Apostila Fundamentos de biologia molecular

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Fundamentos de 
Biologia Molecular 
e Biotecnologia
• Estrutura Molecular e Função das Proteínas e Ácidos Nucleicos
• Organização Gênica de Procariotos 
e Eucariotos
• Introdução à Biotecnologia
 · Proporcionar conhecimento introdutório fundamental para melhor 
compreensão e acompanhamento da Disciplina Fundamentos da 
Biologia Molecular e Biotecnologia, principalmente relacionado 
aos elementos básicos da Biologia Molecular e sua aplicação na Bio-
tecnologia tradicional e moderna.
OBJETIVO DE APRENDIZADO
Introdução à Biologia Molecular 
e Biotecnologia
UNIDADE Introdução à Biologia Molecular e Biotecnologia
Contextualização
Considerada uma das disciplinas mais importantes na área da Biologia, 
principalmente pela sua aplicabilidade em diversos segmentos sociais, tais 
como agricultura, pecuária e saúde, Fundamentos da Biologia Molecular e 
Biotecnologia tem como objetivo principal fornecer uma visão global de como 
podemos utilizar diversas ferramentas moleculares para solucionar problemas reais 
da sociedade moderna, além de buscar otimizar diversos processos relacionados 
a esses e muitos outros segmentos. 
Assim, nesta Unidade introduziremos os principais conceitos da Biologia 
Molecular e a história da Biotecnologia tradicional e moderna, sendo estes 
pontos fundamentais para a busca do conhecimento mais específico dos 
temas abordados.
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Estrutura Molecular e Função das Proteínas 
e Ácidos Nucleicos
Proteínas e Aminoácidos
As proteínas são macromoléculas complexas e, com exceção da água, são as 
moléculas mais abundantes nos seres vivos. Entre muitas funções biológicas, as 
proteínas participam de processos de replicação de DNA, determinam a forma 
e conferem estruturação celular, atuam em processos de permeabilidade das 
membranas biológicas, regulam a concentração de metabólitos celulares, controlam 
funções gênicas, catalisam reações, funções imunitárias, entre muitas outras.
Sabe-se que as proteínas são sintetizadas a partir da expressão de genes 
específicos, os quais transmitem a informação genética, desencadeando uma 
série de processos que resultam na síntese das sequências de aminoácidos. Os 
aminoácidos são as unidades básicas das proteínas, são de composição orgânica 
e geralmente compostos por um grupamento amínico (-NH2) e um grupamento 
carboxílico (-COOH), ligados ao carbono α – primeiro carbono depois do grupo 
carbóxilo (Figura 1). De forma geral, as células possuem a capacidade de sintetizar 
proteínas com funções muito diversas, como enzimas, proteínas estruturais, 
hormônios, anticorpos e proteínas ligantes – exemplo, a hemoglobina –, pela 
combinação apenas dos vinte aminoácidos existentes (Quadro 1).
Importante!
Que nós, seres humanos, somos capazes de sintetizar apenas onze dos vinte aminoácidos 
existentes? Enquanto os outros nove devem ser consumidos na dieta? E que, devido a 
isso, são denominados aminoácidos essenciais?
Você Sabia?
O carbono α, além de estar ligado aos grupamentos amínico e carboxílico, está 
ligado a uma molécula de hidrogênio e a um grupamento variável, denominado 
cadeia lateral, que é representado pela letra R. Essa cadeia lateral (R) é quem 
determina a identidade do aminoácido que, dependendo de sua composição 
química, é classificado em polar, não polar ou neutro, ácido e básico.
Figura 1 – Estrutura química básica de um aminoácido
Fonte: Adaptado de commons.wikimedia.org
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UNIDADE Introdução à Biologia Molecular e Biotecnologia
Quadro 1 – Relação dos vinte aminoácidos essenciais e não essenciais, sua classificação 
de acordo com suas características bioquímicas e suas respectivas siglas
Não essenciais Class. Siglas Essência Class. Siglas
Ácido aspártico Ácido ASP Fenilalanina Neutro PHE
Ácido glutâmico Ácido GLU Histidina Básico HIS
Alanina Neutro ALA Isoleucina Neutro IIEU
Arginina Básico ARG Lisina Básico LYS
Asparagina Polar ASN Leucina Neutro LEU
Cisteína Polar CYS Metionina Neutro MET
Glicina Neutro GLY Treonina Polar THR
Glutamina Polar GLN Triptofano Neutro TRP
Prolina Neutro PRO Valina Neutro VAl
Serina Polar SER
Tirosina Polar TRY
A formação de uma molécula proteica se dá pela ligação entre o grupamento 
carboxílico de um aminoácido e um grupamento amínico de outro aminoácido, 
formando uma ligação peptídica e como resultado dessa ligação ocorre a perda 
de uma molécula de água (Figura 2). Com isso, a molécula formada por essa 
ligação sempre apresentará um grupamento ácido em uma de suas extremidades, 
denominado extremidade carboxiterminal, e um grupamento básico na outra 
extremidade da molécula, denominado extremidade aminoterminal. A molécula 
resultante da junção de dois aminoácidos é denominada dipeptídio, a junção de 
alguns poucos aminoácidos é denominada oligopeptídios e os polipeptídios são 
formados pela união de muitos aminoácidos – em alguns casos chegando a milhares.
Figura 2 – Ligação entre dois aminoácidos resultando em um dipeptídio e perda de uma molécula de água
Fonte: Adaptado de commons.wikimedia.org
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Organização Estrutural das Proteínas
As proteínas podem ser basicamente classificadas em dois grandes grupos com 
relação à sua solubilidade e função: proteínas fibrosas, que desempenham papel 
estrutural nas células e tecidos animais, como tecido conjuntivo e de composi-
ção da pele; proteínas globulares, que desenvolvem funções bioquímicas, como 
transporte pelas membranas celulares, catálise de reações – todas as enzimas são 
proteínas globulares – e desempenham ainda funções como moléculas mensagei-
ras – hormônios.
Com relação aos níveis de organização estrutural, as proteínas podem ainda ser 
divididas em quatro níveis (Figura 3):
 · Estrutura primária: relacionada à disposição – sequência – dos aminoáci-
dos na cadeia polipeptídica, considerando também as ligações peptídicas, 
assim como as pontes de sulfeto. A conformação estrutural primária é es-
pecífica para cada proteína, geralmente sendo determinada geneticamente;
 · Estrutura secundária: refere-se à organização espacial dos aminoácidos, 
ou seja, é como os aminoácidos se organizam entre si na sequência pri-
mária da proteína. Este arranjo estrutural é possível devido à capacidade 
de rotação das ligações do carbono α e de seus grupamentos amínico e 
carboxílico, os quais estabilizados por pontes de hidrogênio. Em alguns ca-
sos, a cadeia polipeptídica acaba por interagir consigo, formando estruturas 
globulares, entre as mais comuns estão a alfa-hélice, na qual as cadeias 
laterais dos aminoácidos estão viradas para fora; e a folha-ß, na qual os 
aminoácidos assumem a conformação de uma folha pregueada;
 · Estrutura terciária: refere-se ao enovelamento da molécula de proteína, 
incluindo o seu arranjo tridimensional. Este nível estrutural é observado 
quando diferentes estruturas secundárias se dispõem entre si e são estabilizadas 
por pontes de hidrogênio, interações hidrofóbicas e ligações iônicas;
 · Estrutura quaternária: caracterizada por um complexo multiproteico, 
composto por diversas moléculas proteicas enoveladas e unidas por liga-
ções não covalentes.
Figura 3 – Nível organizacional das proteínas
Fonte: Adaptado de thewhyinbiochemistry.wordpress.com
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UNIDADE Introdução à Biologia Molecular e Biotecnologia
Ácidos Nucleicos
Os ácidos nucleicos são moléculas de grande importância biológica e que 
desempenham funções vitais em todos os organismos. Todos os seres vivos – 
procariontes ou eucariontes – possuem dois tipos de ácidos nucleicos: o Ácido 
Desoxirribonucleico (DNA) e o Ácido Ribonucleico (RNA). O ácido nucleico é uma 
molécula de grande extensão, constituída por unidades menores, denominadas 
nucleotídeos, que são sucessivamente conectadas umas às outras por ligações 
específicas – fosfodiéster. Os nucleotídeos são basicamente compostos por um 
açúcar – pentose: ribose ou desoxirribose –, um radical “fosfato” – ácido fosfórico 
– e uma base nitrogenada. 
O DNA é encontrado principalmente no núcleo celular e é considerado o grande 
depósito de informaçãogenética dos organismos, desempenhando função essencial 
na transmissão de informação para processos relacionados à síntese proteica – tais 
processos serão melhores descritos na Unidade intitulada A síntese proteica. O 
DNA é formado por quatro diferentes nucleotídeos e quatro bases nitrogenadas 
– Adenina, Timina, Guanina e Citosina, representadas pelas respectivas letras A, 
T, G e C – e toda a informação gênica de um organismo está acumulada na 
sequência dessas quatro bases nitrogenadas, de modo que se alterará de acordo 
com a disposição e quantidade das quais.
A conformação estrutural de uma molécula de DNA é de dupla hélice, ou seja, 
duas sequências de bases – nucleotídeos – em forma de fita helicoidal, formando 
pares de bases, unidos por pontes de hidrogênio. Nessa conformação, devido a 
interações químicas, a Adenina (A) só poderá parear com a Timina (T) e vice-versa 
– bases púricas –, enquanto a Guanina (G) só poderá parear com a Citosina (C) e 
vice-versa – bases pirímidicas. A orientação química das duas fitas helicoidais que 
formam a molécula de DNA é extremamente importante. Em uma das extremidades 
há um grupamento fosfato ligado ao carbono 5 do açúcar – extremidade 5’ – e na 
outra extremidade há uma hidroxila ligada ao carbono 3 do açúcar – extremidade 
3’. A estrutura dupla hélice do DNA apresenta conformação estrutural na qual as 
ligações fosfodiésters – extremidades – 3’ e 5’ estão sempre dispostas em sentidos 
opostos – regra do anteparalelismo. 
