada guanina. 
 Em seguida, essa base é metilada na posição 7, assim como o 
segundo e terceiro nucleotídeos, entretanto, para estes dois últimos, a 
metilação ocorre na posição 2’ do açúcar. A adição do CAP 5’ confere 
ao RNA uma maior estabilidade, pois protege-o da ação de fosfatases 
e nucleases. 
 
http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0270/aula3.html#collapse01-01
 
• Adição da cauda poli-A 
A segunda etapa do processamento do RNA é adição da cauda 
poli-A. E o que seria isto? A cauda poli-A é uma estrutura localizada 
na extremidade 3' da maioria dos RNAm de eucariotas, sendo 
composta pela ligação de 80 a 250 resíduos de adenina. 
 Essa cauda tem a função de atuar como acentuadora da tradução, 
proteger o RNAm da digestão por nucleases presentes no meio e 
proporcionar uma maior estabilidade à molécula. Especula-se, ainda, 
que ela também tenha um papel importante no transporte do RNAm 
para o citoplasma. 
 
• Splicing 
A última etapa do processamento é o que chamamos de splicing, 
onde serão removidos os íntrons e unidos os éxons. Vamos entender 
como este processo ocorre a seguir. 
 
Detalhamento do drocesso de splicing 
Atenção!!! 
Primeiro, é importante saber que além dos RNAs conhecidos por nós 
(RNAm, RNA transportador e RNA ribossômico), existem outros RNAs 
compostos por menos de 300 nucleotídeos. Tais RNAs são chamados de 
snRNAs (small nuclear RNAs) e scRNAs (small cytoplasmatic RNAs). 
Os RNAs são importantes porque se associam a proteínas formando 
complexos chamados de snRNPs (pequenas partículas de 
ribonucleoproteínas nucleares, do inglês small nuclear 
ribonucleoprotein particles) e scRNPs (pequenas partículas de 
ribonucleoproteínas citoplasmáticas, do inglês small cytoplasmatic 
ribonucleoprotein particles). 
Para o processo de splicing ocorrer, é necessária a formação 
de grandes arranjos compostos por snRNPs e precursores de 
RNAm, denominados spliceossomos. Serão tais complexos 
que farão a excisão dos íntrons do RNAm, processo que requer 
alta precisão das enzimas envolvidas. A falta ou acréscimo de 
um único nucleotídeo em um éxon pode promover uma 
alteração de fase de leitura e levar à produção de uma proteína 
totalmente diferente da original. 
Como o splicing é um mecanismo complexo, altamente 
regulado, uma mutação em um local de reconhecimento na 
junção íntron e éxon, ou mesmo em um elemento regulador, 
pode ocasionar uma falha no processo, gerando um produto 
http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0270/aula3.html#collapse01-02
http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0270/aula3.html#collapse01-03
http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0270/aula3.html#complementar1
http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0270/aula3.html#complementar1
http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0270/aula3.html#complementar1
http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0270/aula3.html#complementar1
http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0270/aula3.html#complementar1
http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0270/aula3.html#complementar1
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anômalo, que pode, diversas vezes, inativar um gene, com 
sérias consequências. 
Considera-se que cerca de 10% das doenças genéticas são 
causadas por equívocos no processo de splicing. 
Entretanto, pesquisas envolvendo ferramentas de 
Bioinformática e Biologia Molecular podem suscitar estratégias 
capazes de retificar sequências que abalam padrões 
de splicing, como também expressar, silenciar ou alterar as 
concentrações de reguladores, a fim de reparar genes afetados 
por deleções, a exemplo do que ocorre na distrofia muscular 
progressiva. 
 
