Biologia Molecular Aplicada à Biotecnologia

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ESTRUTURA E 
FUNCIONAMENT 
O DA EXPRESSÃO 
GÊNICA 
Professor (a) : 
Dra. Carolina Galvão Sarzedas 
Objetivos de aprendizagem 
• Definir os dois principais ácidos nucléicos, caracterizando o DNA e os subtipos de RNA. 
• Mostrar os processos envolvidos na replicação do DNA e na transcrição do DNA em RNA. 
• Mostrar o processo de tradução do mRNA em proteínas que serão usadas em diversos processos 
celulares. 
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Plano de estudo 
A seguir, apresentam-se os tópicos que você estudará nesta unidade: 
• Ácidos nucléicos 
• Replicação e transcrição do DNA 
• Síntese proteica (tradução) 
Introdução 
Caro(a) aluno(a), 
Você lembra de Charles Darwin e seu livro “A origem das espécies”? 
Não, não, você não está na disciplina errada. Nosso assunto principal é a bioquímica e a biologia molecular, 
porém, o estudo dos genes foi tão revolucionário para a humanidade quanto a teoria de Darwin sobre a 
origem das espécies. Isso é só para você perceber o quão importante é o DNA e o RNA para o 
entendimento de diversas funções celulares e para a manutenção da vida. 
Explicar a transmissão da informação gênica mostra a evolução da bioquímica e da biologia molecular ao 
longo das últimas décadas. Estudar algo que os olhos não veem, como o DNA, o RNA e as proteínas, é um 
desafio. Entender como a informação é armazenada e como as células usam essa informação traz à tona 
algumas das questões mais fundamentais da ciência, que é sobre a estrutura e função das células. 
Encontraremos nas próximas páginas respostas para questões como: “qual é a natureza molecular do 
material genético?” Ou “como a informação gênica é expressa em uma variedade de células vivas?” 
As descobertas relativas à informação genética é uma convergência de disciplinas como química, física e 
biologia. Cada uma contribuindo à sua maneira para responder ao dogma central da biologia molecular, 
que é a utilização da informação gênica por meio dos processos de replicação, transcrição e tradução. 
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A complexidade da biossíntese das macromoléculas, a montagem dos ácidos nucléicos e das proteínas é o 
que mantém a preservação das espécies e das gerações. O milagre da divisão celular traz consigo uma 
cópia fidedigna do DNA original. A transcrição do DNA produz um RNA que possui uma mensagem na sua 
sequência de bases, e a tradução faz a leitura da mensagem, em forma de proteína. Um erro em qualquer 
etapa pode trazer doenças cromossômicas ou pode ser fatal. 
Avançar 
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ÁCIDOS NUCLÉICOS 
Você já parou para pensar que perfeição é nossa multiplicação do DNA? É tão simétrico e perfeito... No 
entanto, precisamos algumas definições importantes antes de chegarmos até a complexidade desses 
processos. 
Vamos começar nos perguntando: O que são os genes? 
São longos segmentos de DNA em forma de dupla-hélice situados dentro dos cromossomos e também 
conhecidos como nosso material hereditário, ou genético 
A sequência de bases de um DNA não só especifica a sequência de aminoácidos como 
também determina as atividades de uma proteína. Esse processo é mediado por um 
tipo de ácido nucléico chamado RNA e pode ser denominado o mecanismo essencial da 
vida. 
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Ácidos nucléicos 
Podemos identificar em diferentes níveis de estrutura: a primária é a ordem das bases na sequência de 
polinucleotídeos; a secundária é a conformação tridimensional do esqueleto da molécula; e a terciária é o 
superenrolamento da molécula. 
O ácido desoxirribonucléico (DNA) e o ácido ribonucléico (RNA) são nossos dois tipos de ácidos nucléicos 
e possuem semelhanças e diferenças essenciais, como veremos a seguir. 
Os nucleotídeos são as unidades de ácidos nucléicos e são constituídos de três partes: uma base 
nitrogenada, um açúcar (pentose) e um fosfato, todos unidos por ligação covalente. A ordem dessas bases 
nitrogenadas no DNA vai produzir a sequência correta de aminoácidos das proteínas das células. 
As bases nitrogenadas (ou nucleobase) podem ser de dois tipos: 
• Pirimídicas (compostos aromáticos de um anel): 
• Citosina- presente no DNA e no RNA. 
• Timina- presente apenas no DNA. 
• Uracila- presente apenas no RNA 
• Púricas (compostos aromáticos de dois anéis): 
• Adenina- presente no DNA e RNA. 
• Guanina- presente no DNA e RNA. 
A pentose ou açúcar podem ser β-D-desoxiribose e pertencer ao DNA ou ser β Dribose e pertencer ao 
RNA. 
O fosfato é comum aos dois ácidos nucléicos. 
Entretanto, veja bem! Quando estão sem o grupo fosfato são chamados de nucleosídeos, só quando o 
fosfato é esterificado com uma hidroxila da pentose é que passam a ser chamados de nucleotídeos. 
Somente depois da polimerização dos nucleotídeos, temos os ácidos nucléicos (DNA e RNA). 
Os resíduos de nucleotídeo dos ácidos nucléicos são numerados a partir da extremidade 5`, que 
normalmente carrega um grupo fosfato, até a extremidade 3`, que possui uma hidroxila livre. O esqueleto 
açúcar-fosfato vai se repetindo por toda a extensão da cadeia do ácido nucléico, deixando claro que o 
mais importante é a identidade das base (CAMPBELL; FARRELL, 2007). 
Estrutura do DNA 
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Desde 1868 pesquisadores investigam sobre a bioquímica do DNA, sua estrutura e capacidade de 
transmitir as nossas informações hereditárias. Fascinante, não? Muitas evidências levaram a concluir que 
a molécula de DNA consistia em duas cadeias de polinucleotídeos que enroladas uma na outra formavam 
uma hélice. 
Mas o que mantém as cadeias opostas unidas? Esse alinhamento é mantido através de pontes de 
hidrogênio entre as bases. As cadeias estendem-se em direções antiparalelas, uma de 3`para 5`e outra de 
5`para 3`. 
Figura 1 - Dupla hélice de DNA 
Fonte: Blog do Enem ([2018], on-line)¹. 
As duas cadeias de DNA são chamadas de fitas completares porque o pareamento da base ocorre em toda 
extensão da dupla hélice e é complementar. A adenina pareia com a timina através de duas pontes de 
hidrogênio, e a guanina com a citosina através de três pontes de hidrogênio. Por serem complementares, 
as proporções de adenina-timina (A-T) são iguais, assim como, a de guanina-citosina (G-C). 
O DNA de células eucarióticas é um complexo formado por várias proteínas com cadeias laterais com 
carga positiva que são atraídas pela carga negativa do grupo fosfato, que favorece a formação de 
complexos chamados cromatina. O superenovelamento da cromatina forma histonas-proteínas, que 
possuem grande número de aminoácidos básicos, como lisina e arginina. Podemos comparar a cromatina a 
um colar de contas, refletindo a composição molecular do complexo DNA-proteína, em que cada conta do 
colar é um nucleossomo,que nada mais é do que o DNA envolto em um núcleo de histona (WATSON; 
CRICK, 1953). 
Figura 2 - Superenrolamento do DNA 
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Fonte: Ebah ([2018], on-line)² 
O empilhamento das bases na conformação nativa do DNA contribui com a maior parte da energia de 
estabilização. Para romper as pontes de hidrogênio e as interações do empilhamento e, assim, desnaturar 
o DNA, é preciso acrescentar energia ao complexo do DNA em solução, que pode ser feito através de 
aquecimento. 
Como A-T são unidas por duas pontes de hidrogênio e G-C são unidas por três pontes, podemos supor que 
para separar moléculas ricas em G-C maior será a temperatura de fusão. Para reverter a renaturação do 
DNA desnaturado, pode ser feito um resfriamento lento. (CAMPBELL; FARRELL, 2007). 
Estrutura e tipos de RNA 
Nos processos vitais das células encontramos seis tipos de RNA com importantes funções. Os vários tipos 
de RNA participam da síntese de proteínas em uma série de reações controladas pela sequência de bases 
do DNA da célula. 
Não podemos começar a falar do RNA sem deixar claro que é o DNA quem determina as sequências de 
bases de todos os tipos de RNA, em um processo chamado transcrição. 
Segundo Jacob e Monod (1961), são tipos de RNA: 
• RNA transportador (tRNA): é o menor dos 3 tipos mais importantes de RNA. Diferentes tipos de tRNA 
podem ser encontrados em cada célula viva, porque é preciso 1 tRNA específico para cada aminoácido. A 
cadeia de tRNA é fita simples e contém entre 73 e 94 resíduos de nucleotídeos de extensão. É conhecido 
por ter sua estrutura secundária parecida com um trevo. Durante a síntese protéica, tanto o tRNA quanto 
mRNA são ligados ao ribossomo em um arranjo espacial definido que garante a ordem correta dos 
aminoácidos na cadeia polipeptídica 
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• RNA mensageiro (mRNA). É o menos abundante dos principais tipos de RNA. Na maioria das células, 
não constitui mais de 5 a 10% do RNA celular total. As sequências de bases no mRNA especificam a ordem 
dos aminoácidos nas proteínas. Em células que se multiplicam rapidamente, são necessárias muitas 
proteínas em um curto intervalo de tempo, sendo necessário uma rápida reciclagem na síntese proteica. 