Uma breve história da molécula de DNA está disponível em: 
https://goo.gl/k85NnBEx
pl
or
O DNA nuclear é uma extensa sequência nucleotídica – que em seres humanos, 
se aberta linearmente, poderia alcançar até um metro de extensão –, contendo 
milhares de genes e, devido a isso, todos os organismos possuem um mecanismo de 
compactação do ácido nucleico. Esse processo pode ser dividido em quatro etapas: 
i) Primeiramente, a fita de DNA circunda uma proteína específica, denominada 
histona, originando a estrutura denominada nucleossomo; ii) vários nucleossomos 
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se unem uns aos outros, presos pela fita de DNA, formando uma espécie de colar 
de contas, igualmente conhecido como solenoide; iii) os solenoides se compactam, 
formando uma espécie de fibra cromossômica de alta densidade – nesse estágio 
as fibras possuem aproximadamente 300 nm e podem ser visualizadas a partir de 
equipamentos específicos –; iv) por fim, ocorre a formação dos loops, dados pela 
união das fibras, constituindo uma cromátide – com, aproximadamente, 700 nm 
–, como o cromossomo metafásico possui duas cromátides, o tamanho final pode 
chegar a 1.400nm. 
Assista ao esquema visual do processo de compactação do DNA em: 
https://youtu.be/gbSIBhFwQ4sEx
pl
or
Como vimos, o DNA é a molécula responsável pelo armazenamento da 
informação genética e a estrutura – ácido nucleico – que executa a função de 
converter essa informação em produto, ou seja, na determinação do fenótipo é o 
RNA. Da mesma forma que a molécula de DNA, o RNA é um ácido nucleico, no 
entanto, o açúcar que o constitui é a ribose – enquanto no DNA é a desoxirribose 
–; além disso, é formado por apenas uma cadeia de nucleotídeos – fita simples – e 
pode ser encontrado principalmente no núcleo e citoplasma celular.
Outro fator que diferencia o RNA do DNA é a substituição da base nitroge-
nada Timina (T) pela base nitrogenada Uracila (U). O RNA pode ser dividido em 
três classes principais: i) RNA mensageiro (mRNA), que contém a informação 
genética proveniente do DNA e a conduz até o citoplasma da célula; ii) RNA 
transportador (tRNA), que conduz a informação genética por meio da sequência 
de aminoácidos até os ribossomos; e iii) RNA ribossômico (rRNA), que estrutura 
o ribossomo, propiciando as condições moleculares adequadas para síntese dos 
peptídeos. Todas essas funções descritas estão intimamente relacionadas ao pro-
cesso de síntese proteica. 
Por possuir apenas uma 
fita simples, o RNA apresenta 
regiões complementares den-
tro da mesma molécula que, 
da mesma forma que o DNA, 
são unidas por pontes de 
hidrogênio, formando os pa-
res de bases Adenina e Uraci-
la (AU) e Guanina e Citosina 
(GC). As estruturas químicas 
das moléculas de DNA e 
RNA estão representadas na 
Figura 4:
Figura 4 – Estrutura química básica da dupla 
hélice do DNA e da fi ta simples de RNA
Fonte: Adaptado de mundoeducacao.bol.uol.com.br
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UNIDADE Introdução à Biologia Molecular e Biotecnologia
Organização Gênica de Procariotos 
e Eucariotos
Como sabemos, algumas características diferenciam organismos procariontes 
de eucariontes. Os procariotos são organismos unicelulares caracterizados pela 
ausência de um núcleo individualizado e são representados pelas eubactérias 
e as arqueobactérias. O grupo dos eucariotos é considerado amplamente 
heterogêneo – composto por protozoários, fungos, vegetais e animais –; de 
forma geral, são mais complexos que os procariotos e formados por organismos 
dos quais a principal característica esta na presença de um núcleo bem definido 
e organizado.
Para ambos os grupos o DNA é responsável pelo armazenamento da informa-
ção genética total, de modo que o conjunto desse material é denominado genoma. 
Tanto os genes de procariotos quanto de eucariotos são as unidades básicas de um 
genoma e são definidos como a sequência nucleotídica necessária para sintetizar 
um polipeptídio específico – proteína – ou uma fita de RNA estável. Com isso, cada 
gene possui uma região codificadora composta pela sequência de nucleotídeos – 
informação genética –, a qual codificará uma sequência de aminoácidos de uma 
cadeia polipeptídica ou de uma molécula de RNA. Além disso, o gene apresenta 
uma região reguladora que determinará e controlará a transcrição gênica – síntese 
de moléculas de RNA a partir de moléculas de DNA –, a qual sempre orientada da 
região 5’ para a região 3’ da molécula de DNA. 
Organização Gênica de Procariotos
Como dito, este grupo é composto pelas eubactérias e arqueobactérias. Esses 
dois grupos basicamente diferenciam-se pela estrutura de suas paredes celulares 
– função de proteção da célula – e por algumas características do metabolismo 
proteico, já que as arqueobactérias possuem mecanismos de síntese de proteínas 
mais semelhantes aos dos organismos eucariontes. Comparado aos eucariotos, o 
genoma de procariotos é muito menor e menos complexo. As regiões do DNA de 
procariotos que controlam a transcrição podem ser divididas em promotor, que é 
o local da fita de DNA onde a molécula de RNA-polimerase – enzima responsável 
pela transcrição – se liga, dando início ao processo de transcrição; e terminador, 
que é a região do DNA que determina o término da leitura da molécula de RNA-
polimerase, sinalizando o término do processo de transcrição. Existem ainda outras 
regiões específicas e que agem no processo de expressão, como os operadores, que 
estão relacionados à repressão da expressão, e as Upstream Activator Sequences 
(UAS), que são sítios de ligação relacionados ao reconhecimento de proteínas 
ativadoras da transcrição. 
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Em procariotos, a sequência nucleotídica de um DNA reflete exatamente na 
sequência de aminoácidos de uma proteína ou molécula de RNA – colinearidade. 
Assim, cada códon – conjunto de três nucleotídeos que sintetiza um aminoácido – 
codificará um aminoácido do peptídeo. Com isso, para codificar uma proteína, por 
exemplo, com cem aminoácidos, faz-se necessário um gene com trezentos nucle-
otídeos, ou seja, a sequência codificadora do DNA é agrupada e contínua, sem se-
quências de interferência – íntrons. Esse arranjo molecular em procariotos é deno-
minado óperons e permite que o organismo expresse apenas os genes que codifi-
cam proteínas com funções correspondentes e apenas necessários no momento, 
por exemplo, bactérias presentes em um meio contendo lactose expressarão os 
genes e, consequentemente, produzirão as enzimas necessárias apenas à utilização 
deste substrato, adaptando-se rapidamente ao meio e economizandorecursos e 
energia, já que não expressarão esses genes na ausência desse produto.
Diferente ao observado para eucariotos, a maioria dos procariotos apresenta 
genoma composto por apenas um cromossomo, formado por uma dupla fita de 
DNA circular fechada em suas extremidades, classificando-os como haploides. 
Como reflexo da haploidia, alterações na molécula de DNA de procariotos como, 
por exemplo, mutações gênicas, são obrigatoriamente expressas no fenótipo – 
características físicas – do organismo.
Organização Gênica em Eucariotos
Comparada aos procariotos, a organização gênica de eucariotos é, em geral, 
maior e mais complexa, com regiões reguladoras extensas contendo inúmeros 
elementos e distantes das regiões codificadoras. As sequências gênicas de eucariotos 
– e em alguns raros casos de procariotos – apresentam regiões intervenientes, 
denominadas íntrons, que dividem a sequência gênica em vários segmentos. 
Os íntrons não codificam diretamente um peptídeo, são transcritos em um tipo 
de RNA (pré-mRNA) e durante o processamento do mRNA ocorre a remoção 
destes íntrons, de modo que o agrupamento das regiões que realmente codificam 
proteínas ou RNA estável (mRNA, tRNA, rRNA) é denominado éxons.
O genoma dos eucariotos está contido principalmente no núcleo celular, 
organizado em dois ou mais cromossomos; no entanto, algumas organelas, como 
mitocôndrias e cloroplastos, apresentam genomas menores e específicos. Salvo 
algumas exceções – como algumas leveduras haploides e plantas poliploides –, 
a maioria dos eucariotos possui cromossomos homólogos, lineares e de número 
variável, os quais organizados em pares e unidos pela fusão de núcleos germinativos, 
classificando-os como organismos diploides (2n). Assim, nas células somáticas – 
que formam os tecidos e órgãos – para cada característica existem pelo menos dois 
genes, provenientes de duas células germinativas (n). Como dito, a síntese proteica 
em eucariotos é mais complexa que em procariotos e será melhor detalhada na 
unidade intitulada A síntese proteica. A Figura 5 apresenta o esquema básico de 
um gene de procarioto e eucarioto:
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UNIDADE Introdução à Biologia Molecular e Biotecnologia
Figura 5 – Esquema básico da estrutura de um gene procariótico e eucariótico
Fonte: Acervo do Conteudista
Introdução à Biotecnologia
O conceito de Biotecnologia foi originalmente proposto por Eveky, em 1919. 
Segundo esse autor, o termo Biotecnologia é: “A Ciência e os métodos que 
permitem a obtenção de produtos a partir de matéria-prima, mediante a intervenção 
de organismos vivos”.
Com o passar do tempo, as definições foram se alterando e, de certa forma, 
tornando-se mais simples e aplicáveis. Em 2003, o Biotechnology Industry 
Organization (BIO) descreveu Biotecnologia como: “[...] “Bio” + “Tecnologia”, 
isto é, o uso de processos biológicos para solucionar problemas ou desenvolver 
produtos úteis”. Mas talvez a definição que mais se enquadre para os dias atuais 
seja: “A atividade que utiliza agentes biológicos no desenvolvimento e melhoria de 
produtos úteis para a sociedade” (Figura 6):
Figura 6 – Modelo esquemático do conceito e aplicações da biotecnologia
Fonte: bteduc.bio.br
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Biotecnologia é uma realidade cada vez mais comum nos dias atuais e pode ser 
considerada uma atividade ampla, de grande geração de empregos e que atrai altos 
investimentos. Nos últimos anos, basicamente todos os setores sofreram algum 
tipo de inovação biotecnológica, entre os quais destacam-se: energia, indústria, 
meio ambiente, agricultura, pecuária, alimentação e saúde (Figura 7):
Biotecnologia
Produção
de fármacos
Melhoramento
genético Clonagem
Produção 
das vacinas
Análises
do DNA
Cultura 
de tecidos
e células
Controle
biológico
Transformação 
genética
Fermentações
industriais
Uso de 
microrganismos
na agricultura
Figura 7 – Aplicação da Biotecnologia em diversos setores da sociedade
Fonte: Acervo do Conteudista
De forma geral, a Biotecnologia pode ser dividida em tradicional e moderna. 