 
Segundo o fluxo da informação genética DNA—RNA— 
proteínas, a sequência de nucleotídeos presentes em um gene 
será transcrita em uma molécula de RNAm, a qual será 
traduzida em proteína. 
Esta sequência origina a ideia de que, para cada gene, uma 
proteína é produzida. Entretanto, como veremos, existem 
alguns pré-RNAs que podem ser processados por mais de uma 
forma, dando origem a RNAm alternativos. Esse processo 
denomina-se processamento ou 
splicing alternativo. 
Assim, podemos concluir que a partir de um gene, mais de uma 
proteína pode ser formada. Estudos apontam que cerca de 
60% dos genes presentes no genoma humano podem ser 
processados de forma alternativa, gerando, portanto, mais de 
uma proteína por gene. 
O processamento alternativo pode acontecer de diversas 
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formas, podendo-se observar a extensão de éxons ou mesmo 
omissão. Em alguns, os íntrons são mantidos ao invés de 
serem eliminados, elevando a diversidade de proteínas 
produzidas. 
Como a regulação da expressão gênica pode ter impacto na 
etiologia de doenças? 
Diagnósticos moleculares de distúrbios aparentemente devidos 
a defeitos genéticos ou genômicos ainda necessitam de maior 
número de casos investigados, apesar do grande número de 
estudos projetados para descobrir defeitos nas regiões 
codificadoras de proteínas do genoma. 
Existe um aumento crescente de estudos para pesquisar 
defeitos em regiões do genoma não codificadoras e alterações 
na expressão gênica. 
 
 
Terapia gênica 
Antes de prosseguirmos, é importante esclarecer o que 
significa o termo terapia gênica. 
A terapia gênica consiste, basicamente, na manipulação ou 
correção da expressão gênica em células-alvo ou, ainda, a 
transferência de genes para células com finalidade terapêutica. 
Comentário! 
Em 1990, o uso da terapia gênica em seres humanos foi iniciado. Àquela 
época, o objetivo foi o tratamento de uma paciente com 
imunodeficiência letal, causada pela deficiência da enzima adenosina 
deaminase, cujo papel está envolvido no metabolismo de purinas, 
existindo, em grande quantidade, em linfócitos e monócitos ativados, 
sobretudo linfócitos T helper. Nesse caso, a paciente recebeu uma 
transfusão de linfócitos geneticamente corrigidos e cuja expressão do 
transgene foi de longa duração. 
Sem dúvida alguma, os avanços da Biologia Molecular 
associados às ferramentas de Bioinformática, nas últimas duas 
décadas, contribuíram muito para o desenvolvimento de técnicas 
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de transferência de genes visando corrigir ou repor a expressão 
de determinado gene defeituoso. 
Na próxima aula, veremos como elaborar um desenho 
experimental destinado à análise de amostras de DNA e RNA, de 
forma a obter resultados confiáveis para análises de 
Bioinformática. 
 
ATIVIDADES 
 
1. Pensando na importância do conceito do dogma central da 
Biologia Molecular, assinale a opção que retrata a relação entre 
tal dogma e a influência sobre a expressão gênica: 
a) Segundo o dogma central da Biologia Molecular, o fluxo da 
informação genética pode ocorrer de forma independente em 
relação às moléculas envolvidas— DNA, RNA e proteínas. 
 
b) As condições em que cada produto gênico é produzido não 
impacta no conhecimento sobre determinado organismo. 
 
c) Existem diversos passos após a produção do RNA nos quais a 
expressão gênica pode ser regulada. 
 
d) De acordo com o fluxo da informação genética, cada pré-
RNAm obtido será processado por uma única forma. 
 
e) Nenhuma das respostas anteriores. 
 
 
 
 
2. Assinale a alternativa correta sobre a relaçãoentre regulação 
da expressão gênica e o surgimento de doenças: 
a) O controle transcricional está relacionado ao processamento 
do pré-RNAm. 
 
b) A última etapa do processamento do pré-RNAm é chamada 
de splicing, onde são removidos os íntrons e unidos os éxons. 
 
c) Erros no splicing não apresentam consequências para a 
obtenção de proteínas funcionais. 
 
d) Não há relação entre erros nos processos de regulação gênica 
e o surgimento de doenças. 
 
e) A última etapa do processamento do pré-DNA é chamada 
de splicing. 
 