Com isso, podemos supor que o mRNA se forma quando necessário, direciona a síntese de proteínas e é 
degradado para que os nucleotídeos possam ser reciclados. Dos principais tipos de RNA, o mRNA é o que 
normalmente recicla mais rapidamente na célula. Tanto o tRNA quanto o rRNA podem ser mantidos 
intactos por muitos ciclos de síntese proteica. 
• RNA ribossômico (rRNA): as moléculas tendem a ser bastante grandes, e poucos tipos estão presentes 
em uma célula, podendo contribuir com 65% do peso da organela. Tanto nos procariotos quanto nos 
eucariotos, um ribossomo consiste em duas subunidades, sendo uma maior do que a outra. A subunidade 
menor consiste em uma molécula de RNA grande e em torno de 20 proteínas diferentes; a subunidade 
maior consiste em duas moléculas de RNA em procariotos (3 em eucariotos) e cerca de 35 proteínas 
diferentes em procariotos (cerca de 50 em eucariotos). Um ribossomo E. coli normalmente possui um 
coeficiente de sedimentação de 70s e quando se dissocia, produz uma subunidade leve de 30s e uma 
subunidade pesada de 50s. 
• RNAs nucleares pequenos : encontrados apenas no núcleo das células eucarióticas, e são diferentes dos 
outros tipos de RNA. Estão envolvidos no processamento dos produtos de transcrição iniciais do mRNA 
até a forma madura, adequada para ser exportada do núcleo até o citoplasma para a tradução. 
• Micro RNAs e RNAs curtos interferentes : são os principais participantes na interferência de RNA 
(RNAi), um processo que foi descoberto pela primeira vez em vegetais e posteriormente em mamíferos, 
incluindo os seres humanos. A RNAi causa a supressão de certos genes. 
• RNA nuclear pequeno (snRNA) : é molécula de RNA descoberta mais recentemente que é encontrado 
no núcleo das células eucarióticas. Esse tipo de RNA é pequeno, possui cerca de 100 a 200 nucleotídeos 
de extensão. Na célula, ele é combinado a proteínas formando partículas de ribonucleoproteína nuclear 
pequenas (snRNPs) cuja função é ajudar no processamento do mRNA inicial transcrito a partir do DNA 
em uma forma madura que está pronta para ser exportada para fora do núcleo. Nos eucariotos, a 
transcrição ocorre no núcleo, mas como a maior parte da síntese protéica ocorre no citosol, o mRNA tem 
de ser exportado primeiro. 
Uma abordagem recente para imunização tem usado DNA contendo uma sequência do 
genoma do patógeno. Esse DNA é tipicamente um plasmídeo bacteriano, engenheirado 
para incluir a sequência de uma proteína antigênica do patógeno. Esse DNA pode 
entrar em vários tipos de células, e pode ser expresso lá usando a maquinaria celular de 
transcrição e tradução. Nesse sentido, vacinas de DNA atuam de modo semelhante ao 
vírus, porém esses DNAs contém uma limitada quantidade de informação genética e 
não se tornarão infecciosos. Essa abordagem é muito promissora para o 
desenvolvimento de vacinas efetivas contra doenças sem tratamento e HIV/AIDS, 
tuberculose e malária. 
Fonte: Kutzler e Weiner (2008) 
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REPLICAÇÃO E TRANSIÇÃO DO 
DNA 
Como o próprio nome já diz, replicar, multiplicar etc. significa fazer cópias de si mesmo. Podemos imaginar 
que acontece quando a célula precisa se multiplicar e assim, passar seu DNA para as células filhas. Vamos 
ver com mais detalhes esse processo. 
Replicação ou biossíntese de ácidos nucléicos 
Já sabemos que a sequência de bases do DNA contém todas as nossas informações genéticas e que, 
durante a multiplicação celular, quando as células se dividem para originar células filhas, o DNA se duplica 
em um processo denominado replicação. 
A célula enfrenta 3 importantes desafios ao passar pelas etapas necessárias à replicação: 
1. A dupla fita do DNA é enrolada uma na outra, então, é preciso que as partes sejam desenroladas para 
depois serem separadas. Ainda é necessário que as partes desenroladas sejam protegidas da ação de 
nucleases que atacam o DNA de fita simples. 
2. A fitas são antiparalelas, então a síntese tem que ocorrer na mesma direção em moldes antiparalelos, da 
extremidade 5` até a 3`, a síntese de DNA da extremidade 5` até a 3`. 
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3. Garantir que as bases corretas sejam adicionadas à cadeia de polinucleotídeos que está sendo 
replicada. 
A replicação é chamada de semiconservativa. Por que? 
Porque envolve a separação das duas fitas originais e a produção de duas novas fitas tendo as originais 
como molde, então, cada nova molécula de DNA contém um fita original e uma fita recém-sintetizada. 
Durante o processo de replicação, a dupla hélice do DNA se desenrola a partir de um ponto específico 
chamado de origem da replicação ( OriC em E.coli ). São sintetizadas novas cadeias de polinucleotídeos 
usando cada uma das fitas expostas como molde. Pode-se dizer que a síntese do DNA é bidirecional na 
maioria dos organismos, com exceção de alguns vírus e plasmídeos. 
Para cada origem de replicação, há dois pontos (forquilhas de replicação) em que novas cadeias de 
polinucleotídeos são formadas. 
A partir da separação das fitas originais, uma fita nova é formada continuamente (fita contínua) desde sua 
extremidade 5` até sua extremidade 3`. 
A outra fita (a fita descontínua) é formada de modo semidescontínuo em pequenos fragmentos chamados 
de fragmentos de Okazaki. A extremidade 5` de cada um desses fragmentos fica mais próxima da 
forquilha de replicação do que a extremidade 3`. Esses pequenos fragmentos de DNA formados são 
ligadospor uma enzima chamada DNA ligasse. 
Podemos dizer que DNA polimerase é uma família de enzimas responsáveis por catalisar a adição de cada 
nucleotídeo novo à cadeia em crescimento em diferentes momentos. Duas importantes considerações a 
respeito do efeito de qualquer uma das polimerases são: a velocidade da reação sintética e a 
processividade, que é o número de nucleotídeos ligados antes de a enzima se dissociar do molde. 
A polimerase I é composta por uma única cadeia de polipeptídeos, mas as polimerases II e III são proteínas 
com multissubunidades que compartilham algumas subunidades comuns. 
A polimerase II não é necessária para a replicação; é uma enzima exclusiva para reparo. 
A polimerase III consiste em uma enzima principal responsável pela atividade de polimerização e pela 
atividade 3’ exonucleásica que permite que as subunidades β formem um grampo em torno do DNA em 
que desliza ao longo dele durante o processo de polimerização. 
Mas foi descoberto que as DNAs polimerases não podem catalisar a síntese desde seu início. Para isso, 
adicionou-se as DNAs polimerases, um molde de DNA de fita simples e os desoxinucleotídeos trifosfatos 
necessários para fazer uma fita de DNA, não aconteceu nenhuma reação. Descobriu-se que as três 
enzimas precisam da presença de um primer, uma fita curta de oligonucleotídeo à qual a cadeia crescente 
de polinucleotídeos é anexada de forma covalente nos primeiros estágios da replicação. Na replicação 
natural esse primer é o RNA (CAMBELL; FARRELL, 2007). 
O primer (RNA) fica ligado ao molde (DNA) por pontes de hidrogênio e oferece uma estrutura estável a 
partir da qual a cadeia nascente pode começar a crescer. 
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Com o auxílio de uma enzima chamada DNA girase (topoisomerase classe II), o DNA relaxado é 
convertido em uma fita super enovelada, para isso, ocorre um corte (quebra da cadeia), produção do 
superenovelamento, e esse corte é selado, tudo isso, utilizando energia fornecida pela hidrólise do ATP. 
A enzima primase, como o próprio nome sugere, catalisa a síntese de um RNA primer (LODISH et al. 
2003). 
Difícil gravar o nome de tanta enzima? Presta bastante atenção nos nomes delas: ligase: faz ligação; 
polimerase: faz polimerização; girase: faz girar; e primase: faz primer. Mais fácil, né!? 
A replicação do DNA ocorre somente uma vez a cada geração em cada célula. É de suma importância que 
a fidelidade do processo de replicação seja a mais alta possível para evitar mutações, que são erros no 
processo de replicação. 
Esses erros podem ocorrer de maneira espontânea (uma vez em cada 109 a 1010 pareamento de bases), 
por isso, é importante manter um sistema de correção de erros, ou seja, um mecanismo que faça revisão e 
remoção nucleotídeos incorretos. Essa remoção de nucleotídeos precisa ser feita imediatamente após 
serem adicionados de maneira incorreta ao DNA crescente. A Polimerase I contém como dois fragmentos 
principais responsáveis pela atividade de polimerase e de revisão. 