Apesar da inovação e expansão da Biotecnologia nos dias atuais, sua aplicação 
se dá de forma tradicional desde a Antiguidade – em alguns casos, há cinco mil 
anos –, dado pelo seu emprego, por exemplo, na produção e conservação de 
alimentos fermentados como pão, queijo, vinho e vinagre. A partir da Idade Média 
(séc. XII) vários acontecimentos importantes marcaram a história da Biotecnologia 
no mundo, como a destilação do álcool (séc. XII). Na Idade Moderna podemos 
destacar a produção comercial de cerveja – que, por sinal, era bem diferente da 
nossa – e o cultivo de fungos (séc. XVII). Mas foi a partir da Idade Contemporânea, 
com o surgimento de novas áreas do conhecimento, como a Microbiologia e a 
Bioquímica, que houve maior propagação de várias técnicas biotecnológicas. Como 
exemplos, podemos citar a criação da vacina contra a varíola (1796), processos 
de pasteurização de alimentos (1863), primeiro transplante de órgão (1899), 
descoberta do Salvarsan – primeiro agente quimioterápico (1906) –, descoberta da 
penicilina por Fleming (1928), entre muitos outros episódios.
Com o avanço de tecnologias, o alto crescimento industrial e o aumento de 
pesquisas nessa área, deu-se início à Biotecnologia moderna. Sem dúvida, o grande 
marco desta Era corresponde aos experimentos realizados por Boyer e Cohen em 
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UNIDADE Introdução à Biologia Molecular e Biotecnologia
1973, entre os mais significativos está a transferência de um gene de uma espécie 
de sapo para uma bactéria, sendo que esse experimento “abriu portas” para a 
criação de uma nova área do conhecimento, a Engenharia Genética. 
Recentemente, muitas técnicas moleculares são aplicadas na Biotecnologia, 
como o sequenciamento do genoma humano (2001), importante no tratamento de 
patologias genéticas; indução de pluripotencialidade celular em células somáticas 
(2006); e criação de alimentos transgênicos, como a batata (2010). Com o 
decorrer dos anos, técnicas moleculares tornaram-se mais aplicáveis e acessíveis 
à sociedade, permitindo processos antes inimagináveis como, por exemplo, o 
sequenciamento genético individual – por pessoa – de algum órgão ou tecido com 
potencial desenvolvimento de patologias dadas pela carga genética do paciente, 
como alguns tipos de câncer. Tais técnicas, além de específicas, propiciam um 
tratamento individual e adequado para cada tipo de patologia e paciente. 
Quais produtos e serviços que utilizamos rotineiramente são provenientes de proces-
sos biotecnológicos?Ex
pl
or
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Material Complementar
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:
 Livros
Biologia Molecular da Célula
ALBERTS, B. et al. Biologia Molecular da célula. 5. ed. Porto Alegre, RS: 
Artmed, 2010.
Entendendo a Biotecnologia
BORÉM, A.; SANTOS, F. R. Entendendo a Biotecnologia. 3. ed. Viçosa, MG: 
Universidade Federal de Viçosa, 2008.
Fundamentos de Biologia Molecular
MALACINSKI, G. M. Fundamentos de Biologia Molecular. 4. ed. Rio de Janeiro: 
Guanabara Koogan, 2005.
 Vídeos
CURSO de Biologia Molecular 1/5
https://youtu.be/NX99OMztZlA
ORGANIZAÇÃO do Gene Procarioto
https://youtu.be/LMYr1_sECFg
REGULAÇÃO e Expressão Gênica em Eucariotos
https://youtu.be/zjho2fVUWBo
• Síntese Proteica
• Transcrição do DNA
• Processamento do RNA
• Tradução do mRNA
 · Proporcionar conhecimento específico sobre os mecanismos que con-
trolam a síntese proteica, principalmente relacionado aos processos 
de transcrição do DNA, síntese e processamento do RNA e tradução 
do RNA mensageiro.
 · Gerar conhecimento fundamental à compreensão da aplicação da 
Biologia Molecular na área da Biotecnologia.
OBJETIVO DE APRENDIZADO
A Síntese Proteica
UNIDADE A Síntese Proteica
Contextualização
Considerada uma das disciplinas mais importantes na área da Biologia, 
principalmente pela sua aplicabilidade em diversos segmentos sociais, tais 
como agricultura, pecuária e saúde, Fundamentos da Biologia Molecular e 
Biotecnologia tem como objetivo principal fornecer umavisão global de como 
podemos utilizar diversas ferramentas moleculares para solucionar problemas reais 
da sociedade moderna, além de buscar otimizar diversos processos relacionados 
a esses e muitos outros segmentos. 
Assim, nesta Unidade abordaremos os principais mecanismos de controle da 
síntese proteica. Tais mecanismos são fundamentais para maior compreensão 
do funcionamento molecular da célula e, consequentemente, da sua aplicação 
na Biotecnologia.
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Síntese Proteica
Como já sabemos, as proteínas são moléculas extremamente importantes para 
todos os seres vivos, pois desempenham incontáveis funções consideradas es-
senciais para a manutenção da vida. Além disso, é a molécula mais abundante e 
diversa de todos os sistemas biológicos. Todas as proteínas possuem composição 
química similar e no geral são compostas por polipeptídios que, por sua vez, são 
compostos por suas unidades básicas, os aminoácidos. Apesar de desempenhar 
muitas funções específicas, a maioria das proteínas é formada pelos vinte amino-
ácidos comumente encontrados na natureza.
Desde as formas mais “simples”, como as bac-
térias, até as mais “complexas”, como mamífe-
ros, aves e répteis, as proteínas são sintetizadas a 
partir da informação genética contida nos Ácidos 
Desoxirribonucleicos (DNA) e em um processo 
altamente complexo. Tal informação é transcrita 
para um RNA mensageiro (mRNA) e pela ação do 
RNA transportador (tRNA) e do RNA ribossomal 
(rRNA), essa informação é traduzida em sequên-
cias de aminoácidos, formando os peptídios e, 
consequentemente, as moléculas proteicas. Esse 
processo é conhecido como o dogma central 
da Biologia Molecular (Figura 1). Assim, nesta 
Unidade abordaremos de maneira geral as eta-
pas da síntese de proteínas moduladas por RNA, 
ou seja, transcrição, processamento e tradução 
em eucariotos. 
Figura 1 – Representação do dogma 
central da Biologia Molecular
Fonte: Acervo do Conteudista
Transcrição do DNA
A transcrição é o primeiro passo para o processo de síntese proteica. Essa 
etapa está relacionada à síntese de uma molécula de RNA específica a partir da 
informação genética contida no DNA de um gene. Apesar de o produto final da 
síntese proteica ser a própria proteína, o processo de transcrição codifica apenas 
RNA. Todos os tipos de RNA da célula são originados a partir da transcrição.
A molécula que regula o processo de síntese proteica é a RNA Polimerase 
(RNAP). As RNAP executam cinco funções primordiais no processo de transcrição: 
i) reconhecem e ligam-se em sequências específicas do DNA; ii) separam a dupla 
hélice do DNA, expondo a sequência gênica que será copiada; iii) conferem 
estabilidade para a abertura da fita de DNA – mantendo-a aberta –, assim como para 
a ligação da fita híbrida de RNA:DNA; iv) renaturam o DNA para sua conformação 
estrutural inicial – dupla hélice –; v) completam a síntese de proteínas sozinhas ou 
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UNIDADE A Síntese Proteica
com auxílio de proteínas específicas – essas cinco etapas serão detalhadamente 
descritas no decorrer deste Material teórico. 
A transcrição – primeira etapa da síntese proteica – seguirá sempre a regra do 
antiparalelismo, ou seja, seguirá direção de 3’ para 5’ na molécula de DNA molde 
e, inversamente, a molécula de RNA será formada a partir de sua extremidade 5’ 
até sua extremidade 3’. De maneira geral, a fita de RNA gerada é idêntica à que 
será base complementar da Adenina (A) (Figura 2):
Figura 2 – Esquematização do processo de transcrição, modulado pela enzima RNAP
Fonte: Adaptado de commons.wikimedia.org
Transcrição em Procariotos
A transcrição gênica em procariotos pode ser dividida em três etapas distintas: i) 
reconhecimento da molécula de RNAP pelo sítio promotor, originando o complexo 
de iniciação; ii) alongamento da cadeia de RNA – síntese –; e iii) terminação, 
quando a síntese é interrompida, liberando a molécula de RNA. 
Iniciação
Para que o processo de transcrição seja possível, são necessárias sequências 
na molécula de DNA, as quais atuem como fatores de iniciação. Essas sequências 
são conhecidas como promotoras – regiões que possuem aproximadamente 
setenta pares de bases e controlam o início da transcrição. Uma série de proteínas 
chamadas de fatores σ, guiam as polimerases até as regiões promotoras, indicando 
o local exato do início da síntese. As RNAP reconhecem essas regiões e se ligam, 
formando o complexo RNAP holoenzima.
A ligação de RNAP com o promotor promove a abertura de aproximadamente 
dez pares de bases da dupla hélice do DNA, dados pela quebra de suas pontes de 
hidrogênio, originando uma estrutura denominada bolha de transcrição – complexo 
aberto. Essa abertura expõe as sequências do DNA das duas fitas, no entanto, apenas 
uma das quais será transcrita.
A molécula de RNA que será gerada a partir da transcrição é composta por ribo-
nucleosídios trifosfato (ATP, UTP, CTP, GTP) presentes na célula. Esses ribonucleo-
sídios possuem grande afinidade e são complementares aos desoxirribonucleotídios 
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(bases A, T, C, G) do DNA. Com as bases do DNA expostas pela ligação do pro-
motor com as RNAP, uma primeira molécula de ribonucleosídio liga-se ao primeiro 
desoxirribonucleotídio do DNA.
Alongamento 
Após essa primeira ligação, outras ligações ocorrerão sequencialmente, de modo 
que o segundo ribonucleosídio trifosfato se ligará ao segundo desoxirribonucleotídio 
do DNA e assim consecutivamente. Da mesma forma como ocorre na conformação 
estrutural da dupla hélice, os ribonucleosídios se ligarão na fita simples de DNA 
por complementaridade, formando uma ligação não covalente, no entanto, como 
dito, ao invés da Timina (T), será a Uracila (U) que se ligará à base Adenina (A) da 
molécula de DNA. 