 
 
 
3. As técnicas modernas de sequenciamento e análise de 
proteínas proporcionaram a identificação e a análise de genomas 
completos, além dos perfis de expressão de genes sob 
determinada condição. Nesse contexto, é incorreto afirmar que: 
a) Genômica é o nome dado a um ramo da Bioquímica ou 
Biologia Molecular que estuda o genoma completo de um 
organismo. 
 
b) A análise do perfil global de expressão gênica é conhecida 
como transcriptoma. 
 
c) A análise sistemática das proteínas presentes em determinada 
situação recebe o nome de Proteômica. 
 
d) A genômica funcional é um ramo da Biologia Molecular cujo 
objetivo principal é entender a relação entre o genoma de um 
organismo e seu fenótipo. 
 
e) Entende-se por genômica o ramo da genética que aplica a 
tecnologia do DNA recombinante e os métodos de 
sequenciamento de DNA sem utilizar a Bioinformática, para 
sequenciar, montar e analisar a função e a estrutura dos 
genomas dos diferentes organismos. 
 
Bioinformática 
Aula 4: Pesquisa, material genético e a Bioinformática 
 
Pesquisa científica experimental em Bioinformática 
Todos os avanços que observamos até hoje nas áreas da 
Saúde, economia, ambiental, transportes, assim como em outras 
áreas, são frutos de pesquisas científicas. 
 
A pesquisa científica é a forma universal de se obter novos 
conhecimentos que são baseados em fatos e não no senso 
comum. Ela pode ser conduzida de formas diferentes 
dependendo do seu objetivo e contexto. 
 
 
Exemplo 
Uma pesquisa científica pode ser realizada, por exemplo, a partir de 
buscas teóricas realizadas em livros, artigos, revistas ou pode ser mais 
laboriosa, necessitando de laboratórios equipados para ser realizada. 
 
Pesquisa científica na área de Bioinformática 
Para se iniciar uma pesquisa científica na área de 
Bioinformática, o primeiro passo a se pensar é no desenho 
experimental para produzir resultados confiáveis. 
Mas o que vem a ser desenho experimental? 
O desenho experimental seria uma espécie de roteiro que é 
seguido pelo pesquisador para conduzir a pesquisa de acordo 
com o objetivo da mesma, com o intuito de obter resultados 
estatisticamente confiáveis. 
Na área da Bioinformática, as pesquisas científicas são 
classificadas como experimentais, ou seja, são pesquisas que 
têm como finalidade testar hipóteses de causa e efeito 
estabelecidas pelo pesquisador e, para isso, é necessário 
selecionar a população, controles e as variáveis que serão 
manipuladas. 
Achou confuso? Vamos a um exemplo. 
Exemplo 
Um estudo científico realizado na África, região endêmica para malária, 
mostrou que uma determinada população com anemia falciforme não 
adquiria malária. Neste exemplo, existe uma relação causal entre os 
eventos: Ausência de malária e presença de anemia falciforme. A 
ausência de malária seria o efeito enquanto a possível causa seria a 
presença de anemia falciforme. 
Desenho de uma pesquisa experimental 
Vamos, agora, pensar em alguns passos do desenho de uma 
pesquisa experimental que devem ser seguidos de acordo com a 
sua ordem de execução: 
 
1 
Estabelecer uma idéia de relação causa-efeito. 
 
 
2 
Estanbelecer hipóteses que serão testadas. 
 
 
3 
Determinar a população e as variáveis que serão manipuladas. 
 
 
4 
Executar o experimento e observar os resultados. 
 
 
5 
Formular aas conclusões sobre a hipótese estabelecida. 
 
 
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Você deve agora estar se questionando sobre todos esses 
passos. Calma, explicaremos cada um deles! 
 
.Estabelecendo uma ideia de relação causa-efeito. 
Para iniciarmos o desenho de uma pesquisa experimental em 
Bioinformática, é necessário mais do que estabelecer a relação 
de causa-efeito entre eventos. 
 