A DNA polimerase I usa sua atividade exonucleásica 3’ para remover o nucleotídeo incorreto. A replicação 
reinicia quando o nucleotídeo correto é adicionado, também pela DNA polimerase I (CAMPBELL; 
FARRELL, 2007). 
Transcrição do código genético 
Para que as informações genéticas sejam utilizadas, ou seja, passem informações, é necessário que uma 
das fitas de DNA seja transcrita em uma sequência complementar de RNA. 
O processo de transcrição produz todos os tipos de RNA, mas vamos com calma. Entendendo o processo 
e o uso das enzimas. 
Já vimos que o DNA possui duas fitas, mas somente uma serve de molde para a síntese do RNA, é a 
chamada fita-molde, pois como o próprio nome diz, é ela quem vai direcionar a síntese do RNA. A outra 
fita é conhecida como fita codificadora, pois sua sequência de DNA será idêntica à sequência de RNA 
gerada (com exceção de U substituindo T) 
A RNA polimerase é a responsável pela leitura desse molde da extremidade 3’ para 5’. O núcleo da enzima 
da RNA polimerase é ativado cataliticamente, porém, falta especificidade. O núcleo da enzima irá 
transcrever sozinho as duas fitas de DNA, quando somente uma das fitas contiver as informações no 
gene. A holoenzima da RNA polimerase se liga a sequências específicas de DNA e transcreve somente a 
fita correta. 
Até os organismos mais simples possuem grande quantidade de DNA que não é transcrito, por isso, a RNA 
polimerase deve possuir uma maneira de identificar qual das duas fitas é a fita-molde, que trecho da fita 
deve ser transcrito e onde está localizado o primeiro nucleotídeo do gene a ser transcrito. Muitas funções 
importantíssimas, certo? 
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Para dar início ao processo de transcrição, é preciso de promotores, que nada mais são do que sequências 
de DNA que fornecem direção para a RNA polimerase. O RNA é formado da extremidade 5’ para a 3’, mas 
a região promotora e que a RNA polimerase vai se ligar, está mais próxima da extremidade 3`da fita molde. 
Como resolver? A polimerase, então, se move ao longo da fita-molde da extremidade 3`para a 5` 
(CAMPBELL; FARRELL, 2007). 
Vamos por partes, dividindo o processo de transcrição em fases, facilita o seu estudo. 
1. Iniciação da cadeia: 
• Parte mais estudada e controlada do processo até hoje. 
• Começa quando a RNA polimerase se liga ao promotor e forma um complexo fechado. 
• A subunidade σ direciona a polimerase para o promotor. 
• A iniciação da cadeia requer a formação do complexo aberto, sendo comum o término prematuro de 
iniciações de cadeias de RNA. 
• Em vez de ser liberada, a polimerase reinicia a transcrição até que o complexo aberto seja formado e 
ocorra a incorporação dos nucleosídeos trifosfatados. 
• Uma vez separado o DNA, a RNA polimerase liga-se à fita não-molde. 
• A primeira base no RNA é uma purina ribonucleosídeo trifosfato e ela se une à sua base complementar 
no DNA na posição +1 
2. Alongamento da cadeia: 
• Após a separação das fitas, uma bolha de transcrição de aproximadamente 17 pares de bases se desloca 
pela sequência do DNA a ser transcrita e a RNA polimerase catalisa a formação das ligações fosfodiéster 
entre os ribonucleotídeos incorporados. 
• Quando forem incorporados cerca de dez nucleotídeos, a subunidade σ dissocia-se, sendo 
posteriomente reciclada para se ligar a outro núcleo de enzima da RNA polimerase. 
• O processo de transcrição leva à supertorção do DNA, com superespiralamento negativo a montante da 
bolha de transcrição e superespiralamento positivo a jusante. 
• As topoisomerases relaxam as superespirais na frente e atrás da bolha de transcrição em progresso. 
• A velocidade de alongamento da cadeia não é constante. A RNA polimerase move-se rapidamente em 
algumas regiões do DNA e lentamente em outras, podendo fazer uma pausa de até um minuto antes de 
continuar. 
3. Terminação: 
• Envolve sequências específicas a jusante do gene para o RNA a ser transcrito. 
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• Existem dois tipos de mecanismos de terminação: 
• Terminação intrínseca: é controlado por sequências específicas denominadas sítios de terminação, que 
são caracterizados por duas repetições invertidas espaçadas por outras bases, que são sequências de 
bases complementares, de tal forma que podem torcer em torno de si mesmas. Assim, o DNA codificará 
várias uracilas. 
Quando o RNA for gerado, as repetições invertidas formarão uma alça em forma de grampo. Isso tende a 
interromper o progresso da RNA polimerase. Ao mesmo tempo, a presença das uracilas gera uma séria de 
pares de bases A-U entre a fita-molde e o RNA. Os pares A-U apresentam pontes de hidrogênio fracas se 
comparadas aos pares de G-C, e o RNA se dissocia da bolha de transcrição, encerrando a transcrição.• Envolve uma proteína especial denominada rho (ρ). Sequências de terminação dependentes de rho 
também geram uma alça em forma de grampo. Quando a polimerase transcreve o RNA que gera uma alça 
em forma de grampo, ela é paralisada, dando à proteína a chance de alcançá-lo. Quando a proteína ρ 
atinge o sítio de terminação, ela facilita a dissociação do mecanismo de transcrição. Tanto o movimento da 
proteína ρ quanto a dissociação requerem ATP 
A frequência de transcrição é controlada pela sequência promotora, todas as sequências adicionais a 
montante podem estar envolvidas na regulação da transcrição procariótica. Essas sequências, chamadas 
de reforçadoras ou silenciadoras, estimulam ou inibem a transcrição, respectivamente. As proteínas 
denominadas fatores de transcrição podem ligar-se a esses elementos reforçadores ou silenciadores 
(CAMPBELL; FARRELL, 2007). 
O lúpus é uma doença autoimune que pode ter consequências fatais. Pode ocasionar 
graves problemas renais, assim como, artrite, acúmulo de líquido ao redor do coração e 
inflamação nos pulmões. Estabeleceu-se que é uma doença autoimune, relacionada à 
produção de anticorpos para um dos RNAs, o snRNA. Em razão do processamento de 
mRNA afetar todos os tecidos e órgãos do corpo, essa doença afeta vários sistemas e 
pode espalhar-se facilmente. 
Fonte: Cambell e Farrell (2007) 
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SÍNTESE PROTEICA 
(TRADUÇÃO) 
A transcrição é o processo que produz RNA a partir do DNA. A tradução nada mais é do que o processo de 
“leitura” desse RNA, e como resultado temos a síntese de proteínas. 
A síntese de proteínas é um processo complexo que envolve a participação de: ribossomos (local onde 
acontece a síntese), mRNA e tRNA (responsáveis pela ordem correta dos aminoácidos na cadeia em 
desenvolvimento) e uma série de fatores proteicos. 
Um aminoácido precisa ser ativado antes de ser incorporado à nova cadeia de proteína, esse processo 
envolve tanto o tRNA quanto uma classe de enzimas conhecidas por aminoacil-tRNA sintetases. 
Mas vamos com calma, o processo não é tão simples, portanto, é preciso dar os principais conceitos sobre 
a tradução e separ as reações da melhor forma possível. 
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Código genético 
Podemos dizer que o código genético é a relação entre a sequência de bases no DNA e a sequência de 
aminoácidos na proteína, isto é, a mensagem contida no DNA é traduzida na sequência de aminoácidos. 
A mensagem genética está contida em um código triplo (códons), que não é sobreposto, não possui 
vírgulas, é degenerado e universal. 
O código contido no DNA está expresso por trincas de bases (códons) formados por três letras que 
correspondem a determinado aminoácido, portanto, há 64 combinações possíveis das três letras. Como 
temos 20 tipos diferentes de aminoácidos, é de se imaginar que há mais códons do que aminoácidos. E 
agora? 
Concluímos então, que há aminoácidos que são especificados por mais de um códon. 
Ativação dos aminoácidos 
Para ser incorporado à uma nova cadeia proteica, o aminoácido precisa passar por um processo de 
ativação, que consiste em duas etapas e é catalisado por uma família de aminoacil-tRNA sintetases 
(NELSON; COX, 2006): 
1. Ativação do grupo carboxila de cada aminoácido para facilitar a ligação peptidica. (Ligação covalente 
com adenina formando um aminoacil-AMP. A porção aminoacil é tranferida para o tRNA, formando 
aminoacil-tRNA). 
2. Estebelecimento de um elo entre cada novo aminoácido e o mRNA que o codifica. (Ligação éster é 
formada entre o aminoácido e hidroxila da ribose na extremidade do tRNA). 
