Apostila BIOLOGIA MOLECULAR E FARMACOGENÉTICA da faculdade Estácio

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Introdução à Biologia Molecular 
 
 APRESENTAÇÃO 
 MÓDULO 1 
 MÓDULO 2 
 CONCLUSÃO 
DESCRIÇÃO 
A construção história da Biologia Molecular e seu emprego no estudo das 
moléculas presentes nas células responsáveis pela manutenção da vida, como o 
DNA, o RNA e as proteínas. 
PROPÓSITO 
Compreender como o RNA e o DNA foram descobertos e a importância destas 
moléculas para as células procariontes e eucariontes. 
OBJETIVOS 
Módulo 1 
Descrever a história da Biologia Molecular, a origem da vida e a organização 
gênica nos organismos 
Módulo 2 
Reconhecer alguns dos mecanismos de regulação da expressão gênica nos 
procariotos e eucariotos 
INTRODUÇÃO 
A Biologia Molecular é a área da Biologia que estuda as moléculas presentes 
nas células responsáveis pela manutenção da vida. Vamos iniciar nosso 
aprendizado sobre, possivelmente, as moléculas mais importantes para a 
existência da vida na Terra: Os ácidos nucleicos RNA e DNA. Você sabia que 
até mesmo os vírus, microrganismos intracelulares obrigatórios apresentam 
ácidos nucleicos? Não existe sequer um ser vivo que não tenha moléculas de 
RNA ou DNA. 
Vamos explorar um breve histórico sobre como começaram os estudos da 
Biologia Molecular, passando pela provável origem da vida na Terra, 
conhecendo as estruturas e composições dos ácidos nucleicos e observando 
como é dada a organização deste material em diferentes seres vivos. 
Aprenderemos alguns dos mecanismos de regulação gênica dos procariotos e 
os eucariotos e por fim noções de epigenética. 
Vamos juntos? 
MÓDULO 1 
Descrever a história da Biologia Molecular, a origem da vida e a 
organização gênica nos organismos 
HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR 
Nosso histórico começa em 1869 com um bioquímico suíço chamado Johannes 
Friedrich Miescher (Figura 1). Em seus estudos, ele buscava determinar quais os 
componentes químicos que existem dentro dos glóbulos brancos (leucócitos), 
presentes no pus de feridas, que, de modo geral, possuem um núcleo grande e 
bem definido. No interior desse núcleo, ele observou uma grande quantidade de 
um composto ácido que continha átomos de nitrogênio e fósforo, nomeando-o 
de nucleína por estar localizado no núcleo. Mal ele sabia da importância desta 
descoberta! 
Figura 1: Friedrich Miescher. 
Diversos outros cientistas continuaram investigando o tal composto nucleína, 
entre eles Albrecht Kossel, que em 1880 demonstrou que na nucleína existiam 
diferentes bases nitrogenadas. Richard Altmann em 1889 conseguiu purificar 
a nucleína e nomeou o purificado de ácido nucleico. Com o tempo, os ácidos 
nucleicos foram ainda mais estudados, pareciam muito importantes já que 
praticamente todas as células possuíam esse material. Foram descobertas 
quatro diferentes bases nitrogenadas, as bases púricas: adenina e guanina e 
as bases pirimídicas: citosina e timina, todas com um glicídio 
desoxirribose (Figura 2). 
Figura 2: Nucleotídeo, contendo a base nitrogenada, o fosfato 
e a pentose. 
Essas bases podiam estar ligadas entre si, sempre obedecendo a um padrão, 
onde a adenina se associava à timina por 2 ligações de hidrogênio e a guanina 
se associava à citosina por 3 ligações, sendo esta interação a mais estável 
devido à maior quantidade de ligações (Figura 3). 
Figura 3: Bases nitrogenadas e suas 
interações por ligação de hidrogênio. 
O grupamento R nas riboses consiste em um OH e nas desoxirriboses de um H. 
Entretanto, havia um fato curioso: a presença de uma base diferente, chamada 
de uracila, em alguns desses materiais. Essa base apresentava uma ribose no 
lugar da desoxirribose e se ligava à timina no lugar da adenina. As moléculas 
que continham desoxirribose foram nomeadas de ácido desoxirribonucleico 
(ADN), em inglês Deoxyribonucleic Acid, o famoso DNA. As moléculas 
com ribose como glicídio foram nomeadas de ácido ribonucleico (ARN), em 
inglês Ribonucleic Acid, conhecido como RNA (Figura 4). 
Figura 4: Todas as bases 
nitrogenadas. 
Vamos agora juntar todos os conceitos estabelecidos para entendermos como é 
a estrutura do DNA e do RNA. Um nucleotídeo é um conjunto formado por uma 
base nitrogenada, que pode ser uma purina ou pirimidina. Dentre as purinas, 
temos a adenina e a guanina; entre as pirimidinas, temos a citosina e 
a timina, no caso de uma molécula de DNA, e o uracil(a), no caso de uma 
molécula de RNA. A ligação entre as bases é realizada entre a molécula de 
açúcar, de uma ribose para o RNA ou uma desoxirribose para o DNA, com o 
grupamento fosfato da base adjacente, na ligação conhecida como ligação 
fosfodiéster (Figura 5). 
Figura 5: Ligação fosfodiéster entre nucleotídeos da 
mesma fita de DNA. 
A estrutura do DNA se encontra em fita dupla. A união entre as duas fitas se dá 
por ligações de hidrogênio entre as bases nitrogenadas, como demonstrado 
na Figura 3. 
Vamos voltar para a nossa história. Em 1953, uma dupla de cientistas, James 
Watson e Francis Crick, publicou um artigo na revista Nature chamado 
de Molecular Structure of Nucleic Acids. Eles eram contrários às ideias que 
existiam na época a respeito da estrutura do DNA. Entre os modelos antigos, o 
que mais se destacou foi o de Linus Pauling; ele acreditava que o DNA era 
interligado pelos grupamentos fosfatos, formando uma coluna. Watson e Crick, 
baseados em uma foto tirada por Rosalind Franklin, propuseram uma nova 
estrutura para essa molécula. A estrutura era uma dupla hélice, com as bases 
nitrogenadas purinas se ligando às pirimidinas no centro da hélice espiralada, 
sendo muito parecida com a que usamos até hoje (Figura 6). 
Figura 6: Foto de raios X tirada por Rosalind Franklin, 
responsável pelas conclusões de Watson e Crick. 
Com a estrutura do DNA resolvida e com o conhecimento sobre a química 
dessas moléculas, faltava agora entender a atuação e a organização delas nas 
células e porque eram tão importantes. Ao longo dos anos, o conhecimento 
sobre o DNA e o RNA vem crescendo. Hoje, com técnicas de sequenciamento 
do DNA, podemos, por exemplo, ver rapidamente se algum indivíduo possui 
propensão a determinado câncer analisando a sua sequência de DNA. Estamos 
começando a ter mais segurança na edição genética, e um dia poderemos curar 
doenças que ainda nem se manifestaram. 
Atualmente, podemos quantificar esse material genético que expressamos para 
diagnosticar doenças, como a COVID-19, e modificar outros organismos para 
que produzam nossas proteínas. É dessa forma que algumas das insulinas 
vendidas na farmácia são produzidas. Existem inúmeras possibilidades 
decorrentes do desenvolvimento da Biologia Molecular. 
A origem da vida 
A origem da vida sempre despertou curiosidade. Ao longo dos anos, existiram 
diversas teorias, algumas se provaram erradas e outras se mantêm até hoje. 
Você imagina como a vida começou? Vamos conhecer um 
pouco dessas teorias? 
Sabemos que átomos podem fazer ligações de maneira espontânea desde que 
estejam em um ambiente favorável e tenham afinidade um pelo outro, ou seja, 
ao se ligarem encontram uma estabilidade, assim são construídas as moléculas. 
Dentre as teorias existentes, uma delas, a teoria de Oparin e Haldane, era 