.Trabalhando com hipóteses. 
Nos estudos experimentais, geralmente temos duas hipóteses, 
a nula e a alternativa. 
O objetivo de um experimento é achar evidências que 
possibilitem aceitar a hipótese alternativa e recusar a hipótese 
nula. 
 
Hipótese nula 
É definida como aquela que declara que não existe uma relação 
de causa-efeito no experimento. 
 
 
Hipótese alternativa 
É definida como aquela que declara que existe uma causa-efeito 
no experimento. 
 
Agora que você já sabe a diferença dos dois tipos de hipótese, 
se fôssemos nos basear no estudo da anemia falciforme x 
malária, qual seria a hipótese nula e a alternativa? 
 
Se você pensou que a hipótese alternativa seria “a presença de 
anemia falciforme protege contra a malária” e a hipótese nula 
seria “a presença de anemia falciforme não protege contra a 
malária”, você acertou! 
Se você conseguiu formular corretamente as duas hipóteses, é 
porque você conseguiu visualizar a importância de pensar nas 
duas possibilidades como o desfecho do estudo. 
 
.Definindo a população de estudo e as variáveis 
manipuladas. 
 
Uma vez que nós temos as hipóteses estabelecidas, o próximo 
passo é definirmos a nossa população de estudo. 
A seleção da população de estudo é a etapa crucial para a 
garantia dos resultados confiáveis. Existem várias maneiras 
diferentes de selecionar a população que será estudada, já que 
não raro é necessário fazer uma amostragem da população, ou 
seja, selecionar alguns participantes pela impossibilidade de 
recrutar todos. 
Independentemente da maneira pela qual a seleção é feita, o 
mais importante é que a amostragem seja representativa da 
população que será estudada. 
 
Seguindo a hipótese nula e alternativa elaborada no caso do 
estudo da anemia falciforme x malária, qual é a nossa 
população de estudo? 
Se você respondeu pessoas com anemia falciforme, você 
acertou em parte. 
Para provarmos a hipótese alternativa, nós precisamos verificar 
a ausência de malária em pessoas com anemia falciforme e 
a presença de malária em pessoas sem anemia falciforme. 
Além disso, precisamos verificar se existem pessoas com 
anemia falciforme e com malária além de pessoas sem anemia 
falciforme e sem malária (saudáveis embora expostos). 
Entendeu agora quem é a nossa população? 
Outra etapa importante atrelada aos estudos experimentais em 
Bioinformática é pensar nas variáveis do estudo. Existem 
basicamente dois tipos de 
variáveis: Independentes e dependentes. 
 
• Variáveis independentes 
As variáveis independentes são aquelas que influenciam ou 
afetam outras variáveis. Desta forma, este tipo de variável é 
utilizado pelo pesquisador para avaliar a causa da presença ou 
não do efeito. 
• Variáveis dependentes 
As variáveis dependentes são aquelas que são influenciadas 
pelas independentes. Assim, este tipo de variável pode aumentar, 
diminuir, aparecer ou desaparecer, de acordo com o estímulo da 
variável independente. 
 
Exemplo 
Voltando ao exemplo da anemia falciforme e da malária, estudos 
mostram que a presença de mutação na cadeia da hemoglobina causa a 
anemia falciforme que está presente em indivíduos sem malária. Neste 
exemplo, uma variável independente pode ser a mutação e a dependente 
seria a malária. Entendeu? 
 
.Executando o experimento e observando os resultados. 
Após identificar uma situação-problema, estabelecer a 
hipótese, identificar as variáveis de estudos e selecionar a 
população, a pesquisa científica experimental começará de vez. 
Uma vez que todos os critérios apresentados acima foram bem 
definidos, a pesquisa em Bioinformática pode ser conduzida no 
intuito de gerar bons resultados contribuindo para o 
desenvolvimento deinovações na área da Saúde. 
 