Tradução ou síntese proteica 
A síntese proteica, propriamente dita, se dá quando a mensagem contida na sequência de bases do DNA, 
que foi transcrita em RNA, é finalmente traduzida em proteínas. 
A síntese de proteínas, assim como a biossíntese de DNA e RNA, é composta por 3 etapas: iniciação, 
alongamento e terminação. Acompanhadas de um processo de ativação dos precursores e do 
processamento pós-tradução (NELSON; COX, 2006, p. 1033). 
Para uma correta tradução, precisamos de várias etapas, que iniciam com a ligação específica do mRNA e 
da aminoacil-tRNA aos ribossomos. Essa ligação é facilitada pela arquitetura, tanto do ribossomo quanto 
do tRNA. A síntese se inicia da porção Nterminal em direção à porção C-terminal, isto é da porção 5`em 
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direção à porção 3`. 
O ribossomo permanece ligado a uma molécula de mRNA, que desliza ao longo do seu comprimento até 
que seja encontrado um códon de terminação. “A comparação da sequência de mRNA com as sequências 
das proteínas que codificam, mostra uma correspondência perfeita, colinear, sem sobreposição e sem 
falha da sequência de mRNA codificadora e do polipeptídeo sintetizado” (DEVLIN, 2011, p. 225). 
Algumas diferenças são marcantes entre procariotos e eucariotos, vamos observar as principais: 
Nos Procariotos: 
O aminoácido inicial é a N-formilmetionina (fmet), que após a tradução será removido. 
Para iniciar é preciso que haja a formação de um complexo de iniciação formado por alguns componentes, 
entre eles: mRNA a ser codificado, a menor subunidade ribossômica e o aminoacil-tRNA de iniciação 
(NELSON; COX, 2006). 
O ribossomo precisa estar posicionado na localização inicial correta, para que o mRNA seja traduzido. 
O códon de iniciação (AUG) atua como sítio de ligação ribossômica e é pareado com o aminoacil-tRNA de 
iniciação, para sinalizar o início de uma nova proteína. 
O processo inicial usa energia gerada por uma molécula de GTP. 
O alongamento da cadeia ocorre com a adição do segundo aminoácido especificado pelo mRNA. 
O alongamento da cadeia polipeptídica ocorre passo a passo, com um aminoácido sendo adicionado por 
vez, por meio de ligação peptídica. À medida que a cadeia vai crescendo, isto é, os resíduos vão sendo 
adicionados, moléculas de GTP vão sendo hidrolisadas para o fornecimento de energia, tanto para a 
ligação de cada aminoacil-tRNA quanto para a movimentação do ribossomo ao longo do mRNA (NELSON; 
COX, 2006). 
É necessário um sinal de parada para a terminação da síntese proteica, esse sinal é dado pela presença dos 
códons UAA, UAG e UGA. Esses códons não são reconhecidos por nenhum tRNA, mas são reconhecidos 
por proteínas denominadas fatores de liberação. O complexo inteiro se dissocia, deixando livres os 
fatores os fatores de liberação, o tRNA, o mRNA e as subunidades ribossômicas (CAMPBELL; FARRELL, 
2007). 
Todos esses componentes vão ser reutilizados em uma síntese proteica futura. 
Nesse momento você acha que a proteína está pronta? Não, não. Para que a proteína atinja sua 
conformação biológica e ativa, é preciso passar por um processo de enovelamento. Nessa etapa, a nova 
proteína sofre um processamento enzimático, com a remoção de um ou mais aminoácidos, adição de 
acetilas, metilas, carboxilas, fosforilas, clivagem proteolítica, ligação de oligossacarídeos ou outros grupos 
prostéticos (NELSON; COX, 2006) 
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Nos Eucariotos: 
• O processo é diferente em vários detalhes. 
• O mRNA eucariótico passa por uma longa fase de processamento não observada nos procariotos. 
• O número de fatores de iniciação e alongamento é maior nos eucariotos do que nos procariotos. 
• Os códons de parada nos eucariotos são reconhecidos por tRNA supressores, o que permite a inserção 
de aminoácidos fora do padrão, como a selenocisteína. 
• Polipeptídeos recém-sintetizados são processados antes que atinjam a forma na qual apresentam 
atividade biológica. 
• Ligações específicas em precursores podem ser hidrolisadas, como na clivagem pré-pró-insulina a pró- 
insulina e da pró-insulinaa insulina. 
• Sequências-líder; que direcionam as proteínas para destinos específicos, são reconhecidas e removidas 
por proteases específicas. Além disso, podem ser acrescentadas porções de açúcar e lipídeo (CAMPBELL; 
FARRELL, 2007). 
Depois da síntese, as proteínas são direcionadas para localizações particulares na célula. 
A doença de Alzheimer é caracterizada por perda progressiva de memória e cognição e 
é caracterizada pelo acúmulo intraneural e extracelular de feixes e filamentos que 
formam placas, que tem como principal componente, um peptídeo chamado β-amilóide. 
Outros componentes são o gangliosídeo GM1, a proteína TAU associada a 
microtúbulos e componentes muito ubiquitinilados, mas que são resistentes à 
proteases. Essas fibras compactadas e entrelaçadas parecem sobrecarregar a via 
degradativa do proteassomo. E o íon cálcio desregulado também pode estar por trás da 
morte neuronal. 
Fonte: Goedert e Spillantini (2006) 
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ATIVIDADES 
1. Sabemos que os ácidos nucléicos diferem entre sim na estrutura, composição e função. Sendo assim, 
assinale a alternativa que apresenta as informações que caracterizam um ácido ribonucléico quanto à 
sua estrutura, composição e função : 
a) Dupla hélice, presença de uracila e transcrição gênica. 
b) Dupla hélice, presença de timina e síntese de proteínas. 
c) Fita simples, presença de uracila e síntese de proteínas. 
d) Fita simples, presença de timina e síntese de proteínas. 
e) Fita simples, presença de uracila e transcrição gênica. 
2. As bases nitrogenadas unem a dupla hélice do DNA através de pontes de hidrogênio. Sabemos que o 
número de citosinas equivale ao número de guaninas e o número de adeninas equivale ao de timinas. Se 
temos 240 bases nitrogenadas e a cadeia contém 30% de citosinas, quantas adeninas teremos? Assinale a 
alternativa correta : 
a) 96. 
b) 120. 
c) 72. 
d) 48. 
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e) 240. 
3. Uma proteína é sintetizada a partir da tradução de um RNA mensageiro que foi produzido a partir da 
transcrição de um DNA. Se uma proteína possui na sua constituição 422 aminoácidos, quantos 
nucleotídeos possui a cadeia de RNA que codificou essa proteína? Assinale a alternativa correta : 
a) 1266 . 
b) 844. 
c) 422. 
d) 1500. 
e) 1250. 
Resolução das atividades 
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RESUMO 
Tivemos o prazer de conhecer algumas definições e composições do DNA, RNA e proteínas. Vimos que a 
estrutura dos ácidos nucléicos pode ser primária, secundária e terciária. A primária comporta a ordem das 
bases nucleotídicas, a secundária corresponde à conformação tridimensional do esqueleto e a terciária 
nada mais é do que o superenovelamento da molécula. 
O código genético está contido em um código triplo (de 3 em 3 bases), não sobreposto (bases 
subsequentes), sem vírgulas (em sequência), degenerado (vários códons especificam o mesmo 
aminoácido) e universal (encontrado em vírus, procariotos e eucariotos). 
O ácido desoxirribonucléico (DNA) é surpreendente, ele tem como característica uma dupla-hélice que 
enrolada se estende de maneira antiparalela, sendo unidas por pontes de hidrogênio entre as bases 
complementares. 
O ácido ribonucleíco (RNA) pode ser de 6 tipos, que se diferenciam pela estrutura e função. Olha que 
interessante: o RNA é a única macromolécula que tem papel tanto de armazenamento e de transmissão 
da informação quanto de catálise. A expressão da informação de um gene envolve a produção de uma 
molécula de RNA transcrita a partir de um DNA molde. 
Durante a replicação do DNA, geralmente, o cromossomo inteiro é copiado, mas a transcrição do DNA 
para o RNA é mais seletiva. Alguns grupos de genes são transcritos, porém, outros não são porque a célula 
restringe a expressão da informação somente aos produtos gênicos necessários naquele momento. 
A síntese proteica requer a presença de ribossomos, mRNA, tRNA e uma série de fatores proteicos, sendo 
o ribossomo o local onde acontece a síntese, e o mRNA e tRNA os responsáveis por manter a ordem dos 
aminoácidos na cadeia de proteína que está crescendo. 
Também pudemos observar que a proteína recém-sintetizada precisa ser processada, isto é, ser 
direcionada para o seu correto enovelamento para que possa exercer sua atividade biológica. 
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Material Complementar 
Leitura 
Princípios de Bioquímica de Lehninger 
Autor: David L. Nelson e Michael M. Cox 
Editora: Atmed 
Sinopse: clássico da bioquímica há 25 anos, Princípios de 
bioquímica de Lehninger, combina o melhor da prática com 
o melhor da sala de aula, trazendo novos conteúdos 
enquanto aborda princípios básico da área por meio de 
ferramentas de aprendizagem e recursos didáticos. Inclui 
os avanços mais importantes na bioquímica, com exemplos 
relevantes que relacionam a bioquímica com a medicina e a 
problemas de saúde. 