justamente a ideia da formação espontânea de pequenas moléculas orgânicas, 
as quais, com o tempo, passaram a se organizar de maneira cada vez mais 
complexa até se replicarem e evoluírem, formando as células primitivas. 
Em 1953, Stanley Miller tentou provar que era possível existir a criação 
espontânea de moléculas orgânicas na Terra, desde que o ambiente fosse 
favorável. Ele fez um experimento simulando como possivelmente era a 
atmosfera primitiva da Terra, cerca de 4 bilhões de anos atrás. No seu 
experimento, tinham moléculas, como gás hidrogênio, metano e vapor de água, 
que eram bastante comuns no ambiente primitivo. Esses gases, na presença de 
uma descarga elétrica, como um raio, ligavam-se formando diversas moléculas 
orgânicas, dentre elas os aminoácidos alanina, glicina e ácido aspártico (Figura 
07). 
Figura 7: Experimento de Miller. 
A teoria de Oparine Haldane continuou ganhando relevância à medida que 
novos estudos foram realizados, dentre eles os estudos do geólogo Michael 
Russell. Russell demonstrou que existem fontes de águas termais no fundo dos 
oceanos aquecidas pelo manto da Terra, que jorram água alcalina. Essas fontes 
são ricas em minérios de ferro, níquel e enxofre dissolvidos. A reação desses 
minérios com o gás carbônico, hidrogênio reativo e moléculas de água é capaz 
de produzir compostos orgânicos, como hidrocarbonetos e até mesmo 
nucleotídeos! 
Uma das descobertas mais incríveis sobre essas fontes termais são as reações 
químicas que lá ocorrem e como a geração dessas moléculas orgânicas 
acontece. As fontes termais são ricas em minerais, sendo assim, possuem um 
elemento que pode ser oxidado, como o ferro. O elétron oriundo da oxidação é 
carregado pelos núcleos metálicos desses minerais até chegar ao aceptor final 
de elétrons, este pode ser o monóxido ou o dióxido de carbono, que vai ser 
reduzido gerando a energia necessária para a confecção das moléculas 
orgânicas. 
Você já ouviu falar de um mecanismo parecido com esse 
anteriormente? Onde um elétron percorre uma cadeia até 
chegar ao seu aceptor gerando energia? 
Exatamente! É de maneira muito semelhante a esta que diversos seres vivos 
produzem energia como nós! Esse mecanismo ocorre durante a fosforilação 
oxidativa nas mitocôndrias, etapa metabólica da nossa respiração celular. Isso 
mostra um elo entre todos os nossos ancestrais, fortalecendo a hipótese de que 
a vida se originou dessas fontes de águas termais há muitos anos. 
No entanto, ainda temos diversas perguntas para serem respondidas. Nos dias 
atuais, essa é a teoria melhor aceita para a origem da vida (Figura 8). 
Figura 8: Fonte termal vulcânica, a possível origem da 
vida. 
A teoria da panspermia surgiu a partir da observação de compostos orgânicos 
presentes em meteoritos e ganhou força a partir de 1997 com a análise do 
Meteorito de Muchinson (Figura 9). Os pesquisadores encontraram diversos 
aminoácidos e adenina, presente no nosso DNA, que datavam de 
aproximadamente 7 bilhões de anos, sendo assim mais antigos que nosso 
próprio planeta, que possui cerca de 4,5 bilhões de anos. Apesar de muito 
interessante, essa teoria não possui evidências científicas suficientes para 
explicar a origem da vida no nosso planeta, diferente da teoria de Oparin e 
Haldane. 
Figura 9: Fragmento de meteorito. 
Entretanto, é muito interessante imaginar que, em outros lugares do Universo, 
existem compostos orgânicos e quem sabe até mesmo vida. Essas amostras 
extraterrestres evidenciaram também que é possível a criação de matéria 
orgânica, incluindo bases presentes no DNA e no RNA. 
Em um mundo onde existiam alguns nucleotídeos, aminoácidos e 
hidrocarbonetos, essas moléculas começaram a interagir entre si, formando 
cadeias cada vez mais complexas, ligações entre diferentes nucleotídeos 
formaram os primeiros RNAs e ligações entre diferentes aminoácidos formaram 
os oligopeptídeos. A interação entre os oligopeptídeos e o RNA leva a benefícios 
mútuos, gerando, por exemplo, estabilidade na estrutura de ambos, originando 
maiores quantidades de determinadas estruturas. Imagine essas diversas 
interações por milhares e milhares de anos, é natural que, com o tempo, 
estruturas mais complexas se formem e se mantenham. 
Hoje em dia, temos o conhecimento que tanto o RNA quanto pequenos 
peptídeos conseguem realizar reações químicas com diversas funções 
(neurotransmissores, hormônios, regulação gênica etc). Recentemente, foi 
descoberto que o RNA seria capaz até mesmo de se autorreplicar, gerando 
outras moléculas de RNA também capazes de se autorreplicarem, assim a 
evolução poderia acontecer ainda mais rápido, isso é o chamado “Mundo 
RNA”. 
Naquele mesmo ambiente, existiam outros compostos orgânicos, como os 
primeiros lipídeos oriundos dos hidrocarbonetos formados. 
Você já jogou um pouco de óleo na água? Sabe que não se 
misturam certo? 
Isso se dá a partir da característica anfipática dos lipídeos que, em um ambiente 
aquoso, tendem a formar micelas, estruturas circulares formadas naturalmente 
devido à forma que interagem com a água, expondo a parte hidrofílica e 
escondendo a parte hidrofóbica da água. 
Atenção 
Nem todos os lipídeos possuem características anfipáticas, portanto nem todos 
são capazes de formar estruturas de micelas. Dos lipídeos anfipáticos, o mais 
importante na formação da membrana celular é o fosfolipídeo. 
Desse modo, esses lipídeos formavam grandes micelas, originando 
“membranas” celulares rudimentares com moléculas de RNA em seu interior, 
surgindo as primeiras células primitivas, com material genético com capacidade 
replicativa. Hoje em dia, grande parte dos seres vivos ainda possui seu material 
genético disperso no citoplasma, chamamos esses organismos de procariontes 
ou procariotos (Figura 10). 
É importante ressaltar que, ao longo dos anos, o mundo RNA evoluiu, o DNA, 
constituído de uma dupla fita, é mais estável que o RNA. Sendo assim, possui 
uma maior confiabilidade para armazenar informações de um determinado ser 
vivo e tem as informações responsáveis pela manutenção da vida. O DNA passa 
pelo processo de transcrição que dá origem a um RNA mensageiro (RNAm), 
este pode ser traduzido e passa a ser uma proteína, unidade que vai realizar as 
funções que a célula precisa, como catalisar reações, servir para replicar o 
DNA, formar estruturas etc. 
Figura 10: Como poderiam ser as 
primeiras células vivas da Terra. 
ENTENDENDO MELHOR COMO A VIDA 
PODE TER SURGIDO 
Organização do material genético em procariotos 
Os procariotos são os organismos mais antigos da Terra. Todos são 
unicelulares e não possuem um núcleo organizado, ou seja, o seu material 
genético, o DNA, não é separado por uma membrana nuclear, chamada 
de carioteca, muito parecido com as primeiras células encontradas no nosso 
planeta. Esses organismos são os mais simples e toda a sua expressão 
gênica é diferente da nossa. Nós, seres humanos, pertencemos ao grupo dos 
eucariontes, temos o material genético separado do citoplasma pela carioteca 
(Figura 11). 
Figura 11: Núcleo disperso nas 
células procariontes e núcleo compartimentado pela carioteca nas células eucariontes. 
Antes de falar da organização do material genético dos procariotos, vamos 
conhecer alguns conceitos básicos para lembrarmos de certas nomenclaturas: 
 