Terminação
A transcrição é finalizada pela separação completa da fita de RNA sintetizada 
da fita de DNA molde, que recupera sua conformação estrutural original – dupla 
hélice. A informação referente ao término do processo de transcrição está presente 
em locais específicos do DNA que é transcrito e geralmente é composto por uma 
sequência de bases T. 
Enquanto a RNAP percorre a região da bolha de transcrição da fita híbrida 
de RNA:DNA, novos ribonucleosídios são alinhados, uma extremidade da bolha 
continua aberta para ser transcrita e a outra extremidade é renaturada, forçando o 
desligamento da molécula de RNA sintetizada – terminação. Além disso, o RNA 
sintetizado participa diretamente do término da transcrição através da formação 
de estruturas secundárias, ou até mesmo ligando-se em outros fatores, resultando 
em uma conformação estrutural em forma de gancho, que desestabiliza a ligação 
entre a fita de RNA e a de DNA molde, forçando sua separação, encerrando assim 
o processo de transcrição. 
Transcrição em Eucariotos
De forma geral, a transcrição em eucariotos é mais complexa que a de 
procariotos. Em eucariotos a molécula de RNA transcrita a partir do DNA possui 
regiões codificantes, os éxons, e as não codificantes, os íntrons (pré-mRNA). Por 
uma reação denominada splicing, os íntrons são removidos, restando apenas os 
códons (mRNA). Outro fato importante é que os eucariotos possuem três tipos 
diferentes de RNAP, enquanto que os procariotos apenas um tipo. A RNAPI que 
sintetiza apenas uma classe de RNA, geralmente muito longa e abundante na 
célula, é denominada pré-mRNA; as RNAPII são responsáveis, principalmente, 
pela síntese de mRNA e RNAPIII, que sintetizam rRNA, tRNA e RNA pequenos. 
As sequências reguladoras em eucariotos podem ser divididas em elementos 
promotores – upstream –, compostos por sequências consenso denominadas 
TATA box ou elemento TATA – região onde se inicia a transcrição – e elementos 
11
UNIDADE A Síntese Proteica
reforçadores – enhancer –, que são sequências pequenas de DNA e que, no 
geral, aumentam a expressão de um determinado gene, independentemente 
de sua posição na molécula de DNA. Neste contexto, abordaremos apenas os 
mecanismos regulatórios que envolvem as RNAPII, já que está relacionadaà 
transcrição do mRNA.
Complexo de Pré-Inicialização
Diferentemente ao observado em procariotos, as RNAP de eucariotos não 
estão envolvidas diretamente no reconhecimento e ligação da região promotora 
do DNA. Esta talvez seja a diferença mais importante no processo de transcrição 
entre esses dois grupos. As RNAP em eucariotos requerem mais de uma 
proteína para reconhecerem e se ligarem nas regiões promotoras (TATA box) e, 
consequentemente, desdobrarem a dupla hélice. Essas proteínas são denominadas 
fatores de transcrição. São os fatores de transcrição que inicialmente reconhecem 
as regiões promotoras, ligam-se e interagem com outros fatores, formando um 
complexo de iniciação, ou complexo transcricional, ao qual as RNAP se ligarão 
diretamente. Primeiramente, o TFIID, que é o maior fator de transcrição, liga-se 
à região TATA box do DNA através de um componente anexo denominado TBP. 
Posteriormente, os fatores de transcrição TFIIA e TFIIB juntam-se ao complexo, 
preparando o complexo transcricional para a ligação da RNAP. Com a junção 
de TFIID, TFIIA, TFIIB, RNAP e outros fatores, o complexo transcricional está 
pronto para o processo de iniciação e para realizar a sua função, recebe a energia 
proveniente da molécula de ATP.
Iniciação
A incorporação da RNAPII propicia a abertura da dupla hélice do DNA, expondo 
suas bases nitrogenadas a serem transcritas, originando a bolha de transcrição.
Alongamento
Como observado em procariotos, nesta fase diversas ligações sequenciais serão 
formadas, entre ribonucleosídios e desoxirribonucleotídios do DNA, de modo a se 
complementar (AU e CG) de forma antiparalela (5’ → 3”), formando a fita híbrida 
de RNA:DNA. 
Terminação
O processo de terminação em eucariotos é complexo e ainda pouco compreen-
dido. Diferente dos mecanismos observados em procariotos, que não possuem uma 
compartimentalização nuclear, em eucariotos o RNA funcional necessita obrigatoria-
mente atravessar a membrana nuclear até o local de ação. Com isso, a célula realiza 
uma espécie de “sistema de qualidade de mRNA”, do qual somente as moléculas de 
mRNA funcionais e que serão utilizadas, conseguem ultrapassar a membrana celular, 
enquanto que as moléculas defeituosas ou incompletas são prontamente eliminadas. 
Finalmente, o mRNA sintetizado pela RNAPII é clivado na extremidade 3’ e uma 
sequência denominada cauda poli (A) é aderida em sua sequência.
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13
Veja o processo de transcrição em eucariotos.
O processo de Transcrição
https://youtu.be/slOneovpOEk
Ex
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Processamento do RNA
Em eucariotos, as moléculas de RNA – todas as formas –, sintetizadas a partir 
da informação genética contida no DNA, muitas vezes não estão em suas formas 
biologicamente funcionais. Existem alguns tipos possíveis de modificações na 
molécula de RNA após sua síntese, dado pela adição, deleção ou alteração de 
nucleotídios, ou mesmo de regiões maiores. Por possuir um sistema mais complexo, 
as células eucarióticas apresentam maior nível de processamento de mRNA se 
comparado às células procarióticas.
RNA Mensageiro (mRNA)
O processamento do mRNA em eucariotos ocorre em três etapas principais: 
a remoção dos íntrons – splicing –, a agregação de duas estruturas denominadas 
cap e cauda poli A.
Importante!
Que a descoberta da presença de íntrons em um gene viral se deu pelos norte-americanos 
Philip Sharp e Richard Roberts, no ano de 1977? E que ambos foram premiados com um 
Nobel de Medicina em 1993?
Você Sabia?
Incorporação do Cap
O nome cap é dado para a agregação de um nucleosídio trifosfato, presente na 
extremidade 5’ da molécula de mRNA, a um nucleotídio metilado. Sua principal 
função é evitar a degradação por fosfatases e nucleases do mRNA durante o 
processo de remoção dos íntrons, além de ser importante na conexão do mRNA 
ao ribossomo durante o processo de tradução. Basicamente, o processo de adesão 
do cap na molécula de RNA é modulado por duas enzimas. Em um primeiro 
momento, uma enzima específica liga uma molécula de Guanosina Trifosfato (GTP) 
na extremidade 5’ do transcrito primário (mRNA) e, em seguida, uma enzima 
denominada metiltransferase incorpora grupos metílicos provenientes de uma 
molécula doadora no mRNA.
Incorporação da Cauda Poli A
A cauda poli A é uma estrutura formada por, aproximadamente, 250 adeninas, 
inserida na região 3’ do mRNA. Sua principal função é facilitar o transporte do 
mRNA para o citoplasma e gerar estabilidade para a molécula, já que com sua 
13
UNIDADE A Síntese Proteica
presença o mRNA é mais lentamente degradado. A inserção dessa sequência na 
molécula de mRNA recebe o nome de poliadenilação e ocorre ao término do 
processo de transcrição.
Sabe-se que essa sequência de adeninas não é codificada pelo DNA e está 
presente apenas na molécula de mRNA. Diversos fatores específicos reconhecem 
no pré-mRNA uma sequência própria – sequência consenso – chamada de sinal 
de poliadenilação, formada pelos nucleotídios AAUAAA. Um desses fatores – 
endonucleases – cliva o pré-mRNA em, aproximadamente, vinte nucleotídios após 
o sinal de poliadenilação, liberando-o do DNA e uma enzima chamada poli A 
polimerase incorpora a sequência de 250 adeninas na extremidade 3’ do mRNA 
(Figura 3):
Figura 3 – Processo de incorporação da cauda poli A – poliadenilação – na molécula de RNA
Fonte: geneticavirtual.webnode.com.br
Splicing
Igualmente chamado de excisão – remoção – dos íntrons, o termo splicing 
refere-se ao processo de remoção das sequências presentes nos pré-mRNA que, 
no geral, não codificam proteínas, originando as moléculas de mRNA realmente 
funcionais, que são mais estáveis – por serem mais curtas – que sua precursora. 
De maneira geral, os íntrons são regiões conservadas – similares – no genoma de 
todos os grupos biológicos, apresentando regiões consenso que sinalizam a posição 
correta onde deve ocorrer o splicing – sítio do splicing. Algumas características 
são comuns nessas regiões, sendo observadas desde leveduras até mamíferos, como 
uma adenina localizada na mesma região (20 a 50 nt) próxima à extremidade 3’ 
do íntron, uma tendência a um maior número de pares de base do tipo pirimidinas 
(U, C) na região da extremidade 3’ e com raras exceções, os dois primeiros e dois 
últimos nucleotídios do íntron são, respectivamente, GU e AG
14
15
O processo de splicing pode ocorrer basicamente de duas formas: mediado 
por spliceossomos – estruturas que modulam os processos de splicing –, ou por 
autosplicing – não é intermediado pela ação dos spliceossomos, ou seja, a própria 
molécula de RNA remove os íntrons. Para as duas formas a reação ocorre em duas 
etapas de transferência. Incialmente, ocorre uma transferência de um fosfato de um 
açúcar para outro e, posteriormente, a transferência de uma ligação fosfodiéster. 
Essas reações liberam os íntrons no formato característico de um “laço”, unindo 
os éxons (Figura 4):
Figura 4 – Processo de splicing mediado por spliceossomo
Fonte: geneticavirtual.webnode.com.br
Assista à animação apresentando o processo de splicing mediado pelo spliceossomo. 
Splicing do mRNA
https://youtu.be/bQvukfT3MJc
Ex
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Importante!
Que em alguns casos, o processo de splicing pode gerar proteínas diferentes, ou múltiplas 
proteínas codificadas por um mesmo gene, dado pela inclusão ou remoção de éxons do 
mRNA? E que neste caso denominamos splicing alternativo?