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REFERÊNCIAS 
CAMPBELL, M. K.; FARRELL, S. O. Bioquímica . 5. ed., Ed. Thomson Learning, 2007. 
DEVLIN, T. M. Manual de Bioquímica com correlações clínicas . 7. Ed. 2011. 
GOEDERT, M.; SPILLANTINI, M. G. A century of Alzheimer`s disease . Science, v. 314, p 777-781, nov., 
2006. Disponível em:<http://science.sciencemag.org/content/314/5800/777.long>. Acesso em: 22 mar. 
2018. 
JACOB, F.; MONOD, J. Genetic regulatory mechanism in the synthesis of proteins. J ournal of Molecular 
Biology 3 , p. 318-356. Disponível em:< http://biotheory.phys.cwru.edu/phys320/JacobMonod1961.pdf > . 
Acesso em: 22 mar. 2018. 
KUTZLER, M. A.; WEINER, D. B. DNA vaccines: Ready for prime time? Nature Reviews of Genetic , v. 9, n. 
10, p. 776-788, out., 2008. Disponível em:< https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4317294/ > . 
Acesso em: 21 mar. 2018. 
LODISH, H.; BERK, A.; MATSUDAIRA, P.; KAISER, C. A.; KRIEGER, M.; SCOTT, M. P.; ZIPURSKY, S. L.; 
DARNELL, J. Molecular Cell Biology . 5. ed. New York: WH Freeman & Company, 2003. 
NELSON, D. L.; COX, M. M. Lehninger: Princípios de Bioquímica. 3. ed. São Paulo: Editora Sarvier, 2004. 
WATSON, J. D.; CRICK, F. H. C. Molecular structure of nucleic acids: a structure for deoxyribose nucleic 
acid. Nature , 171 p. 737-738, 1953. Disponível em:< 
http://erwan.lageat.free.fr/R1/Articles/Articles%20nature/Crick%20and%20Watson%201953.do c > . 
Acesso em: 21 mar. 2018. 
REFERÊNCIAS ON-LINE 
1Em: < https://blogdoenem.com.br/dna-biologia-enem/ >. Acesso em: 21 mar. 2018. 
2Em: < http://www.ebah.com.br/content/ABAAAhFZgAE/divisao-celular >. Acesso em: 31 mar. 2018. 
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https://www.google.com/url?q=https%3A%2F%2Fwww.ncbi.nlm.nih.gov%2Fpmc%2Farticles%2FPMC4317294%2F&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNFE1Due5WXWJ6u8rRE2fLpbF_6yMw
http://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Ferwan.lageat.free.fr%2FR1%2FArticles%2FArticles%2520nature%2FCrick%2520and%2520Watson%25201953.do&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNGxON_NXvooOS5FOiUgc3ru-2xJJg
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APROFUNDANDO 
Os ácidos nucléicos foram assim denominados porque foram encontrados inicialmente dentro do núcleo 
das células e por terem caráter ácido. 
Os ácidos nucléicos são macromolélulas, formadas por nucleotídeos, que possuem a responsabilidade de 
armazenar e transmitir informação genética. 
Podemos subdividir os ácidos nucléicos em ácido desoxirribonucléico (DNA) e ácido ribonucléico (RNA). 
O DNA pode ser encontrado no núcleo, nas mitocôndrias e nos cloroplastos, sendo que o RNA vai mais 
além, e pode ser encontrado no núcleo, no nucléolo, no citosol, nas mitocôndrias e nos cloroplastos. 
Tanto o DNA quanto o RNA são constituídos por monômeros chamados nucleotídeos, que por sua vez, 
são compostos por: 
• Uma base nitrogenada: 
Púricas (duplo anel de átomos de carbono): adenina e guanina. 
Pirimídicas (um anel de átomos de carbono): citosina, timina e uracila 
• Um monossacarídeo : 
Ribose : RNA. 
Desoxirribose : DNA 
• Um monossacarídeo 
O DNA é constituído por duas cadeias de nucleotídeos longas e que se enrolam uma sobre a outra, a união 
é feita através de pontes de hidrogênio. Adenina use-se à timina por duas pontes, citosina e guanina são 
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unidas por três pontes de hidrogênio. 
As moléculas de RNA são formadas por cadeias únicas, e podemos dizer que existem três tipos principais 
de RNA: RNA mensageiro (determinará a sequência de aminoácidos das proteínas), RNA transportador 
(transportará os aminoácidos recém-sintetizados e o RNA ribossômico (local onde ocorre a síntese de 
proteínas). 
O processo de duplicação do DNA durante a multiplicação celular, é denominado replicação. 
Um outro processo imprescindível é a transcrição, onde uma sequência de DNA produz uma molécula de 
RNA. Se subdivide em três etapas principais: iniciação, alongamento e terminação da cadeia. O processo 
se inicia quando a RNA polimerase (não confunda com DNA polimerase da replicação), se liga à uma 
sequência promotora no início do gene a ser transcrito. A RNA polimerase usa umas das fitas do DNA (fita 
molde) para produzir uma molécula de RNA nova e a transcrição termina quando o RNA sinaliza que 
acabou. Simples? Nem tanto. 
Nas bactérias, logo após a transcrição, o RNA está pronto para ser traduzido, ou melhor, a tradução pode 
começar com a transcrição ainda em andamento, porque os dois processos ocorrem no citosol (o DNA dos 
procariotos está disperso no citosol). Já nos eucariotos, transcrição e tradução ocorrem em 
compartimentos celulares distintos, a transcrição ocorre no núcleo e a tradução no citosol, o que implica 
em um processamento do RNA antes da tradução. Por esse motivo, a transcrição precisa terminar, para 
que a tradução se inicie. 
Depois do mRNA sair do núcleo e se direcionar ao citosol, um ribossomo se liga à um códon inicial e logo 
se aproxima o tRNAs constituídos por anticódons, que vão parear suas bases com o mRNA, traduzindo 
cada trinca em um aminoácido. A tradução adicionando aminoácidos na sequência até que o mRNA 
apresente um códon de parada, e assim, finaliza a síntese daquela proteína, especificamente. 
Com o término da síntese, as proteínas produzidas são direcionadas para diversas funções celulares. 
REFERÊNCIAS 
NELSON, D. L.; COX, M. M. Lehninger: Princípios de Bioquímica. 3. ed. São Paulo: Editora Sarvier, 2004. 
PARABÉNS! 
Você aprofundou ainda mais seus estudos! 
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EDITORIAL 
DIREÇÃO UNICESUMAR 
Reitor Wilson de Matos Silva 
Vice-Reitor Wilson de Matos Silva Filho 
Pró-Reitor de Administração Wilson de Matos Silva Filho 
Pró-Reitor Executivo de EAD William Victor Kendrick de Matos Silva 
Pró-Reitor de Ensino de EAD Janes Fidélis Tomelin 
Presidente da Mantenedora Cláudio Ferdinandi 
C397 CENTRO UNIVERSITÁRIO DE MARINGÁ . Núcleo de Educação a 
Distância; SARZEDAS , Carolina Galvão. 
Biologia Molecular Aplicada à Biotecnologia. Carolina Galvão Sarzedas. 
Maringá-Pr.: UniCesumar, 2017. 
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“Pós-graduação Universo - EaD”. 
1. Biologia. 2. Estudo. 3. EaD. I. Título. 
CDD - 22 ed. 570 
CIP - NBR 12899 - AACR/2 
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Equipe Produção de Materiais 
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TECNOLOGIA DO 
DNA 
RECOMBINANTE 
Professor (a) : 
Dra. Carolina Galvão Sarzedas 
Objetivos de aprendizagem 
• Apresentar técnicas de produção e análise de DNA recombinante, como clonagem e PCR. 
• Explicar como, por meio do estudo da genômica e da proteômica, podemos gerar produtos 
biotecnológicos de grande importância para a sociedade. 
• Entender como a manipulação do DNA pode gerar produtos usados em biotecnologia, como antibióticos 
e vacinas. 
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Plano de estudo 
A seguir, apresentam-se os tópicos que você estudará nesta unidade: 
• Manipulação dos ácidos nucleicos 
• Dos genes aos genomas 
• Dos genomas aos proteomas 
Introdução 
Caro(a) aluno(a), a descoberta do DNA e de suas funções foi um marco tão grande para a ciência, que a 
partir daí se originou pelo menos uma nova disciplina: a biologia molecular. Imaginem na década de 50, 
com a tecnologia da época, conseguir relacionar o DNA com características hereditárias. 
A compreensão de que características, como cor do olho, cor do cabelo, formato da unha, passadas dos 
pais para os filhos a partir do DNA, gerou uma corrida para conseguir mapear todos os genes responsáveis 
por cada característica, assim como localizar os genes responsáveis por doenças genéticas. Mas como 
extrair o DNA da célula, localizar a sequência de interesse e isolar apenas essa região? 