O gene 
É um segmento codificante do DNA, ou seja, de fato, será transcrito e traduzido. 
 
O genoma 
Contém toda a informação hereditária, todo DNA que será passado da célula 
mãe para a células filha, incluindo os genes e as sequências não codificantes. 
 
O cromossomo 
É uma estrutura formada por uma molécula de DNA altamente compactada e 
associada a proteínas auxiliadoras, que ajudam a compactar e descompactar o 
DNA para facilitar o acesso de outras proteínas a essa região, por exemplo. 
Os procariotos possuem apenas um cromossomo linear ou circular que contém 
todo o seu material genético, chamado de DNA cromossomal. Além do 
cromossomo, eles também podem possuir elementos genéticos móveis 
(EGM), os responsáveis por transmitir algumas características genéticas a outros 
indivíduos vizinhos a fim de conferir alguma vantagem ou desvantagem. 
O cromossomo dos procariotos possui uma quantidade de DNA que pode variar 
entre 0,16 a 13 Mpb. Apenas para termos um exemplo, o DNA da bactéria E. 
coli possui cerca de 4,6 Mpb contido em uma célula de 2 μm! Esse volume só é 
possível devido ao alto grau de condensação do DNA. A condensação é feita 
através da formação de grandes alças na molécula de DNA, que originam alças 
menores, possibilitando que o DNA ocupe um menor volume na célula. As alças 
são formadas com o auxílio das proteínas DNA girase e topoisomerase l, a 
região formada por este único cromossomo condensado é chamada de 
nucleoide (Figura 12). 
Figura 12: Compactação do DNA 
procarionte. 
Os EGMs são partes fundamentais do DNA dos procariotos,mesmo não 
pertencendo ao cromossomo e possuem diversas funções que serão detalhadas 
posteriormente. É importante saber que existem diferentes tipos de EGMs, 
vamos estudar os três principais: plasmídeos, bacteriófagos e 
os transposons. 
Os plasmídeos são moléculas circulares de DNA fita dupla, independentes do 
cromossomo e possuem capacidade de replicação autônoma. Seu tamanho é de 
cerca de 1 a 35 kpb. Cada célula pode conter diversos ou nenhum plasmídeo, 
com uma ou várias cópias. Os plasmídeos são considerados elementos de 
herança extracromossômica, já que possuem replicação autônoma, 
independentemente do cromossomo. Eles também não são vitais, não causam 
malefícios à célula hospedeira, geralmente, possuem informações que serão 
aproveitadas para produção de toxinas, pilinas, adesinas e diversos outros tipos 
de proteínas que podem conferir algum tipo de vantagem para a célula 
hospedeira. Justamente por isso, podem ser chamados também de elementos 
genéticos acessórios (Figura 13). 
Figura 13: Plasmídeo e DNA bacteriano. 
Os plasmídeos não são normalmente sintetizados, e sim adquiridos através de 
um fenômeno chamado conjugação bacteriana, onde uma bactéria transfere os 
seus plasmídeos para outra e mantém uma cópia destes para si. Os plasmídeos 
são de grande importância na Biologia Molecular pela facilidade de manuseio e 
replicação. São utilizados como vetores onde uma sequência de interesse é 
inserida no plasmídeo, o qual é difundido entre os indivíduos de determinada 
colônia de bactérias. As bactérias, ao se replicarem, possibilitam originar uma 
grande quantidade de cópias da sequência de interesse. A partir disso, podemos 
purificar esse material e usar para os mais diversos fins. 
Exemplo 
Uma das formas de obtenção e produção de insulina é utilizando os plasmídeos 
como vetores. 
Os bacteriófagos podem se inserir no DNA cromossomal e se replicar junto 
com o organismo. Após a inserção, os genes contidos no bacteriófago são 
expressos e podem codificar fatores de virulência e toxinas entre outras 
proteínas. Eles são perigosos porque podem transformar uma bactéria não 
patogênica em uma bactéria patogênica. Alguns até mesmo podem produzir 
capsídeo viral e se multiplicar diversas vezes, iniciando um ciclo lítico que 
termina na eclosão da célula hospedeira (Figura 14). 
Figura 14: Bacteriófago. 
Os transposons são pequenas sequências de DNA que serão inseridas de 
forma aleatória no DNA do organismo hospedeiro, formando novos trechos de 
genoma, evento chamado de transposição e catalisado por enzimas chamadas 
de transposases. As transposases são capazes de cortar o DNA na região do 
transposon, liberando essas sequências, que se difundem pela célula. Os 
transposons são identificados a partir de mudanças fenotípicas nas bactérias. 
Como quase todo o DNA bacteriano é codificante, essas inserções podem 
causar algumas alterações funcionais no procarioto, como a perda de atividade 
enzimática. 
Existem três principais subgrupos de transposons: 
 As sequências de inserção (chamadas de IS, do inglês Insertion Sequence) 
 Os transposons compostos (simbolizados pela sigla Tn) 
 Transposons complexos ou elementos TnA 
Os ISs são os transposons mais simples, podem se inserir tanto no 
cromossomo quanto nos plasmídeos, possuem cerca de 700 a 2.500 pb e são 
nomeados pela sigla IS, seguido de um número, por exemplo IS3 ou IS37. Eles 
contêm os genes responsáveis pelo próprio mecanismo de transposição, que 
codificam as transposases e possuem sequências muito parecidas em suas 
extremidades para que a sua respectiva transposase corte essa região, 
liberando o IS para ser reinserido em um outro sítio. A transposição acontece no 
momento de abertura da dupla fita de DNA, que antecede a replicação, onde o 
transposon é inserido na fita de DNA e replicado junto com o DNA do procarioto 
(Figura 15). 
Figura 15: Estrutura esquemática do ISs. 
O segundo subgrupo é formado pelos transposons compostos (Tn), são 
chamados de transposons compostos porque são formados por duas sequencias 
de ISs em suas extremidades. Os Tn podem conferir vantagens a bactérias 
como, por exemplo, o caso do Tn9, que gera resistência ao antibiótico 
cloranfenicol. 
Os transposons complexos (TnA), o último subgrupo, possuem cerca de 500 
pb. Ao invés de ISs em suas extremidades, possuem pequenas sequências 