Você Sabia?
15
UNIDADE A Síntese Proteica
RNA Transportador
O tRNA é uma molécula de baixo peso molecular – 74 a 95 nucleotídios em 
cadeia linear –, correspondendo a, aproximadamente, 10% do RNA total da célula, 
possui conformação estrutural em forma de trevo – essa conformação é dada devido 
aos quatro pares de base de sequências complementares que se emparelham – e 
suas principais funções são: alinhar os aminoácidos seguindo a ordem marcada 
pelos códons do mRNA e transportá-los para o processo de síntese proteica a ser 
realizado nos ribossomos. 
O processamento do tRNA é dado pela retirada de um único íntron, tornando-auma molécula efetivamente madura. Diferentemente ao observado no mRNA, 
no tRNA não existem regiões consenso, sendo a própria molécula de pré-tRNA 
o elemento de reconhecimento para o processo de splicing. A maturação do 
tRNA é realizada em duas etapas distintas: inicialmente ocorre uma quebra nas 
extremidades 5’ e 3’ do íntron a ser liberado e como resultado dessa clivagem, o 
tRNA é dividido em dois éxons. Posteriormente, devido a interações bioquímicas 
– pareamento de bases –, essas duas metades são unidas pela ação de uma enzima 
específica, denominada RNA-ligase, formando o tRNA maduro – funcional. 
Cada tipo específico de tRNA sofre alterações pela substituição de nucleotídios 
comuns por nucleotídios considerados raros como, por exemplo, a substituição 
da base U pela base pseudouridina (ψ). Outro fato importante é a substituição 
dos trinucleotídios AAA – presentes na extremidade 3’ – de todos os tRNA pelo 
trinucleotídio CCA. 
RNA Ribossômico (rRNA)
O rRNA é o componente primário dos ribossomos e, assim como o mRNA e o 
tRNA, é transcrito a partir da informação genética contida no RNA. Entre todos é 
o RNA mais abundante nas células – aproximadamente 90% –, responsável pela 
estruturação dos ribossomos. O processamento, ou seja, a montagem do rRNA 
em ribossomo, é realizado no nucléolo e essa estrutura é formada por várias 
subformas do rRNA, como o pré-rRNA, os rRNA biologicamente funcionais 
– maduros –, além de outras enzimas e subunidades. Em eucariotos existem 
quatro tipos diferentes de rRNA, de acordo com tamanho e função: 5S, 5.8S, 
18S e 28S. 
O processo de maturação – processamento – é realizado por sucessivas clivagens, 
obedecendo uma ordem preferencial, no entanto, não obrigatória. Inicialmente 
ocorre a clivagem das estruturas denominadas espaçadores transcritos externos, 
seguida por duas clivagens que resultam na liberação do RNA 18S em sua forma 
biologicamente funcional. Posteriormente ocorrem três clivagens para a liberação 
da forma 5S e normalmente da forma 28S. A única exceção é com relação à forma 
5S, que é transcrita separadamente. Após essas sucessivas clivagens, o rRNA deixa 
o núcleo celular para compor a estrutura dos ribossomos. 
16
17
Tradução do mRNA
A tradução é o processo final da síntese proteica. Todo o processo é mediado 
pelo tRNA, que conduzirá os aminoácidos presentes no citosol da célula para 
os ribossomos e os alinhará considerando a informação contida nos códons 
do mRNA. A informação genética contida no DNA é transcrita no mRNA, que 
mediará todo o processo. Como sabemos, a informação genética é formada por 
códons, compostos por três nucleotídios (A, U, C, G) cada, de modo que cada 
códon possui afinidade específica pelos vinte tipos de aminoácidos. O tRNA 
também é uma molécula específica e possui uma região que se liga diretamente 
aos aminoácidos – de acordo com sua especificidade – e outra que se liga aos 
códons do mRNA. O processo de tradução pode ser basicamente dividido em 
três etapas: iniciação, alongamento e terminação – processo esse representado 
resumidamente na Figura 5.
Importante!
Fique atento(a)! Não confunda essas etapas com as fases de iniciação, alongamento e 
terminação do processo de transcrição.
Importante!
Iniciação
Uma série de proteínas denominadas Fatores de Iniciação (IF) mediam essa etapa. 
Entre outras funções, os IF alinham a molécula de mRNA com uma subunidade menor 
que posteriormente formará o ribossomo. Essa subunidade percorrerá o mRNA até 
detectar um códon específico, denominado códon de iniciação, sempre represen-
tado pela sequência AUG. Uma região denominada anticódon no tRNA, contendo 
as bases UAC, ligar-se-á por complementaridade com a sequência AUG do códon de 
iniciação do mRNA. O tRNA com o anticódon contendo a sequência UAC carrega 
consigo, por uma série de interações bioquímicas, seu aminoácido correspondente 
que, neste caso, é a metionina. Após a ligação entre códon de iniciação do mRNA 
e anticódon do tRNA, a subunidade maior ligar-se-á a esse complexo para formar o 
ribossomo funcional, finalizando a etapa de iniciação.
Alongamento
Assim como no processo de iniciação, o alongamento é modulado pela ação de 
fatores, neste caso os Fatores de Elongação (EF). A formação do ribossomo dado 
pela junção da subunidade menor com a maior constitui dois sítios no interior do 
complexo denominado local Peptidilo (local P) e Aminoácilo (local A). O primeiro 
tRNA – ligado ao códon de iniciação – ocupará o local P, enquanto o segundo tRNA, 
com seu aminoácido correspondente e suas bases complementares ao segundo 
códon, ocupará a região A. A metionina presente no primeiro tRNA – localizado 
17
UNIDADE A Síntese Proteica
na região P –, instantaneamente é transferida e unida ao aminoácido do segundo 
tRNA – localizado na região A. Após essa transferência, o primeiro tRNA deixa o 
ribossomo, este então move-se pelo mRNA e o tRNA seguinte – complementar ao 
terceiro códon – entra no ribossomo. Com isso, o aminoácido do segundo tRNA 
é transferido e unido ao aminoácido do terceiro tRNA e assim sucessivamente, 
formando um peptídio extenso. À medida que o ribossomo se move pelo mRNA, 
o tRNA contendo o peptídio é deslocado para a região A, sendo esse movimento 
denominado translocação.
Terminação
Esta etapa da tradução é modulada por Fatores de Terminação (RF). Da mesma 
forma que o códon de iniciação, existe um códon que sinaliza o término da tradução, 
denominado códon de terminação, que é representado pelas trincas UAA, UGA 
ou UAG, sendo observado apenas um dos três códons no mRNA. Quando a região 
A do ribossomo passa e reconhece o códon de terminação no mRNA, o fator de 
terminação ocupa a região A, o peptídio – proteína – pronto é liberado juntamente 
com o último tRNA, de modo que as subunidades menor e maior se separam e o 
processo de tradução é finalizado. 
Cadeia Polipeptídica
(proteína)
Aminoácido
Anticódon
CódonSubunidade pequena
Subunidade 
grande
RNAm
RNAt
Figura 5 – Esquema geral do processo de tradução de proteínas
Fonte: Adaptado de iStock/Getty Images
Assista ao processo de tradução de proteínas:
Tradução do mRNA
https://youtu.be/NZ9m4aydAn0
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Material Complementar
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:
 Livros
Biologia Molecular da Célula
ALBERTS, B. et al. Biologia Molecular da Célula. 5. ed. Porto Alegre, RS: 
Artmed, 2010.
Fundamentos de Biologia Molecular
MALACINSKI, G. M. Fundamentos de Biologia Molecular. 4. ed. Rio de Janeiro: 
Guanabara Koogan, 2005.
 Vídeos
Biologia
https://youtu.be/BTpVc8aNqgk
Processamento RNA
https://youtu.be/eWPOzNVyocs
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• Introdução à Regulação da Expressão Gênica
• Regulação da Expressão Gênica em Procariotos
• Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos
 · Proporcionar ao aluno uma visão geral dos mecanismos de expres-
são gênica, além de introduzir conhecimentos específicos sobre os 
mecanismos que controlam a expressão em procariotos e eucariotos, 
com maior enfoque nos processos que regulam a transcrição gênica.
OBJETIVO DE APRENDIZADO
A Regulação da Expressão Gênica
UNIDADE A Regulação da Expressão Gênica
Contextualização
Considerada uma das disciplinas mais importantes na área da Biologia, princi-
palmente pela sua aplicabilidade em diversos segmentos sociais, tais como agricul-
tura, pecuária e saúde, Fundamentos da Biologia Molecular e Biotecnologia 
tem como objetivo principal fornecer uma visão global de como podemos utilizar 
diversas ferramentas moleculares para solucionar problemas reais da sociedade 
moderna, além de buscar otimizar diversos processos relacionados a esses e muitos 
outros segmentos. 
Assim, nesta Unidade abordaremos os principais mecanismos do controle da 
expressão gênica em procariotos e eucariotos. Esses mecanismos são essenciais para 
maior compreensão do funcionamento molecular da célula e, consequentemente, 
de sua aplicação na área da Biotecnologia.
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9
Introdução à Regulação da Expressão Gênica
A regulaçãoda expressão gênica pode ser definida como o controle da informação 
codificada no gene, que irá resultar em um produto gênico, como o RNA, ou uma 
função específica (ROBERTS, 2006). Como sabemos, diferentes tipos celulares 
constituem tecidos com funções e composições amplamente distintas dentro de um 
mesmo organismo multicelular. Tal diferenciação ocorre mesmo se considerarmos 
que todas as células de um determinado organismo possuem o mesmo conjunto de 
informações genéticas – genoma. 
Muitos processos tidos como fundamentais para a manutenção celular são 
comuns para todas as células, como a síntese dos diferentes tipos de RNA, síntese 
de algumas enzimas como o RNA polimerase, proteínas ribossomais, proteínas 
que formam o citoesqueleto, entre outras. Os genes que codificam essas moléculas 
de manutenção celular são expressos continuamente, denominados genes 
constitutivos. No entanto, muitos outros genes não são expressos por tipos celulares 
específicos, pelo simples fato de não serem fundamentais para esse tipo celular, tais 
genes são denominados induzíveis. Com isso, podemos inferir que a quantidade 
de genes de uma determinada célula é muito maior que o número de proteínas 
requeridas para o seu funcionamento. Expressar todos os genes de um genoma – e 
consequentemente sintetizar todas as proteínas – em todos os tipos celulares de 
um mesmo organismo seria um desperdício de energia enorme e desnecessário. 