As técnicas de DNA recombinante foram essenciais nesse processo. A possibilidade de clonar fragmentos 
de DNA, introduzi-los em bactérias paraque sejam multiplicados rapidamente, aliada à técnica de PCR, 
trouxe rapidamente o desenvolvimento da biotecnologia. 
Após a elucidação do genoma de vários organismos, outra vertente da bioquímica que se desenvolve a 
grandes passos é a proteômica. Conhecer não só a estrutura, mas também a composição e a função de 
todas as proteínas, é uma tarefa mais difícil do que elucidar o genoma. Sabe por que? Pense comigo: o 
DNA possui apenas 4 bases nitrogenadas, as proteínas são compostas de 20 aminoácidos diferentes, que 
podem apresentar milhares de combinações diferentes. 
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Além disso, o DNA está presente no núcleo das células, mais fácil de extrair e purificar. E as proteínas, 
onde estão? Depende. Cada proteína pode ser expressa apenas em alguns tipos celulares, e somente em 
algumas fases do desenvolvimento. 
O desenvolvimento da proteômica, assim como a metabolômica, a transcriptômica e várias outras 
“ômicas”, tem possibilitado o entendimento de várias doenças, como o câncer, e vem auxiliando na busca 
por novos métodos de diagnósticos em medicina e novos produtos biotecnológicos. 
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MANIPULAÇÃO DOS ÁCIDOS 
NUCLEICOS 
Em 1951, Watson e Crick descobriram a estrutura do DNA. Imagine você, que essa descoberta deu 
origem à uma nova disciplina, e que a partir dela, veio todo o estudo sobre armazenamento e utilização da 
informação genética (WATSON; CRICK, 1953). 
O segundo ácido nucléico é o RNA, que também possui muitas funções, entre elas, usar a informação 
codificada do DNA para especificar a sequência de aminoácidos de uma proteína. 
A partir desses dois ácidos nucleicos, e das informações contidas neles, milhares de cientistas puderam ao 
longo das últimas décadas obter técnicas capazes de localizar, isolar, preparar e estudar pequenos 
segmentos de DNA, provenientes de cromossomos. 
Vamos falar um pouco sobre técnicas usadas na manipulação de ácidos nucleicos, que fornecem o 
embasamento para as principais descobertas dos últimos tempos (NELSON; COX, 2006). 
Clonagem do DNA 
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O que é um clone? Clone significa uma cópia perfeita, idêntica, que pode ser de organismos, células, vírus 
ou moléculas de DNA (NELSON; COX, 2004). 
Como se faz clonagem de DNA? Primeiramente, a clonagem requer a separação de um gene ou um pedaço 
do gene específico, em seguida liga-se esse pedado de gene a uma molécula de DNA-transportado e 
depois replica-se esse DNA é modificado milhares ou milhões de vezes. O resultado é a amplificação 
seletiva de um gene ou segmento de DNA (LOBBAN; KAISER, 1973). 
Para que você possa ter um melhor entendimento, vamos dividir o processo de clonagem do DNA em 5 
etapas (NELSON; COX, 2004): 
1. Cortar o DNA em locais específicos: 
Podemos citar duas classes de enzimas importantes quando falamos de estudo de DNA recombinante. 
São elas as endonucleases de restrição e a DNA ligase. 
Para o corte específico do DNA, precisamos de endonucleases de restrição ou enzimas de restrição, que 
nada mais são do que “tesouras moleculares”. São encontradas em uma variedade de espécies bacterianas, 
e são responsáveis por reconhecer e clivar o DNA, gerando um conjunto de fragmentos menores. 
Há três tipos de enzimas de restrição: 
Tipo I: 
• São complexos grandes com múltiplas subunidades. 
• Clivam o DNA em sítios ao acaso, que podem estar localizados a mais de 1.000 pares de base da 
sequência de restrição. 
• Movimentam-se ao longo do DNA com uso de energia provinda do ATP. 
Tipo II: 
• Também são grandes complexos com múltiplas subunidades, porém, são mais simples. 
• Não utilizam ATP e clivam o DNA dentro da própria sequência de restrição 
Tipo III : 
• Clivam o DNA acerca de 25 pares de bases da sequência de reconhecimento. 
• Utilizam energia do ATP para deslizar pela molécula de DNA. 
O tamanho do corte vai depender da frequência com que o sítio de restrição ocorre no DNA. O tipo do 
corte, se promove extremidades coesivas (fitas desemparelhadas, que são complementares a outros 
fragmentos de DNA) ou cegas (não deixa bases desemparelhadas), vai depender do tipo da enzima. 
2. Selecionar os vetores de clonagem: 
Vetores são pequenas moléculas de DNA comumente chamados de plasmídeos ou DNAs virais, que não 
fazem parte do cromossomo circular principal do DNA da bactéria. 
Esse vetores têm sua sequência cortada com a mesma endonuclease de restrição usada para o fragmento 
do DNA de interesse. O fragmento de interesse pode, então, ser “colado” ao plasmídeo através de ações 
sucessivas de endonucleases de restrição e DNA ligase. 
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3. União de dois fragmentos de DNA de maneira covalente: 
A DNA ligase, nossa segunda classe de enzimas principais, promove a união dos fragmentos de DNA a um 
vetor de clonagem. 
O DNA recombinante é produzido em laboratório quando amostras de diferentes 
fontes são tratadas com a mesma enzima de restrição. Os dois tipos diferentes de DNA 
tem extremidades com sequências complementares, podendo formar pares de bases 
entre si. As DNA ligases formam ligações covalentes na cadeia polinucleotídica para 
produzir o DNA recombinante (CAMPBELL; FARRELL, 2004, p. 396). 
A enzima DNA ligase une o vetor de clonagem e o DNA a ser clonado. Esse DNA passa a ser chamado de 
recombinante e contém segmentos de duas ou mais fontes, unidas de forma covalente (JACKSON; 
SYMONS; BERG, 1972). 
4. Transferência do DNA recombinante: 
O DNA produzido precisa ser transferido do tubo de ensaio para a célula hospedeira, pois esta possui o 
maquinário que esse vetor necessita para replicar esse DNA. O plasmídeo gerado, ou vetor, pode ser 
introduzido nas células hospedeiras através de métodos de transformação. Os plasmídeos possuem genes 
que conferem resistência a algum tipo de antibiótico, para que, quando inseridas nas células bacterianas, 
na presença do antibiótico, somente as células resistentes sejam selecionadas e multiplicadas. 
5. Identificação e seleção das células hospedeiras que possuem o DNA de interesse: 
Essa etapa é limitante na detecção e clonagem de um gene, pois é preciso gerar uma fita complementar do 
ácido nucléico que será usado como sonda (DNA ou fragmento de RNA que pode ser marcado e é 
complementar ao DNA a ser pesquisado). O processo mais comum de detecção é a hibridização, e se 
baseia na sequência de um gene particular ou segmento de ácido nucléico. O método de clonagem 
mostrado anteriormente faz parte de um conjunto de técnicas que permite a identificação, o isolamento, a 
multiplicação e a expressão de genes pertencentes a qualquer organismo. Para esses instrumentos foi 
dado o nome de Tecnologia do DNA recombinante. 
Conheça fatos interessantes sobre o caso mais famoso que temos sobre clonagem, a 
clonagem da ovelha Dolly, e também a possibilidade do uso de embriões humanos para 
a clonagem. 
Para saber mais, acesse o link disponível em: < 
http://monografas.brasilescola.uol.com.br/biologia/clonagem.htm >. 
Fonte: a autora. 
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DOS GENES AOS GENOMAS 
Atualmente, o estudo da genômica tem trazido grandes avanços no entendimento do DNA, não só com a 
elucidação de genes individuais, mas também o material genéticode um organismo inteiro. 
Produção de bibliotecas de DNA 
Se podemos pegar o DNA completo de um organismo, fragmentar, clonar em vetores e reproduzir esse 
DNA, por que não montar uma biblioteca de DNA? 
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A partir dessa ideia, surgiram as bibliotecas de DNA, isto é, quando o genoma completo de um organismo 
é fragmentado, e todos os fragmentos são inseridos em vetores de clonagem, chamamos de biblioteca 
genômica. À primeira vista parece bem simples, mas vamos ver o exemplo da biblioteca do genoma 
humano. 
Nas células diplóides humanas há 6.000.000 (seis milhões) de pares de bases. Levando em consideração 
que o tamanho razoável para um a clonagem de um inserto é 20.000 pares de bases, vamos precisar de 
300.000 DNAs recombinantes diferentes, no mínimo. Se trata de um trabalho extremamente árduo, mas 
que gera uma rede de informações importantes para cientistas de todo o mundo (CAMPBELL; FARREL, 
2007, p. 412). 
Com a construção de bibliotecas, passou a ser possível encontrar um único clone dentre tantos milhões de 
outros, que pode, inclusive, ser o responsável por um tipo de doença hereditária. Para selecionar esses 
clones específicos, se faz necessário o uso de técnicas, como a hibridização. 