indicando o local de corte pela transposase. Os TnA induzem a replicação do 
procarioto com objetivo de se multiplicarem. 
É importante destacar que os EGMs possibilitam que as bactérias troquem 
informação genética de maneira muito rápida. Desse modo, caso apareça algum 
desses elementos como, por exemplo, a capacidade de gerar resistência a um 
antibiótico, logo todas as bactérias daquela colônia também ganham essa 
mesma resistência. Essas características foram fundamentais para a evolução e 
manutenção da vida dos organismos procariontes. 
Organização do material genético em eucariotos 
Conforme já aprendemos, a maior diferença entre procariotos e eucariotos é a 
presença da carioteca, uma membrana nuclear que engloba o material genético, 
isolando o citoplasma, no conjunto chamado de núcleo. O núcleo permite um 
maior nível de organização celular e modifica a organização e a estrutura gênica. 
Para começarmos a entender o nível de complexidade da organização do 
material genético em eucariotos, vamos a algumas contas básicas. 
Todo o genoma humano possui cerca de 3.2 Gpb, enquanto isso a 
espécie Polychaos dubium, um pequeno parasita unicelular eucarionte, possui 
670 Gpb, ou seja, cerca de 200 vezes maior que o nosso. A esse fenômeno 
damos o nome de paradoxo do valor C, onde a complexidade do organismo 
não está associada ao tamanho do seu material genético, uma vez que nós 
seres humanos somos mais complexos que este parasita. O paradoxo do valor C 
pode ser explicado pela maneira com que o DNA é codificado e processado. 
Outro fator relevante é o nível de compactação do DNA. Vamos agora fazer um 
comparativo entre duas células que já conhecemos os valores de pares de base 
existentes: a humana, com 3,2 Gpb, e a E. coli, com 4,6 Mpb. 
O DNA humano é contido em um diâmetro de cerca de 5 a 10 μm, enquanto 
na E. coli esse valor é de 2 μm, ou seja, um DNA 700 vezes maior ocupando um 
espaço quase semelhante ao da bactéria. Isso é possível graças a uma diferente 
forma de estruturação e compactação do DNA. 
O genoma dos eucariotos é compactado em cinco níveis diferentes. No primeiro, 
todo DNA, que possui 2 nm, é acoplado a proteínas chamadas histonas, essa 
estrutura é conhecida como nucleossomo. O nucleossomo possui 11 nm e se 
compacta formando uma estrutura solenoide de 30 nm. Essas histonas ficam 
bem juntas formando uma estrutura ainda mais densa como se fossem fibras. 
Nos terceiros e quartos níveis de compactação, são formadas alças dos 
solenoides (parecidas com as alças dos procariotos), as quais possuem 300 e 
700 nm, respectivamente. No último grau de compactação, ocorre a formação de 
uma alça ainda maior, 1.400 nm, que dá origem à estrutura chamada 
de cromátide cromossômica. Duas cromátides unidas por uma estrutura 
chamada de centrômero formam o cromossomo. O conjunto de cromossomos, 
ou seja, o DNA e as proteínas acessórias, principalmente, as histonas, formam 
a cromatina. O cromossomo também possui em suas extremidades 
os telômeros, que são estruturas fundamentais para a estabilidade do 
cromossomo e indicadores da idade celular, uma vez que um pequeno trecho 
desse telômero é perdido devido à forma com que o DNA replica (Figura 16). 
Figura 16: Compactação do DNA em eucariotos. 
O grau de compactação do DNA eucarionte pode variar de acordo com a fase do 
ciclo celular que se encontra, pois a cromatina se organiza de diferentes formas, 
obedecendo à necessidade de expressão gênica. Quando o DNA está menos 
condensado (um estado mais aberto), pode ser exposto a toda a maquinaria de 
transcrição e/ou replicação existente, e a cromatina se encontra em um estadode eucromatina. 
Quando o DNA está bastante condensado, a célula não consegue expressar 
ou replicar tal região, e ele se encontra no estado de heterocromatina. 
Há ainda a heterocromatina constitutiva, formada por trechos que nunca 
serão transcritos (Figura 17). 
Saiba mais 
Normalmente, chama-se estado de eucromatina/heterocromatina porque não é 
algo fixo. Logo, o mesmo trecho pode ficar ora em estado de eucromatina ora 
em de heterocromatina. Porém, não é errado chamar apenas de eucromatina ou 
heterocromatina. 
Figura 17: Transcrição do DNA 
descompactado. 
Os eucariotos possuem também um DNA extracromossomal, presente nas 
mitocôndrias e nos cloroplastos (nas células vegetais) e completamente 
independentes do DNA cromossomal. Existem teorias de que essas organelas 
eram outros organismos que acabaram sendo inseridos nas células eucariontes 
e lá permaneceram, pois o ambiente era favorável. Em troca do ambiente 
seguro, eles geravam energia para as células hospedeiras, formando uma 
relação de simbiose. 
VERIFICANDO O APRENDIZADO 
1. Estudamos as teorias do surgimento da vida e as características 
estruturais das moléculas que compõem o genoma. Sobre esses 
assuntos, leia as afirmativas abaixo e responda. 
 
I. A teoria de Oparin e Haldane era a mais aceita até a descoberta 
do meteoro de Murchinson, a partir de então a teoria mais aceita foi 
a da panspermia. 
II. A teoria mais aceita atualmente para a origem da vida na Terra é 
derivada da teoria de Oparin e Haldane, onde a vida surgiu de forma 
espontânea a partir de pequenas moléculas orgânicas. 
III. O RNA e o DNA são moléculas capazes de armazenar 
informação genética, entretanto o DNA é mais estável e se 
consolidou nesta função. 
IV. O mundo RNA dependia de organismos complexos. 
 
Estão corretas as afirmativas: 
 
I e II 
 
I e III 
 
II e III 
 
II, III e IV 
Responder 
Comentário 
2. Vimos as principais diferenças na organização das células 
procariontes e eucariontes. Sobre a organização nos eucariotos, 
como você espera que esteja organizado o DNA de uma célula 
pronta para se replicar? 
 
DNA completamente enovelado em estado de eucromatina. 
 
DNA parcialmente desenovelado, em estado de heterocromatina. 
 
DNA desenovelado, em estado de eucromatina. 
 