Devido a isso, a regulação da expressão torna-se vantajosa, pois permite que cada 
tipo celular expresse apenas o necessário para seu funcionamento.
Assim como no controle transcricional dos genes, outras etapas podem regular 
a síntese proteica, como o processamento – por intermédio de splicing –; através 
de uma espécie de “sistema de qualidade de RNA” que permite que apenas as 
moléculas de mRNA completas possam ser direcionadas para o citoplasma – controle 
do transporte de RNA – através da seleção dos mRNA presentes no citoplasma 
que serão traduzidos – controle traducional –, degradação seletiva de moléculas 
de mRNA no citoplasma – controle da degradação do mRNA –, ou alteração 
de moléculas proteicas específicas logo após sua síntese – controle da atividade 
proteica. O controle transcricional pode ser considerado o mais importante para o 
organismo, já que todo o processo de síntese é iniciado pela expressão gênica, o 
que garante que serão transcritos apenas os mRNA necessários para a célula em 
questão, sem a presença de intermediários redundantes.
Regulação da Expressão Gênica em Procariotos
Como sabemos, os genes de procariotos estão organizados em estruturas 
denominadas óperons (Figura 1). Por definição, um operon é uma unidade genética 
que compreende uma região promotora, duas sequências reguladoras – sítio de 
ligação do ativador e operador – e uma sequência gênica – esta que é regulada 
9
UNIDADE A Regulação da Expressão Gênica
pela promotora e operadora. A região promotora, como sabemos, é o local onde a 
enzima RNA polimerase (RNAP) se ligará para iniciar o processo de transcrição, as 
sequências reguladoras são os locais da fita de DNA onde as proteínas reguladoras 
– repressoras ou ativadoras – se ligarão, inibindo ou ativando a ação da RNAP e a 
região gênica é a unidade transcricional propriamente dita.
T
T T
Genes estruturais
Sequências
reguladoras
Sítio de ligação 
do ativador Operador
Promotor
Figura 1 – Elementos básicos de um operon
Em geral, a expressão gênica em procariotos é modulada por variações do meio 
em que o organismo está inserido, ou seja, as bactérias possuem capacidade de 
regular a expressão de acordo com os estímulos externos. De forma geral, o con-
trole transcricional é o mais empregado, principalmente em procariotos, por ser o 
processo inicial da síntese proteica. 
Dois tipos de controles transcricionais são possíveis em procariotos, controle 
negativo e controle positivo: 
 » Controle Negativo – ocorre em genes que são normalmente expressos, 
no entanto, por intermédio de uma proteína específica que se liga ao DNA 
ocorre a inibição de sua expressão. A regulação negativa da transcrição pode 
ser estimulada ou bloqueada dependendo da ação da proteína repressora. 
No controle negativo por repressão, as proteínas repressoras reconhecem 
e ligam-se em regiões específicas da molécula de DNA, geralmente muito 
próximas às regiões promotoras – local onde as RNAP se ligam para iniciar 
a transcrição –, impedindo o deslocamento da RNAP e, consequentemente, 
interrompendo o processo. Já no controle negativo por indução, uma 
molécula pequena age como sinalizadora para a proteína repressora ligada 
ao DNA, alterando sua conformação estrutural e induzindo seu desligamento, 
permitindo, assim, a ação da RNAP (Figura 2A);
 » Controle Positivo – é mediado por proteínas reguladoras ativadoras que 
se ligam a locais próximos das regiões promotoras e, diferente do controle 
negativo, aumentam a afinidade bioquímica da RNAP pelo sítio promotor, 
favorecendo, assim, o processo de transcrição. Da mesma forma, o controle 
positivo pode ser por indução, quando o indutor, necessariamente, forma 
um complexo com a proteína reguladora para ligar-se ao DNA (Figura 
2B); e controle positivo por repressão, quando apenas a proteína possui 
potencial para ligar-se ao DNA e, assim, ativar a transcrição. De forma 
sucinta, podemos inferir que os controles negativo e positivo por indução 
somente ocorrerão na presença de um indutor, enquanto que os controles 
por repressão apenas na ausência desse indutor.
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11
 
Figura 2 – Esquema representando o controle negativo (A) e o controle positivo (B) da transcrição gênica
Fonte: goo.gl/7K5RKC
Operon Lac
O primeiro modelo de operon foi proposto por François Jacob e Jacques Mo-
nod, no ano de 1961, pelo qual receberam o Prêmio Nobel em Medicina no ano 
de 1965, sendo este talvez o exemplo mais didático do controle da expressão gê-
nica em procariotos. Esses autores analisaram a expressão de genes relacionados 
ao metabolismo da lactose – devido a isso, foi denominado operon lac –, a qual é 
utilizada como fonte de carbono e energia por esse organismo e verificaram que a 
enzima responsável pela clivagem da lactose para gerar energia, a ß-galactosidase, 
apenas era expressa na presença deste substrato. 
Adicionalmente à ação da ß-galactosidase, a metabolização da lactose depende 
da ação de mais duas enzimas provenientes da expressão de dois genes distintos, 
a lactose-permease e a transacetilase. A estrutura do operon lac é composta por 
um promotor (P), três operadores, sendo um primário (O1) e dois operadores 
secundários (O2 e O3), um gene que codifica a proteína repressora lac (I), que 
conta ainda com uma região promotora exclusiva (P1) e três genes codificantes 
11
UNIDADE A Regulação da Expressão Gênica
lacZ, lacY e lacA, que sintetizarão as enzimas ß-galactosidase, lactose-permease 
e transacetilase, respectivamente (Figura 3). Por possuir informação para codificar 
três proteínas diferentes, o operon lac é definido como um operon poligênico.
(P1) (I) (O2) (O1) (O3)lacZ lacY lacA(P)
Figura 3 – Esquema representativo dos componentes do operon lac de Escherichia coli 
A ação da enzima ß-galactosidase é modulada pela presença de lactose no meio 
e sua principal função é clivar a lactose em glicose e galactose, convertendo-a em 
energia, além de promover a síntese de uma molécula denominada alolactose. 
A segunda enzima que atua na degradação da lactose é a lactose-permease, que 
realiza transporte da molécula para a região intracelular via membrana da célula 
bacteriana (Figura 4). Apesar de saber de sua atuação no metabolismo de lactose, 
as funções da enzima transacetilase ainda são pouco conhecidas. 
Figura 4 – Esquema representando a ação da enzima lactose-permease e ß-galactosidase em procariotos
 Fonte: Adaptado de goo.gl/7K5RKC
Em uma situação de ausência de lactose no meio, a expressão do operon lac é 
inibida através da ligação do repressor lac ao operador primário (O1)e a um dos 
dois operadores secundários (O2 ou O3). Essas ligações alteram a conformação 
estrutural do DNA, originando uma estrutura em forma de alça que omite a região 
promotora, impedindo a ação da RNAP e, consequentemente, bloqueando o início 
da transcrição (Figuras 5 e 6A).
12
13
 
Figura 5 – Ligação do repressor lac ao operador principal (O1) e em um dos operadores
secundários (O2 ou O3), formando uma estrutura em formato de laço
Quando a célula bacteriana está em um meio contendo lactose, o operon lac 
é estimulado através da ligação de uma proteína sinalizadora – alolactose – em 
uma região específica da proteína repressora, tornando-a inativa. Com isso, o 
DNA sofre uma alteração estrutural em sua cadeia, favorecendo a dissociação do 
repressor da região operadora. Essa dissociação favorecerá a expressão do operon 
lac através de um aumento elevado da enzima ß-galactosidase (Figura 6B). 
Em uma situação em que a bactéria esteja em um meio contendo glicose, 
mesmo que contenha lactose também, o operon lac é inibido, já que a glicose é um 
substrato mais fácil de ser metabolizado – não necessita da ação da ß-galactosidase 
–, sendo este processo denominado repressão catabólica. Os mecanismos que 
compreendem a repressão catabólica em procariotos são complexos. O promotor 
possui duas regiões para ligação, uma para a RNAP e outra para a ligação de um 
complexo formado por uma proteína regulatória denominada CAP – do inglês 
catabolite activator protein – e por uma molécula efetora denominada cAMP – 
AMP cíclico (adenosina 3’, 5’) monofosfato – e para que o operon lac seja ativado 
esse complexo precisa estar ligado em um local específico na região promotora. A 
presença de glicose no meio inibe a síntese de cAMP, interferindo na formação do 
complexo com CAP e, por consequência, inibindo o operon lac (Figura 6C).
Importante!
Podemos concluir que a indução do operon lac requer a presença de lactose para inativar 
o repressor – controle negativo –, bem como a ausência da glicose para aumentar 
a concentração de cAMP na célula, resultando na formação do complexo com o CAP, 
induzindo, assim, a expressão do operon lac – controle positivo. 
Em Síntese
13
UNIDADE A Regulação da Expressão Gênica
Figura 6 – Esquema representando os mecanismos de ativação e inibição do operon lac
Fonte: boundless.com
Em que:
(A) na ausência de lactose o repressor liga-se ao operador, impedindo a junção 
do RNA polimerase ao sítio promotor;
(B) em um meio contendo lactose, a alolactose liga-se ao repressor, impedindo 
sua ligação ao sítio operador e induzindo a expressão do operon lac;
(C) na presença de glicose no meio, os níveis de cAMP são mantidos a níveis 
basais, impedindo a formação do complexo com CAP, inibindo a ligação da 
RNA polimerase e, consequentemente, a expressão do operon lac.
Assista à animação da regulação gênica do Operon lac: https://youtu.be/lK4LadkOll0
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Regulação da Expressão 
Gênica em Eucariotos
Como vimos, em procariotos a regulação gênica está intimamente relacionada 
às condições do meio como, por exemplo, a presença de lactose. Por apresentar 
diferenciação celular e pela maioria dos tipos celulares estar em um meio estável, 
as condições do meio pouco influenciam na regulação da expressão em eucariotos, 
no entanto, uma série de outros fatores está envolvida na ativação ou inibição da 
expressão gênica. Três componentes principais regulam a expressão em eucariotos: 
i) um sinal que alterará a expressão; ii) as respostas geradas pela ação desse sinal; 
e iii) os diferentes níveis dessas respostas.