.Formulando as conclusões sobre a hipótese estabelecida. 
Após a obtenção dos resultados, ainda pode ser necessário 
validá-los de forma estatística com o intuito de fortalecer os 
resultados encontrados. 
Só assim o trabalho científico, que inclui também o trabalho em 
Bioinformática, vai apresentar a robustez necessária e 
confiabilidade. 
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Transporte e armazenamento de amostras destinadas à 
extração de ácidos nucleicos 
Quando uma pesquisa experimental em Bioinformática é 
iniciada, é necessário ter em mente que a população recrutada 
irá prover a molécula-alvo do estudo a partir da coleta de 
espécimes clínicos. 
Nas pesquisas de Bioinformática nas quais os alvos são 
moléculas de ácidos nucleicos, diferentes espécimes clínicos 
podem ser utilizados. A escolha dependerá do objetivo da 
pesquisa. 
 
Se o objetivo é avaliar a presença de mutações específicas no 
DNA de células de tumor hepático, é necessário fazer a coleta de 
uma amostra de tecido do tumor, e não coletar uma amostra do 
sangue do paciente. Como a amostra foi coletada, o transporte e 
o armazenamento da mesma devem ser realizados com certos 
cuidados, a fim de garantir a qualidade do material que será 
utilizado. 
 
 
 
Quando o objetivo é avaliar o RNA, cuidados extras devem ser 
tomados, pois esta molécula é instável e facilmente é degradada. 
Assim, são realizados cuidados especiais já na coleta, como o 
uso de estabilizadores.Os estabilizadores protegem o RNA da 
ação das RNase, dando mais estabilidade à amostra, eliminando 
a necessidade de processá-la imediatamente ou congelá-la. 
 
Os espécimes clínicos que podem ser utilizados como fonte de 
ácidos nucleicos são muitos. Por exemplo: Sangue aspirado de 
medula, tecido, células bucais, urina, líquor, fezes e outros. 
Vamos falar como transportar e armazenar alguns desses 
espécimes para garantir a integridade do ácido nucleico que será 
posteriormente extraído. 
• Amostras de sangue 
As amostras de sangue coletadas podem ser centrifugadas 
para a obtenção do soro ou plasma. Esses espécimes podem ser 
armazenados em geladeira (2-8ºC) por até oito dias ou podem 
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ser congelados por bastante tempo. 
 Para obtenção tanto do RNA quanto do DNA, a amostra deve 
ser mantida congelada a -20ºC. O sangue total é estável à 
temperatura ambiente por até 24h para obtenção do DNA, e para 
a extração do RNA, ele deve ser mantido a -20ºC. As amostras 
de sangue total, soro ou plasma que serão destinadas à extração 
de ácidos nucleicos devem ser transportadas congeladas em 
caixas isotérmicas com gelo seco, evitando o ciclo de 
descongelamento. 
 
• Aspirado de medula 
A obtenção do aspirado de medula deve ser feita com agulha 
específica com o EDTA. Quando a amostra for destinada à 
extração de RNA, ela deve ser imergida imediatamente em 
solução estabilizadora e armazenada a -70ºC, se a extração não 
for realizada o mais breve possível. 
 Para a extração de DNA, o aspirado de medula pode ser 
armazenado em geladeira por até 72h. Caso o processamento 
ocorra posteriormente, é recomendado armazenar a amostra no 
freezer a -20ºC. O transporte de aspirado de medula deve ser 
realizado com gelo triturado, se a amostra estiver descongelada 
ou em gelo seco, se a amostra estiver congelada. 
 