A hibridização se baseia na separação e anelamento das fitas complementares, e é feita da seguinte 
maneira: 
• Prepara-se um cultura de colônias de bactérias ou fagos. 
• Um disco de nitrocelulose é colocado sobre a placa para impressão de uma réplica das colônias, 
mantendo-se a mesma posição em que se encontravam na placa. 
• Análise das células bacterianas deixa o DNA acessível. 
• O disco de nitrocelulose recebe um tratamento com um agente desnaturante (NaOH) para desenrolar o 
DNA presente, e assim, desnaturá-lo. 
• O DNA é, então, fixado ao disco através de tratamento com luz ultravioleta ou calor. 
• Expõe-se o disco a uma solução que contenha uma sonda de DNA de fita simples que complemente uma 
das fitas do clone em interesse. A união é exclusiva do DNA da sonda com o DNA de interesse. 
• Se a sonda for radioativa, o disco é colocado em um filme de raios X, os pontos onde houve anelamento 
entre a sonda e o DNA vão ficar impressos no filme de raios X. 
• A placa original pode ser guardada para ser reproduzida quando for desejado. 
Se a sequência de nucleotídeos não for conhecida, ou não havendo sondas disponíveis, mas o gene de 
interesse sintetiza alguma proteína, anticorpos marcados podem ser utilizados com o objetivo de detectar 
essa proteína. 
Se o interesse é um por um banco de RNA, é preciso usar as bibliotecas de cDNA (DNA complementar), 
onde o RNA é usado como molde para a síntese do DNA complementar. É usada a enzima transcriptase 
reversa e um vetor para incorporar o cDNA (CAMPBELL; FARRELL, 2007). 
Reação em cadeia da polimerase (PCR) 
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O método foi desenvolvido em 1984 por Kary Mullis, nele podemos amplificar o número de cópias de um 
segmento de DNA, e com isso o DNA amplificado pode ser clonado diretamente ou usado em outros 
experimentos. 
Para iniciarmos a vontade de trabalhar com a técnica de PCR, precisamos passar pelo desafio da formação 
dos primers (segmentos de oligonucleotídeos). Eles precisam ser longos o suficiente para serem 
específicos para a sequência-alvo, mas não longos demais a ponto de serem muito caros. Na média, temos 
primers com um média de 20 a 30 pares de bases. 
A reação de PCR se inicia com aquecimento da amostra, para que seja possível a separação das fitas do 
DNA. Por meio de resfriamento, os primers anelam-se com as fitas de DNA. Os primers são 
complementares às extremidades do DNA selecionado. 
A temperatura é elevada novamente para otimizar o funcionamento da Taq polimerase, que começa a 
sintetizar o novo DNA a partir da porção 3`do primer, e a Taq duplica a quantidade do DNA desejado. 
Após a repetição desse ciclo, entre 25 e 40 vezes, temos milhões de cópias do fragmento de DNA 
desejado. 
Todo o processo é automatizado, e o fundamental para o sucesso é o controle da temperatura durante a 
separação da dupla fita do DNA, assim como, a temperatura selecionada para o anelamento dos primers 
(ARNHEIM; ERLICH, 1992). 
Até o desenvolvimento da técnica de PCR, era impossível se pensar em análises precisas quando o 
assunto era DNA, a amplificação em milhões de cópias, tornou isso possível 
Mutagênese sítio-dirigida 
Até bem pouco tempo, quando se falava em estudar as mutações de genes, os cientistas estavam 
limitados a aguardar que elas acontecessem de forma natural para então, poder tomar conhecimento. 
A introdução da PCR mudou todo esse conceito e desenvolveu a técnica de mutagênese sítio-dirigida. 
Nela o primer é alterado de tal forma que o DNA resultante apresente alterações nas bases, gerando uma 
mutação (EDELHEIT; HANUKOGLU; HANUKOGLU, 2009). 
A mutegênse sítio-dirigida é a alteração controlada de regiões selecionadas na molécula de DNA. Pode 
envolver a inserção ou deleção de sequências específicas de DNA ou substituição de um nucleotídeo 
específico por uma base diferente (DEVLIN, 2011). 
Sequenciamento de DNA 
Pudemos observar o quão importante é a manipulação da molécula de DNA, mas como fazer para 
visualizar algo tão pequeno? Como ter certeza se a sequência de DNA que eu desenhei, clonei e inseri no 
vetor está correta? 
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Pensando nisso, pesquisadores desenvolveram técnicas capazes de sequenciar o DNA. A primeira geração 
de técnica foi a desenvolvida por Sanger e colaboradores, e é chamada de método enzimático (SANGER; 
COULSON, 1975). Uma segunda geração desenvolveu o Método de pirosequenciamento (RONAGHI et 
al., 1996). 
Todos esses métodos foram de suma importância para o desenvolvimento de equipamentos que fazem o 
sequenciamento de maneira automatizada como Real Time DNA Sequence -SMRT. 
Polimorfismos no comprimento dos fragmentos de 
restrição 
Como sabemos, somos organismos diplóides, ou seja, possuímos 2 conjuntos de cromossomos, que 
herdamos um do pai e outro da mãe. Em genética, chamamos esses cromossomos de alelos. Quando eles 
são idênticos em cromossomos pareados, dizemos que o organismo é homozigoto para aquele gene, e 
quando são diferentes, o organismo é heterozigoto. 
Qualquer pequena alteração nos alelos, mesmo que seja em um par de bases (polimorfismos de 
nucleotídeos únicos ou SNPs), pode significar diferenças no reconhecimento de enzimas de restrição. 
Com isso, pode acontecer a geração de fragmentos de tamanhos diferentes, chamados de polimorfismos 
no comprimento dos fragmento de restrições (RFLPs). 
Esses polimorfismos são mais comuns do que a gente imagina, dentro da população humana são milhões 
de diferenças em uma única base. A partir dessas pequenas diferenças, surge a variedade humana da qual 
fazemos parte (CAMPBELL; FARRELL, 2007). 
A Taq DNA polimerase, ou apenas Taq, é uma polimerase termoestável utilizada na 
técnica de PCR. Esse nome é devido à bactéria de origem, que se chama Thermus 
aquaticus. Essa bactéria foi encontrada em fontes hidrotermais e suporta altíssimas 
temperaturas. A partir dessa descoberta, essa polimerase começou a ser usada na 
técnica de PCR por tem uma semivida enzimática de 40 minutos à 94º C. 
Fonte: Innis et al. (1988). 
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DOS GENOMAS AOS 
PROTEOMAS 
Depois de tudo que vimos até o momento, como você definiria uma gene e sua função? 
Já temos conhecimento suficiente para responder que não é apenas uma sequência de DNA. O gene 
contém informações importantíssimas que podem gerar produtos úteis como RNA e proteínas. 
Podemos dizer que as proteínas expressas por um determinado genoma fazem partede um proteoma. 
Com isso, rapidamente um campo separado evoluiu e foi denominado proteômica (estudo das proteínas) 
(ZHU; BILGIN; SNYDER, 2003). As proteínas podem ser separadas por suas funções fenotípicas, 
moleculares e celulares. 
A função fenotípica pode ser definida como os efeitos da proteína no organismo como um todo. Por 
exemplo: a ausência de uma proteína pode levar a uma diminuição do crescimento ou um 
desenvolvimento alterado ou até mesmo à morte. 
A função molecular é a atividade de uma proteína, em que se inclui as reações que essa enzima catalisa ou 
os ligantes que ligam a um receptor etc. 
A função celular descreve a rede de interações dessa proteínas, ou seja, as interações com outras 
proteínas podem definir em quais processos metabólicos essas proteínas estão envolvidas. 
Determinar a função de uma proteína não é uma tarefa fácil. Algumas técnicas foram sendo 
desenvolvidas, com o intuito de investigar a função proteica: 
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1) Comparação da estrutura e da sequência encontradas, com genes e proteínas de 
função conhecida (genômica comparativa) : Pode ser usada para relacionar um gene 
recém-descoberto com outro gene previamente estudado. Sua comparação é feita por 
homologia de sequência e a função pode ser parcial ou inteiramente definida. Ou 
sequências com motivos estruturais particulares podem ser identificadas dentro de 
uma proteína. A presença de um motivo estrutural pode sugerir, por exemplo, que esse 
motivo seja responsável por catalisar a hidrólise de ATP, ou ligar-se ao DNA, ou formar 
um complexo com íons zinco, tudo isso, pode contribuir para ajudar a definir a função 
molecular. 
2) Determinação de quando e onde um gene é expresso : Muitas vezes proteínas 
recém estudadas não possuem homologia estrutural com proteínas já conhecidas. 
Então, conhecer o tecido onde a proteína é expressa ou qual circunstância sua 
expressão é desencadeada pode fornecer pistas para a função dessa proteína. 
3) Investigação das interações da proteína com outras proteínas : Interações proteína- 
proteína podem fornecer o chamamos de “culpa por associação” (PANDEY; MANN, 
2000). 