Em eucariotos a síntese de proteínas pode ser regulada em quatro diferentes 
níveis: i) durante a transcrição; ii) no processamento; iii) na estabilidade do mRNA; e 
iv) no processo de tradução. No entanto, assim como em procariotos, a transcrição 
é o processo mais significativo ao qual o organismo controla a expressão de seus 
genes. Vários tipos de sinais podem interferir na transcrição gênica em eucariotos, 
tais como hormônios, alterações ambientais e nutricionais – em menor escala que 
em procariotos –, fatores de transcrição, proteínas reguladoras, entre outros. Agora 
abordaremos de forma mais detalhada alguns tipos desses sinais.
Assista à recapitulação do processo de transcrição,: https://youtu.be/fynGKohVYHw
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Sinalização Hormonal
Algumas classes de hormônios, como os esteroides, são moléculas relativamente 
curtas e lipossolúveis, possuindo capacidade de penetrar na célula através da 
membrana plasmática. No interior celular, os esteroides ligam-se a receptores 
específicos para formarem complexos variados que adentrarão ao núcleo e se 
ligarão em regiões específicas do DNA para alterar a expressão de um determinado 
gene. Outros polipeptídios maiores e de composição diferente dos esteroides não 
possuem a capacidade de atravessar a membrana biológica, assim, ligam-se a 
receptores presentes na própria membrana, desencadeando uma cascata de reações 
intracelulares que modularão a expressão de um determinado gene. Outros tipos 
de proteínas, como os fatores de crescimento, podem ainda ser sintetizados em 
uma célula específica e agirem em células vizinhas, ou mesmo em outros tecidos.
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UNIDADE A Regulação da Expressão Gênica
Figura 7 – Esquema representando os mecanismos de ação dos hormônios esteroides, os quais possuem a 
capacidade de atravessar a membrana celular e outros hormônios polipeptídicos, como a amina, que se ligam a 
receptores de membrana e desencadeiam uma cascata de reações no citoplasma celular
Fonte: boundless.com
Sinalização por Mudanças Nutricionais 
Como dito, eucariotos recebem menor influência de fatores nutricionais se 
comparados aos procariotos, devido, principalmente, à estabilidade conferida pela 
formação dos tecidos e órgãos. No entanto, o tecido hepático merece uma atenção 
especial, já que as células deste órgão estão diretamente em contato com o sangue 
e, consequentemente, estão expostas às alterações nutricionais e à presença de 
outras substâncias que podem interferir na regulação gênica. Baixos níveis de 
carboidratos e altos níveis de proteínas, por exemplo, induzem a expressão de 
genes relacionados à conversão de aminoácidos em glicose no fígado, sendo este 
processo revertido quando as condições nutricionais voltam à sua “normalidade”. 
Da mesma forma, alguns genes relacionados à síntese de metalotionenína – proteína 
que protege a célula de metais pesados – são induzidos à expressão, na presença 
de algum metal pesado na corrente sanguínea, como o cádmio, por exemplo. 
Fatores de Transcrição e Proteínas Reguladoras
Diferente de procariotos, em eucariotos a RNAP – especificamente o tipo II – 
forma um complexo com diversas proteínas, denominadas fatores de transcrição – 
TFIIA, TFIIB, TFIID, entre outras. São os fatores de transcrição que intermediarão 
a ligação entre RNAPII e o promotor do DNA – região TATA box – para dar início à 
transcrição. A transcrição apenas será possível se o complexo formado por RNAPII 
e fatores de transcrição estiver completo e em sua forma funcional.
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Uma região do DNA fundamental para a transcrição é denominada intensificador 
– enhancer. Os intensificadores são os sítios de ligações próximos das regiões 
promotoras, onde diversas proteínas reguladoras se ligarão e interagirão com 
o complexo formado pela RNAPII e os fatores de transcrição. Assim como em 
procariotos, existem dois tipos distintos de proteínas reguladoras: proteínas 
ativadoras e proteínas repressoras. As proteínas ativadoras, como o próprio nome 
diz, estimulam a transcrição de um determinado gene, sendo caracterizadas por 
possuírem dois domínios funcionais, o primeiro composto por uma região que 
reconhece e se liga ao DNA – domínio de ligação do DNA –, enquanto o segundo 
domínio realiza a interação química com o complexo de transcrição – domínio de 
ativação. As proteínas repressoras, de forma geral, inibem a transcrição gênica 
e, assim como as proteínas ativadoras,apresentam dois domínios distintos, um 
de ligação na molécula de RNA e outro denominado de domínio de repressão, 
que interage com o complexo RNAPII, impedindo sua ação. Algumas proteínas 
repressoras atuam ainda de forma autônoma, ligando-se diretamente ao DNA e 
impedindo a ligação da proteína ativadora no intensificador – competição.
Figura 8 – Esquema representando a ativação gênica mediada pela ligação dos domínios das proteínas 
ativadoras, com o DNA – intensifi cador – e com o complexo formado por RNAPII e fatores de transcrição
 Fonte: boundless.com
Os domínios das proteínas reguladoras são específicos e diferenciados por 
sua conformação estrutural, além de sua carga molecular. Da mesma forma, os 
domínios dos diferentes intensificadores possuem conformação diferenciada 
e complementar aos domínios das proteínas reguladoras. Com isso, podemos 
classificar as proteínas reguladoras de acordo com seus domínios. Entre as classes 
de proteínas mais estudadas estão:
 » Hélice-volta-hélice – esta classe de proteínas é caracteriza pela união de duas 
estruturas α-hélices unidas por uma cadeia curta de aminoácidos (Figura 9):
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UNIDADE A Regulação da Expressão Gênica
Figura 9 – Esquema representando a conformação estrutural da proteína reguladora
do tipo hélice-volta-hélice e sua ligação da molécula de DNA
Fonte: Zárate e colaboradores (2009)
 » Dedos de Zinco – esta importante classe de proteínas possui em sua es-
trutura uma ou mais moléculas de zinco. Nesta molécula são observados 
diversos subgrupos: o primeiro formado por moléculas dispostas no formato 
de α-hélice e unidas a uma estrutura ß-hélice por uma molécula de zinco, 
podendo mais moléculas de zinco serem agregadas a essa subunidade. A se-
gunda subunidade é muito similar à da hélice-volta-hélice, mas, no entanto, 
as hélices são unidas por átomo de zinco ao invés de aminoácidos (Figura 
10). Um dos fatores de transcrição que interage com a RNAPII, o TFIIIA, é 
um exemplo clássico de proteína reguladora no formato dedo de zinco.
Figura 10 – Esquema representando a conformação estrutural da proteína reguladora
do tipo dedos de zinco e de sua ligação na molécula de DNA
Fonte: Zárate e colaboradores (2009)
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 » Zíper de leucina – esta classe de proteínas possui um sistema complexo na 
regulação da expressão gênica. O termo zíper de leucina refere-se a uma 
região específica da molécula que é rica, principalmente, no aminoácido 
leucina. Essa característica permite a formação de dímeros, em função da 
união com outras moléculas similares – homodímeros –, ou entre proteínas 
diferentes – heterodímeros. A formação de dímeros confere maior 
estabilidade para a ligação da proteína reguladora com a molécula de DNA, 
sendo essa ligação apenas possível nessa conformação estrutural (Figura 
11): 
Figura 11 – Esquema representando a conformação estrutural da proteína reguladora
do tipo zíper de leucina e de sua ligação na molécula de DNA
 Fonte: Zárate e colaboradores (2009)
Alteração Estrutural da Cromatina
Através de um sistema de compactação, a fita de DNA é organizada em 
cromossomos, sendo suas unidades básicas denominadas nucleossomos. Para 
formar os nucleossomos, a dupla fita de DNA “enrola-se” em proteínas específicas, 
denominadas histonas, sendo necessário para a formação dos nucleossomos oito 
histonas (Figura 12). Essa conformação estrutural originará uma estrutura no 
formato de “colar de contas”.
Figura 12 – Formação de um nucleossomo dado pelo englobamento
de oito proteínas histonas pela dupla hélice do DNA
Fonte: ucsf.edu
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UNIDADE A Regulação da Expressão Gênica
O nível de compactação do DNA influenciará diretamente no potencial da 
expressão gênica de um organismo, ou seja, quanto menos compactado o material 
genético, mais acessível torna-se a região da fita que será transcrita. Com isso, 
podemos deduzir que o nível de compactação da dupla hélice pode ser considerado 
um mecanismo efetivo na regulação da transcrição gênica. Os mecanismos dos 
processos de compactação e descompactação do DNA são diretamente regulados 
pela presença de radicais – metil, acetil e fosfato –, inseridos por enzimas específicas 
na própria estrutura do DNA. Um exemplo claro da alteração da conformação 
da cromatina é o processo de metilação do DNA, dado pela incorporação de 
um grupamento metílico na dupla hélice que, em geral, inibe a expressão de um 
determinado gene.
As mudanças conformacionais da cromatina podem também estarem relacio-
nadas a alterações nas proteínas histonas. Tais proteínas possuem estruturas se-
cundárias, ricas no aminoácido lisina que, através de mecanismos de acetilação e 
desacetilação – inserção ou remoção de um radical acil –, sofrem alterações estru-
turais que interferem na ligação entre uma histona e outra e, consequentemente, 
no processo de compactação e descompactação do material genético. De forma 
geral, quando acetiladas, as histonas são comumente associadas a um aumento 
transcricional, enquanto que a ausência desse radical está relacionada à diminuição 
da atividade transcricional. Da mesma forma que a acetilação, a adição de grupa-
mentos fosfato – fosforilação – pode também interferir na transcrição. Como o 
grupamento fosfato é negativamente carregado, a sua adição nas proteínas histo-
nas pode neutralizar a molécula, reduzindo sua afinidade pelo DNA, o que torna o 
material genético menos compactado. 
Assista aos mecanismos de compactação do DNA - https://youtu.be/1iFsb2f7bLs
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Material Complementar
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:
 Livros
Biologia Molecular da Célula
ALBERTS, B. et al. Biologia Molecular da célula. 5. ed. Porto Alegre, RS: Artmed, 2010. p. 1-54.
Fundamentos de Biologia Molecular
MALACINSKI, G. M. Fundamentos de Biologia Molecular. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara 
Koogan, 2005. p. 460.