• Amostras de tecidos 
As amostras de tecidos são geralmente utilizadas para 
extração de ácidos nucleicos em situações pontuais quando há 
necessidade especificamente de um tipo de genótipo celular. 
 A coleta é invasiva e conhecida como biópsia. Este 
procedimento deve ser realizado por médico capacitado. Para a 
obtenção do DNA, o material coletado deve ser imediatamente 
resfriado após a coleta. O transporte pode ser efetuado em caixa 
isotérmica com gelo triturado e o armazenamento pode ser feito 
em geladeira por até 24h, no freezer a -20ºC, por até 14 dias ou 
no freezer a -70ºC, por até dois meses. 
 Para a obtenção do RNA, as amostras de tecidos devem ser 
imergidas imediatamente em solução estabilizadora, podendo, 
assim, ser transportadas resfriadas em gelo triturado. O 
armazenamento deve ser feito em baixas temperaturas, com 
intuito de diminuir ou paralisar o metabolismo celular, já que o 
RNA é muito instável. Desta forma, as amostras podem ser 
mantidas em freezer a -70ºC ou por tempos maiores, em 
nitrogênio líquido (-196,1ºC). 
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• Células bucais 
As células bucais são excelentes fontes de DNA e RNA e o 
procedimento de coleta empregado nesse caso não é invasivo. A 
obtenção das células bucais pode ser realizada por meio da 
raspagem ou swab e também por meio de bochecho. É 
importante que, para obtenção do RNA, a amostra seja misturada 
após a coleta com a solução estabilizadora. As amostras de 
células bucais podem ser transportadas em temperatura 
ambiente e apresentam estabilidade nesta temperatura por até 
uma semana. 
 
Extração de ácidos nucleicos 
Até então, aprendemos sobre os primeiros passos de 
como começar uma pesquisa em Bioinformática. A partir 
de agora, falaremos sobre como obter os ácidos nucleicos 
a partir das amostras coletadas da população de estudo. 
Extrair os ácidos nucleicos é um processo primordial, uma vez 
que eles são as moléculas-alvos que serão analisadas no estudo 
de Bioinformática. 
.Imunidade humoral. 
A extração de ácidos nucleicos nada mais é do que um 
processo de separação destes de todos os outros componentes 
celulares. Esses procedimentos têm como objetivo remover 
impurezas e substâncias inibidoras da amostra para que se 
obtenha sucesso na realização das técnicas moleculares que 
precedem as análises da Bioinformática. 
Para que ocorra a extração, é necessário utilizar reagentes 
químicos com propriedades que beneficiem essa separação 
combinados com o processo de centrifugação. 
Existem diferentes protocolos de extração de ácidos nucleicos, 
utilizando reagentes diversos. Alguns procedimentos podem ser 
realizados de forma manual e outros automatizados. Entre os 
protocolos mais conhecidos, estão os protocolos à base de fenol-
clorofórmio, isotiocianato de guanidina ou sílica. 
Independentemente do protocolo, o processo de extração pode 
ser dividido basicamente em três etapas: 
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1 
Lise das membranas lipídicas. 
 
2 
Precipitação das proteínas. 
 
3 
Precipitação do DNA. 
 
 
Extração com base no fenol-clorofórmio 
Agora, focaremos em um protocolo de extração que utiliza como base o 
fenol-clorofórmio! 
Como você deve lembrar, os ácidos nucleicos (DNA e RNA) estão dentro do 
núcleo celular. Desta forma, para acessar essas moléculas, é necessário o 
rompimento da membrana plasmática celular e da membrana nuclear. O 
rompimento e a retirada dos lipídios das membranas são realizados na 
primeira etapa da extração pela ação de substâncias detergentes como 
brometo de cetiltrimetilamômio (CTAB). 
A centrifugação, nesta etapa, também é muito importante, pois após este 
processo, os debris lipídicos são removidos. Na fase de lise, o ácido 
etilenodiaminotetracético (EDTA) também é utilizado. Este ácido é um 
agente quelante de íons bivalentes que funcionam como cofator de 
DNases. Desta forma, elas são inibidas. 
Após a liberação do ácido nucleico, a molécula deverá ser separada dos 
demais componentes contaminantes da amostra: As proteínas. Para 
efetuar a retirada e inativação das proteínas, é necessário o tratamento 
da amostra com uma série de substâncias como: Fenol-clorofórmio ou 
trizol (desnaturam proteínas), proteinase K (inativa nucleases), NaCl 
(rompem as ligações iônicas da cadeia proteica) e outras. 
O fenol-clorofórmio exerce o papel