DNA desenovelado em estado de heterocromatina. 
Responder 
Comentário 
MÓDULO 2 
Reconhecer alguns dos mecanismos de regulação da expressão gênica 
nos procariotos e eucariotos 
INTRODUÇÃO 
Todos os seres vivos estão em um ambiente sujeito a constantes alterações. Às 
vezes, podem faltar nutrientes, ou a temperatura fica muito alta. Existem 
inúmeras possibilidades e nossos genes precisam responder a essas variações. 
Se faltar nutriente, o indivíduo que melhor conseguir economizar recursos, vai 
sobreviver; já aqueles que continuarem usando normalmente tendem a morrer. 
Portanto, há uma seleção natural daqueles que conseguem se adaptar 
rapidamente ao novo meio em detrimento dos que não têm essa habilidade. 
Você sabe que isso tem a ver com a capacidade dos 
mecanismos de regulação gênica? 
Poupar recursos depende que determinados genes que gastam muita energia 
fiquem menos ativos, mais condensados. Já genes responsáveis pelo 
armazenamento de recursos, como os que expressam as proteínas promotoras 
da formação do glicogênio, ficam mais ativos, ou seja, descompactados, para 
que a maquinaria de transcrição possa acessá-los. É importante ressaltar que 
existem ainda os genes que são essenciais para a manutenção da vida, 
chamados de genes constitutivos. Não podemos simplesmente economizar 
energia expressando uma menor quantidade desses genes, caso contrário, há 
uma alta possibilidade de isso levar à morte. 
Vamos agora entender os ajustes finos e as diferentes estratégias entre 
procariotos e eucariotos com relação à regulação da expressão gênica, 
começando pelos organismos procariontes. 
Mecanismos de regulação gênica em procariotos 
A regulação da expressão em procariotos pode acontecer em diferentes pontos, 
com maior custo energético, durante a estabilização da proteína, que é o 
produto da fase de tradução, ou durante a transcrição, com menor custo de 
energia, pois ainda não ocorreu a tradução do RNAm (RNA mensageiro). 
A transcrição ocorre a partir do acoplamento da RNA polimerase em uma 
sequência de DNA, chamada de região promotora. Todos os genes (sequências 
de DNA codificantes) possuem uma região promotora. Essa região pode 
inclusive favorecer uma maior ou menor expressão gênica, fazendo 
um controle negativo ou positivo, dependendo da ligação de determinadas 
proteínas conhecidas como fatores transcricionais, que inibem ou ativam a 
expressão gênica. 
Vamos ver um exemplo mais concreto desse conceito de regulação baseado 
em fatores transcricionais repressores (controle negativo) ou efetores 
(controle positivo). Uma regulação negativa pode acontecer de algumas 
formas. Um fator repressor se liga à região promotora e impede que a RNA 
polimerase acople na fita de DNA, inibindo a transcrição. Além disso, um fator 
repressor pode se ligar a um fator efetor, impedindo a sua atuação e diminuindo 
a expressão de determinado gene. O mesmo conceito pode ser aplicado 
inversamente, um fator efetor se liga à região promotora aumentando a 
transcrição ou pode se ligar a um fator repressor e impedir a inibição do gene 
(Figura 18). 
Figura 18: Regulação da expressão gênica negativa (esquerda) e positiva (direta). 
Antes de continuarmos, vamos relembrar a jornada que se inicia na molécula de 
DNA até a formação de uma proteína. Um complexo proteico chamado RNA 
polimerase (existem diferentes subtipos de polimerases, para fins didáticos, 
vamos considerar apenas como RNA polimerase) acopla na região promotora de 
um gene e começa a construção de um RNAm. Nos procariotos, a região 
codificante é chamada de operon e é composta por mais de um gene, 
geralmente, com função final relacionada (de uma mesma via metabólica), ou 
seja, todos os genes de um determinado operon irão formar proteínas com 
funções de alguma forma vinculadas umas às outras, como veremos em breve. 
O RNAm oriundo da transcrição de um operon é formado por mais de um gene e 
é chamado de RNAm policistrônico. 
De modo diferente, nos eucariotos, todas as regiões promotoras estão 
associadas a apenas um gene, logo o RNAm final possui informações apenas 
deste gene, sendo chamado de RNAm monocistrônico; apesar do RNAm dos 
eucariotos ser formado por apenas um gene, ele precisa ser processado para 
continuar a sua jornada (Figura 19). 
Figura 19: Diferenças no RNAm de eucariontes e procariontes. 
UTR é uma sigla do termo inglês untranslated region que significa região não codificante. 
Após a formação e o processamento do RNAm nos eucariotos, ele precisa sair 
do núcleo para encontrar o ribossomo. Nos procariotos, por não possuir 
carioteca, o RNAm encontra-se no citoplasma, e um RNAt (RNA transportador) é 
responsável por levar o RNAm contendo as informações do DNA para o 
ribossomo, local onde irá iniciar a tradução. O processo de tradução inicia a 
partir de um código de leitura presente no RNAm (conhecido como códon) e 
segue com a leitura das bases de três em três nucleotídeos até um determinado 
ponto onde teremos um códon de parada (Stop códon). Um conjunto de 3 bases 
de nucleotídeos traduzidas corresponde a 1 aminoácido, e a união dos 
aminoácidos origina uma cadeia polipeptídica, que é modelada por proteínas 
conhecidas como chaperonas, dando origem a uma proteína funcional. 
Vamos entender mais a fundo como o ribossomo traduz 3 bases de nucleotídeos 
em um aminoácido verificando o exemplo a seguir: 
Quando um ribossomo identifica os nucleotídeos UUA, insere um aminoácido 
a leucina a cadeia peptídica que está sendo formada. Os códons e seus 
respectivos aminoácidos são os mesmo para qualquer organismo, o código 
genético é universal. 
Atenção 
Todos os seres vivos compartilham o mesmo código de códons. Esse é mais um 
indício da teoria da evolução, segundoa qual todos nós viemos de um mesmo 
ancestral comum. 
Agora, podemos continuar falando sobre a regulação gênica dos procariotos. 
Para facilitar a compreensão, vamos ver um exemplo prático: a regulação 
do operon Lac da bactéria Escherichia coli. 
Esse operon é responsável pelo metabolismo da lactose, um açúcar importante 
para a nutrição dessas bactérias. O operon Lac é composto de diferentes 
trechos, em sequência, temos: 
1. P1, Promotor 1 (promotor do gene I) 
2. Gene I (gene repressor) 
3. O2, Operador 2 (operador secundário) 
4. P2, Promotor 2 (promotor dos genes Z, Y e A) 
5. O1, Operador 1 (operador secundário) 
6. Gene Z 
7. O3, Operador 3 (operador secundário) 
8. Gene Y 
9. Gene A 
Os promotores são responsáveis por iniciar a transcrição do gene adjacente. 
Os operadores são regiões regulatórias, onde podem ativar ou reprimir a 
transcrição do operon. Nesse caso, o O1 é um sítio em que o repressor Lac se 
liga e O2 e O3 são operadores secundários. Os operadores sempre se localizam 