 Vídeos
Processamento RNA
https://youtu.be/eWPOzNVyocs
BIOLOGIA – Citologia IX – Núcleo – Síntese de Proteínas
https://youtu.be/BTpVc8aNqgk
• Visão Geral da Biotecnologia
• Marcadores Moleculares
• Genômica Funcional
• Engenharia Genética
 · Proporcionar aos alunos uma visão geral sobre as principais ferra-
mentas moleculares utilizadas na Biotecnologia moderna, com ênfa-
se nos marcadores moleculares, na genômica funcional e na Enge-
nharia Genética.
OBJETIVO DE APRENDIZADO
Ferramentas Moleculares
Básicas da Biotecnologia
UNIDADE Ferramentas Moleculares Básicas da Biotecnologia
Contextualização
Considerada uma das disciplinas mais importantes na área da Biologia, 
principalmente pela sua aplicabilidade em diversos segmentos sociais, tais 
como agricultura, pecuária e saúde, Fundamentos da Biologia Molecular e 
Biotecnologia tem como objetivo principal fornecer uma visão global de como 
podemos utilizar diversas ferramentas moleculares para solucionar problemas reais 
da sociedade moderna, além de buscar otimizar diversos processos relacionados 
com estes e muitos outros segmentos.
Assim, nesta Unidade abordaremos as principais ferramentas moleculares e suas 
aplicações na Biotecnologia.
Perceba que este tema é fundamental para maior compreensão de processos 
tecnológicos recentes, tais como o sequenciamento de DNA, marcadores molecu-
lares e Engenharia Genética.
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Visão Geral da Biotecnologia
A Biotecnologia é uma Ciência multidisciplinar, que abrange inúmeras áreas do 
conhecimento e pode ser definida como: “A atividade que utiliza agentes biológicos 
no desenvolvimento e melhoria de produtos úteis para a sociedade”. Diversas 
técnicas biotecnologias são empregadas desde a Antiguidade, principalmente em 
processos de fermentação de alimentos como o vinho, a cerveja e o pão.
Alinhada a outras áreas correlatas, como a Biologia Molecular, Microbiologia, 
Biotecnologia e Engenharia Genética, deu-se início à Biotecnologia moderna, tendo 
seu marco na descoberta da estrutura em dupla hélice do Ácido Desoxirribonucleico 
(DNA), por James Watson e Francis Crick, no ano de 1953. A descoberta daestrutura do DNA foi essencial para desvendar processos fundamentais para o 
funcionamento da vida como, por exemplo, a síntese de proteínas. 
Biologia
Biotecnologia
Engenharia QuímicaQuímica
Industrial
Engenharia
Bioquímica
Bio
qu
ím
ica
Bio
log
ia
Mo
lec
ula
r
Figura 1 – Esquematização da interação da Biotecnologia com outras Ciências correlatas
Fonte: Borzani et al., 2001
Com a evolução da Biotecnologia moderna, devido à descoberta de novos 
produtos e tecnologias e ao desenvolvimento de novas técnicas, praticamente 
todos os setores produtivos da sociedade sofreram intervenções biotecnologicas, 
atraindo um grande investimento para a área e, consequentemente, gerando 
elevado número de empregos diretos. Nos dias atuais, os produtos originados por 
processos biotecnológicos são incontáveis (Figura 2) e entre os principais setores 
que utilizam esses processos estão agricultura, alimentação, produção de energia, 
meio ambiente, pecuária e saúde.
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UNIDADE Ferramentas Moleculares Básicas da Biotecnologia
Figura 2 – Produtos gerados a partir de técnicas biotecnológicas
Fonte: Adaptado de Faleiro et al., 2011
Na última década, diversas técnicas moleculares tornaram-se mais acessíveis e são 
aplicadas corriqueiramente na Biotecnologia, tais como o sequenciamento genômico 
– importante, por exemplo, no tratamento de doenças genéticas –, indução de pluri-
potencialidade celular em células somáticas – células-tronco – e criação de alimentos 
transgênicos. No entanto, esses processos são controversos, já que se confrontam 
diretamente com outra Ciência correlata, a Bioética. Assim, abordaremos aqui a 
aplicação de ferramentas moleculares em diferentes processos biotecnológicos.
Marcadores Moleculares
Os marcadores moleculares são marcadores genéticos que atuam na detecção 
de isoenzimas – enzimas que diferem em sua composição estrutural, mas que, em 
geral, sintetizam a mesma proteína –, ou sequências de DNA específicas (FALEIRO; 
ANDRADE; REIS JUNIOR, 2011). Sua utilização pode ser aplicada em diversas 
áreas do conhecimento, como em estudos evolutivos e de melhoramento genético 
de animais e plantas. 
A ação dos marcadores moleculares está sustentada no conceito do dogma 
central da Biologia Molecular. Neste contexto, podemos inferir que as diferenças 
na carga genética de diferentes indivíduos – mesmo sendo da mesma espécie – 
sintetizarão proteínas específicas que, por consequência, influenciarão em suas 
características fenotípicas; com isso, devido à sua carga genética, cada indivíduo 
pode ser considerado único.
O conhecimento das características genéticas é considerado uma excelente fer-
ramenta na busca da compreensão da história de vida do organismo, além de gerar 
informações singulares sobre variabilidade genética, auxiliando, por exemplo, em 
projetos de conservação. O desenvolvimento dos diferentes marcadores molecula-
res se deu, principalmente, pela evolução e popularização de técnicas laboratoriais, 
como a amplificação do DNA via Reação em Cadeia da Polimerase (PCR), separa-
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ção por eletroforese e análises genéticas. Pode parecer complexo – e, na verdade, 
é –, no entanto, técnicas rotineiras aproximam cada dia mais a sociedade da utili-
zação de marcadores moleculares. Um exemplo clássico e corriqueiro corresponde 
aos testes de paternidade – baseados na comparação do material genético dos 
filhos e dos supostos pais –, muito difundidos na última década.
Tipos de Marcadores Moleculares
São muitos os tipos de marcadores moleculares, cada qual com uma especificidade. 
Entre muitos, destacam-se:
• Sequenciamento por PCR – muito utilizado em estudos de taxonomia e aná-
lises filogenéticas, o sequenciamento do DNA pela técnica de PCR está rela-
cionado à determinação da sequência nucleotídica de um fragmento-alvo do 
DNA através da utilização de primers específicos. 
Importante!
Que os primers são segmentos de ácidos nucleicos, contendo de um a sessenta nucleotí-
dios, normalmente? Essas sequências são sintetizadas quimicamente e são complemen-
tares à região do DNA que se deseja amplifi car.
Você Sabia?
Assista à animação apresentando o processo de PCR em: https://youtu.be/JYY8TLu3hjU
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• Genômica funcional – principalmente utilizado em técnicas de mapeamen-
to genético e em estudos de expressão gênica – expressão quantitativa de 
um gene específico –, a genômica funcional é uma ferramenta recente e 
de grande importância em terapias gênicas. Com a utilização deste tipo de 
marcador molecular, torna-se possível detectar e rastrear mutações genéti-
cas – principalmente relacionadas a patologias –, facilitando a utilização de 
estratégias específicas e preventivas em alguns tipos de doenças de cunho 
genético, como o câncer. As duas principais abordagens deste tipo de mar-
cador estão relacionadas à análise da expressão gênica – transcriptoma, que 
é a técnica que retrata de forma real o que é expresso em um indivíduo em 
um momento ou condição específica; e a análise de sistemas modulados por 
ação de proteínas (proteoma);
• Polimorfismo de um único nucleotídeo – do inglês Single Nucleotide Poly-
morphism (SNP), é uma técnica capaz de detectar a variação de apenas um 
nucleotídio na sequência de um genoma. É empregada principalmente em 
análises de diversidade funcional e estudos filogenéticos. Para a realização 
deste tipo de análise são necessárias informações prévias, principalmente pro-
vindas de técnicas de sequenciamento, como o transcriptoma.
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UNIDADE Ferramentas Moleculares Básicas da Biotecnologia
Marcadores Moleculares em Análises Genéticas 
As análises genéticas podem ser aplicadas em muitos segmentos, já que possuem 
alto grau de especificidade e número incontável de marcadores moleculares. Estudos 
filogenéticos, por exemplo, são realizados através da comparação do material 
gênico – por sequenciamento de PCR ou transcriptoma, por exemplo – entre 
diferentes indivíduos, populações, espécies ou até mesmo gêneros, mantidos sob a 
mesma condição, ou seja, sem influência de outras variáveis.
Por meio do sequenciamento de uma região específica do DNA, utilizando 
marcadores e de seu alinhamento com outros indivíduos, pode-se caracterizar uma 
árvore filogenética, por exemplo. Análises genéticas podem ser realizadas também 
considerando respostas diferenciais em indivíduos distintos – em nível de espécie, 
população e gêneros, por exemplo – a estímulos externos, como temperatura ou 
fotoperíodo; no entanto, essas condições precisam, necessariamente, apresentarem-
se idênticas aos diferentes grupos comparados.
Bioinformática e Marcadores Moleculares
A análise de dados referente às respostas genéticas com utilização dos 
marcadores moleculares tornou-se possível devido ao surgimento de uma nova 
área do conhecimento, a Bioinformática. Podemos definir Bioinformática como a 
área do conhecimento que utiliza ferramentas computacionais aplicadas a análises 
de dados obtidos em pesquisas biológicas. Devido à elevada quantidade de dados 
gerados por técnicas de sequenciamento de DNA e utilização de muitas fórmulas 
estatísticas na análise dos resultados, tornou-se necessária a aplicação dessas 
ferramentas, visando, principalmente, a redução de custos e de tempo.
A Bioinformática está em amplo crescimento e isso se dá devido à modernização 
acelerada de técnicas moleculares, principalmente de sequencimento de DNA. 
Com a evolução e barateamento dessas técnicas, muitos softwares específicos 
utilizados em análises de dados de sequenciamento foram desenvolvidos nos 
últimos anos, tornando essa área uma das mais promissoras dentro das grandes 
áreas das Ciências Biológicas e da Saúde. Entre muitos resultados, a aplicação 
da Bioinformática pode auxiliar na localização de genes específicos dentro de um 
transcriptoma e na definição de primers para análises de PCR em tempo real – 
quantificação da expressão de um determinado gene no momento da coleta do 
material biológico.
Genômica Funcional
Como sabemos, o conjunto completo dos genes