Todas essas técnicas fornecem importantes pistas para a função proteica. Quando pareada com a 
evolução simultânea das ferramentas da bioquímica e da biologia molecular, a genômica e a proteômica 
estão apressando a descoberta não apenas de novos produtos mas de novos processos e mecanismos 
biológicos (ZHU; BILGIN; SNYDER, 2003). 
Podemos dizer que o proteoma não é somente o “estudo das proteínas”, mas também é o estudo do 
resultado de processos pós-transcricionais, pós-traducionais e complexos formados pelas biomolélulas. 
Com isso, vemos como esse sistema é dinâmico e depende da fisiologia e da diferenciação celular. 
Muitas técnicas são utilizadas para identificar biomarcadores, outras tem propósito de diagnóstico, mas 
todas podem ser combinadas com o objetivo de estudar a proteômica. A metodologia básica seque o 
protocolo a seguir: 
• Extração de proteínas de uma amostra : devido à variedade de tipos e origens de amostras biológicas, o 
procedimento de extração necessita de otimização individual. 
• Separação por eletroforese uni e bidimensional 
• Cromatografia líquida : na cromatografia líquida (LC), o analito é dissolvido em uma fase líquida sem 
interagir quimicamente com ela, e percola uma fase estacionária geralmente empacotada em uma coluna 
com diferentes fases estacionárias. 
• Ionização: dois métodos principais de ionização utilizados em proteômica são o MALDI (Matrix- 
Assisted Laser Desorption/Ionization) e o ESI (Electrospray Ionization), o primeiro empregado para 
amostras em estado sólido, e o segundo para amostras em estado líquido. 
• Fragmentação : ocorre predominantemente ao longo de seu esqueleto. 
• Análise e detecção de peptídeos : o espectro de massas resultante permite a dedução da sequência do 
peptídeo. 
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• Análise de dados : com os resultados de vários desses peptídeos, a proteína é identificada (BARBOSA et 
al., 2012). 
O caminho para o estudo da proteômica continua sendo construído, novas técnicas continuam sendo 
desenvolvidas a cada dia, sempre com o intuito de agilizar o processo e diminuir os custos. 
A proteômica é uma ferramenta importantíssima não só na pesquisa básica, mas também na pesquisa 
clínica, onde tem sido utilizada no diagnóstico, em respostas a terapias administradas, descobrimento de 
novas doenças, novas vias metabólicas e quantificação de biomarcadores e geração de possíveis alvos 
terapêuticos. 
É difícil resumir todas as maneiras em que a genômica e a proteômica afetam o desenvolvimento de 
agentes farmacológicos. O que hipertensão, insuficiência cardíaca e obesidade têm em comum? São 
exemplos de doenças que têm seus tratamentos alcançados a partir da identificação de uma enzima ou 
receptor envolvido no processo, ou um inibidor que interfira com sua atuação. 
As proteínas desempenham a maior parte das funções fisiológicas das células, 
constituindo também importantes alvos farmacológicos e biomarcadores de doenças. 
A pesquisa qualitativa, quantitativa e a elucidação estrutural destas moléculas são 
fundamentais para a compreensão do funcionamento dos sistemas biológicos, bem 
como na aplicação destas para o desenvolvimento de novos métodos diagnósticos. O 
estudo do proteoma nos permite identificar as proteínas que estão sendo expressas em 
um determinado momento, quantificá-las e observar suas modificações pós- 
transducionais. Dessa maneira, a análise proteômica fornece informações mais 
abrangentes e que não podem ser inferidas a partir das informações obtidas através da 
análise genômica. Este tipo de estudo envolve etapas como: extração e tratamento da 
amostra, separação das proteínas e/ou peptídeos, espectrometria de massas e análise 
dos dados usando ferramentas de bioinformática. Este trabalho faz uma revisão 
narrativa sobre as principais técnicas aplicadas desde o preparo de amostras até a 
identificação das proteínas. Para saber mais, acesse o link disponível em: < 
https://hurevista.uff.emnuvens.com.br/hurevista/article/view/2482/831 >. 
Fonte: a autora. 
Avançar 
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ATIVIDADES 
1. Muito se fala sobre clonagem e a possibilidade de gerar um indivíduo 100% igual ao progenitor, sobre 
como seria se seres humanos fossem clonados, e várias outras definições que nada mais são do que 
especulações. O que de fato é a clonagem molecular? Assinale a alternativa correta : 
a) Mecanismo usado quando se quer obter resistência à antibióticos. 
b) Técnica usada na farmácia. 
c) Técnica usada para cortar o DNA em fragmentos. 
d) Técnica que usa bactérias como organismos multiplicadores de um determinado fragmento de DNA. 
e) Processo que pretende criar um ser humano igual ao outro. 
2. É verdade que na natureza a produção de clones não é algo tão extraordinário. Não é difícil ver espécies 
que produzem indivíduos idênticos. Nesses casos, qual é o processo de formação dos clones? Assinale a 
alternativa correta : 
a) Conjugação. 
b) Fertilização in vitro. 
c) Reprodução sexuada. 
d) Reprodução em proveta. 
e) Reprodução assexuada. 
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3. O melhoramento genéticoé uma das funções do DNA recombinante. Nele é possível cortar um 
fragmento de DNA específico, colar em um vetor e inserir em um hospedeiro para multiplicar. O que mais 
podemos dizer sobre a técnica de DNA recombinante? Assinale a alternativa correta : 
a) A DNA ligase insere o DNA na célula hospedeira. 
b) As enzimas de restrição cortam a molécula de DNA em locais específicos. 
c) A união dos fragmentos de DNA é feito pelo plasmídeo bacteriano. 
d) Os plasmídeos são úteis mas diminuem a eficiência da técnica de DNA recombinante. 
e) Enzimas de restrição são aquelas que identificam o fragmento de DNA na técnica de PCR. 
Resolução das atividades 
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RESUMO 
A genômica é um ramo da biologia molecular que abrange o estudo dos genomas com uso do método de 
clonagem, que permite a identificação, isolamento, multiplicação e a expressão de genes. Essa tecnologia 
foi denominada Tecnologia do DNA Recombinante. 
O método de clonagem consiste em clivar o DNA em fragmentos específicos com auxílio de enzimas de 
restrição. Esses “pedaços” de DNA serão colados em vetores de clonagem apropriados (plasmídeos ou 
bacteriófagos) e transferidos para células hospedeiras, onde serão replicados. 
Esses plasmídeos tem sequências de DNA que dão resistência a algum tipo de antibiótico, o que permite 
identificar e selecionar apenas as células que contenham o fragmento de DNA selecionado. 
A clonagem possui algumas enzimas-chave como as endonuclease ou enzimas de restrição, que cortam o 
DNA em locais específicos, e a DNA ligase, que como o nome diz, liga o fragmento de DNA ao plasmídeo 
que será inserido na célula hospedeira. 
Para facilitar a cooperação em torno do estudo dos genes, pode-se organizar os segmentos ou genomas 
inteiros de DNA em bibliotecas. Esses fragmentos são muito pequenos e em baixa concentração, sendo 
necessário amplificar essas sequências com o uso do PCR. 
A técnica de PCR consiste em uma sequência de aquecimentos e resfriamentos com o intuito amplificar o 
fragmento de DNA desejado. Grande parte desses genomas estudados está em um banco de dados 
disponível para uso público, com o objetivo de disseminar o conhecimento e cooperar com as pesquisas 
internacionais. 
Um gene é uma sequência de DNA que é transcrito em RNA e traduzido em proteína, que é estudada pela 
proteômica, com o objetivo de determinar a estrutura e a função dentro das células. 
A genômica comparativa, a imunoprecipitação e o duplo-híbrido (hibridização) são técnicas que ajudam a 
intensificar interações proteína-proteína, fornecendo importantes informações sobre a função da 
proteína. 
A função de uma proteína pode ser estudada se soubermos quando e onde seu gene correspondente é 
expresso, o que mostra que uma simbiose entre genômica e proteômica. 
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Material Complementar 
Na Web 
Sobre a evolução dos métodos de sequenciamento do 
DNA, podemos observar no primeiro vídeo o Método 
desenvolvido por Sanger. 
Acesse 
Na Web 
O segundo vídeo é sobre como a síntese de DNA 
automatizada evoluiu e equipamentos já fazem a síntese e 
o sequenciamento correto da sequência de DNA. 
Acesse 
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http://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev.bi.61.070192.001023 >. Acesso em: 22 mar. 
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BARBOSA, E. B.; VIDOTTO A.; POLACHINI, G. M.; HENRIQUE, T.; DE MARQUI, A. B. T.; TAJARA, E. 
H.Proteômica: metodologias e aplicações no estudo de doenças humanas. Revista da Associação Médica 
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CAMPBELL, M. K.; FARRELL, S. O. Bioquímica . 5. ed., Ed. Thomson Learning, 2007. 
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https://sites.google.com/fabrico.com.br/bmaab2/p�gina-inicial/refer�ncias
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