próximos aos genes que regulam. Temos ainda os três genes estruturais LacZ 
(gene Z), LacY (Gene Y) e LacA (Gene A), que codificam as enzimas β-
galactosidase, permease e transacetilase e o Gene 1, que codifica o inibidor 
do próprio operon, este possui uma região promotora exclusiva para ele (Figura 
20). 
Figura 20: Operon Lac. 
Por ser um recurso muito valioso, as células tentam tornar o consumo de energia 
o mais eficiente possível. 
Na ausência de lactose, não existem motivos para que os genes Z, Y e A sejam 
expressos, uma vez que são ligados ao metabolismo da lactose, mas a 
expressão do gene I é constitutiva, ou seja, ele é sempre expresso mesmo 
quando não tem presença de lactose intracelular. O gene I dá origem a uma 
proteína repressora do promotor 2 (repressor Lac) que se liga à região do O1, 
inibindo a expressão de Z, Y e A, mesmo que a RNA polimerase acople em P2 
os genes não são expressos. 
A lactose não atua diretamente no operon Lac, entretanto, quando algumas 
moléculas de galactose entram na célula, as poucas enzimas β-galactosidase 
conseguem converter a galactose em alolactose; essa se liga ao repressor Lac, 
favorecendo uma mudança conformacional da proteína, que leva à 
desassociação entre o repressor e o operador 1, liberando o funcionamento da 
RNA polimerase, que transcreve os genes Z, Y e A (Figura 21). 
Figura 21: Esquema de regulação do operon Lac mediado pela lactose. Pol: RNA polimerase, mRNA lac: 
mRNA mensageiro lactose. 
Outra forma de regulação é a dependente de glicose, cuja presença inibe 
o operon Lac, pois a célula deve priorizar o metabolismo da glicose antes dos 
outros carboidratos. Quando os níveis de glicose estão baixos, ocorre a 
ativação do operon Lac, a indução é feita por uma pequena molécula efetora, 
o cAMP (AMP cíclico), e uma proteína regulatória chamada de CRP (sigla para 
cAMP receptor protein, ou seja, proteína receptora de cAMP, CRP, também 
pode ser chamada de CAP, catabolite activator protein). 
Vamos entender como isso acontece? 
Na ausência de glicose, a concentração de cAMP aumenta e essa molécula se 
liga ao CRP (CAP), formando o complexo CRP-cAMP (ou CAP-cAMP). O 
complexo se liga ao DNA em uma região operadora dependente de CAP-cAMP 
próxima ao operador 3, ativando a transcrição dos genes Z, Y e A, para a 
metabolização da lactose. Na presença de glicose, os níveis de cAMP 
diminuem e não é formado o complexo CAP-cAMP, logo o operon Lac fica 
inibido. É importante destacar que, quando os níveis de glicose estão altos, a 
presença de lactose, não leva à expressão dos genes Z, Y, A, devido à ausência 
do indutor CAP-cAMP. Esse fato é justificado pela necessidade do consumo de 
glicose antes da lactose (Figura 22). 
Figura 22: Regulação do operon Lac mediado por 
glicose. 
cAMP: AMP cíclico; CAP: proteína receptora de cAMP; Pol: RNA Polimerase; 
ATP: adenosina trifosfato; P: região promotora. 
A regulação gênica do metabolismo de lactose para as bactérias E. coli é de 
grande importância para a sobrevivência. Elas se adaptam ao meio e à presença 
de diferentes nutrientes, consumindo-os de modo inteligente. Estudar o operon 
Lac nos possibilita entender os principais métodos de regulação gênica em 
procariotos, pois ele engloba fatores repressores e efetores em diferentes 
estratégias e meios nutricionais. Agora, podemos ir adiante e aprender sobre a 
regulação gênica nos eucariotos. 
OPERONS 
MECANISMOS DE REGULAÇÃO GÊNICA EM 
EUCARIOTOS 
Os organismos eucariontes podem ser multicelulares, com cada célula com 
funções diferentes e atuando em locais diferentes. Entretanto, todas as células 
possuem o mesmo DNA. 
Vamos considerar a estrutura e a organização dos procariotos, seres 
unicelulares cujo material genético quase todo é codificante, têm 
os operons gerando RNAm policistrônico (não existem operons em organismos 
eucariontes), proteínas interligadas de uma mesma via metabólica sendo 
expressas, regulações básicas de ativação ou repressão genética e os 
promotores. As células procariontes funcionam muito bem ao pensar que são 
unidades individuais, buscando a sobrevivência. 
De modo diferente, se considerarmos os organismos multicelulares, eles 
possuem um maior nível de complexidade e, ao mesmo tempo, o percentual de 
gene codificante e não codificante é muito menor. Nos humanos, cerca de 2% do 
DNA é codificante. É um pouco contraintuitivo pensar que um organismo mais 
complexo, onde todas as células, mesmo com funções variadas, possuam o 
mesmo DNA, e este ainda por cima tem proporcionalmente uma menor 
porcentagem de genes codificantes. Vamos a um exemplo? 
Ao pensarmos em especialização celular, uma célula do seu intestino precisa 
absorver e transportar nutrientes com muita eficiência. Já uma célula da sua pele 
tem que se multiplicar mais, conferir resistência e acumular queratina. No 
entanto, ambos os tipos celulares têm os mesmos genes, praticamente todo o 
DNA é igual! Mas como isso é possível? 
O segredo desse paradoxo é a regulação gênica e o processamento do RNAm. 
Para podermos transcrever uma fita de DNA, primeiro, temos o acoplamento da 
RNA polimerase na fita dupla. Esse DNA precisa estar acessível à maquinaria de 
transcrição, logo em um estado descompactado. 
Atenção 
Durante todo o texto, utilizaremos o termo “maquinaria de transcrição”, o qual é 
mais correto, uma vez em que, nos eucariotos, apenas a RNA polimerase 
sozinha é incapaz de iniciar a transcrição, ela necessita do auxílio de fatores 
gerais de transcrição adicionais. 
A compactação e descompactação do DNA em eucariotos são dadas pelas 
proteínas histonas, sendo um tipo de regulação gênica. As histonas ditam a 
compactação da cromatina e são moduladas por pequenas alterações químicas 
em sua estrutura, sendo elas: metilação (adição de grupamentos metila 
favorecem a compactação do DNA pelas histonas, impossibilitando a atuação da 
maquinaria transcricional) e a acetilação (a adição de grupamentos acetil 
favorecem a descompactação do DNA, possibilitando a atuação da maquinaria 
de transcrição. Esse mecanismo é catalisado pelas proteínas histona acetil 
transferase (HAT) e é reversível) (Figura 23). Assim, uma das maneiras de 
regular o que vai ser expresso é dependente do padrão de acetilação/metilação 
de histonas. 
Figura 23: Acetilação de histonas mediada por histona acetil transferase (HAT). 
Voltando ao exemplo dado anteriormente, as células do seu 
intestino certamente possuem trechos do DNA menos compactados do 
que as células da sua pele. Esses trechos irão expressar proteínas 
responsáveis pela absorção dos nutrientes. Nas células da pele, os mesmos 
trechos irão estar com as suas respectivas histonas metiladas, ou seja, mais 
compactadas. 
Determinados fatores transcricionais podem promover a acetilação e a metilação 
das histonas de maneira direcionada, gerando especializações celulares. Em 
resumo, o padrão de histonas do seu DNA é um dos fatores que faz com que 
diferentes células tenham funções diferentes.Outro mecanismo de inibição da expressão gênica é dado pela metilação do 
próprio DNA, mais especificamente na posição 5 do anel de citosina, que 
dificulta a interação com a RNA polimerase, impedindo a transcrição (Figura 24). 
Figura 24: Citosina 
metilada na posição 5 do anel pirimidina. A metilação é a adição de um grupo metil (CH3) de forma 
covalente. Enzima responsável DNA metiltransferase (DNMT). 
As citosinas metiladas formam as chamadas ilhas CpG ou ilhas CG (ilhas 
citosina- guanina); essa metilação não é reparada pela maquinaria de 
reparo celular, não sendo transcrita e traduzida, constituindo assim partes não 
codificantes. No entanto, essa metilação pode ser passada para as células filhas 
no processo de replicação durante a multiplicação celular, garantido a sua 
hereditariedade. Elas se localizam, principalmente, próximas do sítio de início da 
transcrição de genes constitutivos. 
Nos eucariotos, ainda levando em consideração a regulação da transcrição, 
existem ainda as sequências reguladoras, bastante semelhante aos operadores 
dos procariotos. No entanto, nos eucariotos, essas sequências podem estar 
localizadas a milhares de pares de base de distância do promotor. 
Até agora vimos alguns fatores de regulação associados à transcrição do DNA, 
mas a expressão gênica dos eucariotos pode ser regulada em diversos outros 
pontos, como: no processamento pós-transcricional, na degradação do RNAm, 
na tradução, no processamento pós-traducional e na degradação e transporte da 
proteína gerada. 
Como sabemos, os eucariotos são organismos bastante complexos, existem 
milhares de diferentes interações. A cada dia, os cientistas descobrem novos 
conceitos e novas formas de regulação gênica. Por isso, vamos focar em 
algumas das regulações mais relevantes, como o splicing alternativo e a 
maturação do RNAm, a nível de processamento pós-transcricional, e nos recém-
descobertos miRNA (microRNA) e siRNA (small interference RNA), para 
degradação do RNAm. 
Agora, já sabemos por que todas as células, mesmo possuindo o mesmo DNA, 
têm especializações diferentes. Entretanto, falta ainda entender a proporção de 
DNA codificante e não codificante. Temos apenas 2% de DNA codificante, será 
que é suficiente para dar conta de toda complexidade de um organismo 
multicelular? A resposta é sim. Afinal, estamos vivos, não é? 
A chave para entender esse dilema está no splicing alternativo. Cada célula 
possui um padrão de splicing (conjunto de informação de como vai realizar esse 
processo) de acordo com suas funções, originando assim proteínas diferentes a 
partir do mesmo gene. Após a transcrição do gene, é formado um pré-RNAm, o 
qual é processado por um complexo de RNA e proteínas chamado de 
spliciossomo, onde, dependendo do padrão de splicing celular no momento da 
transcrição, alguns trechos do pré-RNAm são considerados éxons e outros são 
considerados íntrons. Os trechos íntrons são removidos do pré-RNAm e os 
trechos éxons são ligados pelo spliciossomo, gerando um pré-RNAm formado 
apenas com éxons, de acordo com o padrão de splicing (Figura 25). 
Figura 25: Diferentes isoformas do 
RNAm. 
Um mesmo gene pode dar origem a uma enorme quantidade de diferentes 
RNAm e, por consequência, proteínas diferentes. Desse modo, os eucariotos 
conseguem com uma quantidade relativamente baixa de genes codificantes 
gerar um número muito elevado de diferentes proteínas. 
Junto ao splicing alternativo, o pré-RNAm também precisa passar por um 
processamento, que o torna capaz de sair do núcleo para chegar ao ribossomo 
onde será traduzido. O pré-RNAm passa por duas etapas, uma adição do cap 5’, 
dada pela ligação de um nucleotídeo alterado, e o GMP metilado (Guanosina 
monofosfato metilada), na ponta 5’ do RNAm, por uma ligação trifosfato. O cap 5’ 
é fundamental para o reconhecimento do RNAm maduro, a exportação do RNAm 
para fora do núcleo e o endereçamento do RNAm em direção ao ribossomo. Ele 
promove a ligação na organela, além de também ter ação protetora. 
Você sabia 
A palavra cap significa boné e, nesse caso, pode ser traduzida para capacete 5’. 
Por isso, o nome cap 5’ ou capacete 5’, uma vez que esse nucleotídeo alterado, 
protege a perda de informação contida no RNAm oriunda da degradação pela 
ação de ribonucleases e fosfatases. 
A segunda etapa do processamento do RNAm é uma adição de uma cauda 
chamada de “poliA” na extremidade 3’ do RNA. A cauda tem esse nome por ser 
formada de 80 a 250 resíduos de adenina. A cauda também serve para proteger 
o RNAm de degradação enzimática durante todo o processo de locomoção em 
direção ao ribossomo, a cauda poliA é clivada por endonucleases quando o 
RNAm encontra o ribossomo. 
Uma vez com a adição do cap 5’ e da cauda poliA, o RNAm se torna maduro e 
pode ser traduzido pelo ribossoma no citoplasma. A regulação desse processo 
se dá pela remoção de uma dessas adições. Caso a célula não precise mais de 
determinada proteína, sinalizações regulatórias são enviadas para o núcleo, 
onde são removidas e o RNAm agora “não maduro” é degradado (Figura 26). 
Figura 26: Processamento do RNAm. 
A última regulação genética que iremos estudar é a mediada por pequenos 
RNAs: os miRNAs e os siRNA. 
Os miRNAs apresentam cerca de 19 a 28 pb (pares de base), são endógenos e 
formados a partir do pareamento imperfeito de uma fita dupla de RNA (double 
stranded RNA, conhecido como dsRNA). Esse pareamento gera uma estrutura 
em forma de grampo de cabelo, conhecida como hairpin, que é clivada por uma 
endonuclease dicer (endonucleases são proteínas que cortam a fita de RNA ou 
DNA de forma precisa) formando os miRNAs. 
Os siRNAs, com cerca de 22 a 23 pb, são exógenos (oriundos do RNA viral) ou 
endógenos (oriundos de retrotransposons) e formados a partir de um 
pareamento perfeito de uma dsRNA. Também são clivados pela 
endonuclease dicer, gerando esses fragmentos de siRNA. A regulação é dada 
pela ligação entre o miRNA ou siRNA no RNAm induzindo a degradação deste 
ou impedindo sua tradução (Figura 27). 
Figura 27: Mecanismo de ação do 
miRNA e siRNA. 
Os siRNA e miRNA foram recentemente descobertos e possuem um papel muito 
importante no controle da expressão gênica em eucariotos. No entanto, ainda 
estamos tentando entender melhor como funcionam, embora suas aplicações 
médicas pareçam ser muito promissoras. Imagine, por exemplo, uma pessoa 
que tenha o metabolismo alterado para produzir grandes quantidades de 
colesterol endógeno. Ela pode ter diversos problemas de saúde oriundos do alto 
colesterol. No futuro, talvez seja possível construir siRNAs específicos para 
silenciar a expressão de HMG-CoA redutase, principal enzima da síntese de 
colesterol endógeno, abrindo possibilidades para uma nova terapia genética. 
EPIGENÉTICA 
A genética é o estudo dos genes, das características hereditárias de 
determinados organismos, guardadas nas moléculas de DNA. A epigenética é o 
estudo das características que vão acima dos genes, pois “epi” deriva do radical 
grego que indica a posição superior. Essa ciência estuda as variações nos traços 
fenotípicos pela ação de fatores externos ou ambientais que afetam a expressão 
gênica de modo reversível. A compreensão da epigenética pode nos ajudar a 
estabelecer relações entre a forma com que vivemos e o surgimento de 
determinadas doenças. 
Relembrando o que estudamos anteriormente, como um 
neurônio sabe que tem que ser um neurônio e não um 
osteoblasto durante o desenvolvimento embrionário? 
A resposta está nos fatores de transcrição específicos de cada linhagem celular 
que leva a especialização destas células para a sua forma final e nas marcas 
epigenéticas no DNA. As marcas epigenéticas são características do material 
genético que possibilitam ou não sua expressão, seja por metilação do DNA, 
modificação de histonas (metilação ou acetilação) ou presença de mi e siRNA, 
que degradam o RNAm. 
A epigenética é tudo que está acima dos genes e estuda alterações na 
expressão gênica que não alteram a estrutura primáriada sequência de 
nucleotídeos. Na verdade, explora modificações no DNA decorrentes da 
interação do indivíduo com o ambiente. 
Exemplo 
Um indivíduo fumante consome grandes quantidades de nicotina, cuja molécula 
modifica o padrão metilação em diversos genes. Então, os genes que, em 
condições normais, não estariam sendo expressos passam a ser. E quais são as 
consequências dessa alteração na expressão gênica? 
É difícil precisar todas as alterações causadas por determinada substância no 
nosso organismo, temos milhares de diferentes células expressando diferentes 
proteínas. Entretanto, a comunidade científica estuda incansavelmente as 
diversas modificações genéticas causadas por alimentos, comportamentos, 
drogas etc. 
Agora, ainda utilizando o caso da nicotina como exemplo, é sabido que o cigarro 
faz mal à saúde e, segundo estudos, podem reduzir em cerca de 14 anos a 
expectativa de vida de adultos fumantes. Apenas nos Estados Unidos, o cigarro 
tem algum tipo de relação com a morte de 400 mil pessoas por ano. As 
consequências de fumar incluem câncer, doenças cardiovasculares e 
respiratórias. Muitas grávidas continuam fumando durante a gestação, sendo a 
causa de morte infantil evitável mais importante. O cigarro consumido pelas 
mães atrasa o desenvolvimento neural e cardiopulmonar do embrião. Essas 
crianças também tendem a ter uma maior frequência de doenças respiratórias 
como asma (Figura 28). No entanto, estudos recentes mostram que mães 
fumantes podem não só ter os filhos com asma, como também os netos, mesmo 
que as filhas não fumem. Além disso, foram encontrados alguns mecanismos 
epigenéticos nos filhos e netos de fumantes. 
Figura 28: Cigarro. 
Os conceitos sobre hereditariedade genética evoluíram com o passar dos anos, 
não apenas os genes são responsáveis por transmitir as informações dos pais 
para os filhos, mas também os padrões epigenéticos são fundamentais, os quais 
podem ser passados através de gerações. Marcações no DNA e nas histonas 
(acetilações e metilações) modificam o padrão de expressão genética, 
principalmente, no período de desenvolvimento embrionário, causando uma 
reprogramação gênica. 
As modificações epigenéticas ocorrem não apenas pela exposição recorrente a 
determinadas substâncias químicas, mas também devido a fatores ambientais e 
comportamentais. O holocausto durante a Segunda Guerra Mundial deixou 
marcas visíveis e invisíveis tanto nos que sofreram o horror nazista quanto em 
seus filhos e netos. As marcas invisíveis foram reveladas nos cromossomos, que 
representam um tipo de memória biológica do nosso organismo. Os 
sobreviventes do holocausto tinham pesadelos frequentes, ansiedade, 
depressão, dificuldade de ressocialização, entre outros distúrbios psicológicos. 
De alguma maneira, esses traumas se internalizaram e foram passados adiante, 
pois os descendentes da guerra tendem a ser mais vulneráveis ao stress e 
propensos a desordens mentais, evento conhecido como transmissão 
transgeracional de trauma (TTT). A TTT também já foi descrita na literatura a 
partir de indivíduos que sofreram abusos, refugiados, vítimas de tortura etc. 
(Figura 29). 
Figura 29: Soldado com stress pós-traumático. 
A compreensão da TTT trouxe avanços na vida de diversas crianças e adultos 
que passaram por eventos traumáticos, permitindo o diagnóstico e tratamento 
precoce das consequências do trauma, uma espécie de medicina epigenética. É 
importante lembrarmos que os mecanismos epigenéticos são maleáveis e 
podem ser alterados durante a nossa vida, dependendo de fatores químicos e 
socioambientais, que nos leva a boas perspectivas de tratamento. 
Diversas outras associações epigenéticas têm sido testadas. Compreender os 
ajustes finos desses mecanismos pode gerar uma revolução na maneira com 
que enxergamos a medicina e a genética. 
Podemos citar alguns exemplos, como: pessoas que sofreram fome durante os 
anos iniciais de suas vidas possuem um menor risco de câncer colorretal; 
crianças que passaram por trauma tendem a desenvolver depressão quando 
adultos devido a uma hipermetilação do gene NR3C1 (responsável pela 
expressão de receptores ligados ao stress); associação de metilação do DNA, 
formando ilhas CpG em determinadas regiões, é correlacionada com maior 
prevalência de diabetes tipo 2 e obesidade em populações árabes, dentre outros 
estudos. 
A terapia genética, com o uso de miRNA, siRNA e edição genética parece muito 
promissora, mas ainda são estudos preliminares e temos muitos mistérios a 
desvendar (Figura 30). 
Figura 30: Terapia genética. 
VERIFICANDO O APRENDIZADO 
1. Estudamos as regulações gênicas nos procariotos e vimos que 
existem operons, que são trechos responsáveis por alguma função 
biológica. Leia as afirmativas abaixo e responda. 
 
I. Considerando o operon Lac, a expressão do gene I é constitutiva, 
uma vez que não temos lactose sempre no meio intracelular. 
II. Em procariotos, os genes com funções de uma mesma via 
metabólica estão localizados próximos uns aos outros em 
um operon e transcrevem para um RNAm monocistrônico. 
III. O RNAm monocistrônico é capaz de ser traduzido em diferentes 
proteínas de uma mesma via metabólica. 
IV. O operon Lac tem seu funcionamento reprimido na presença de 
glicose, mesmo que com altas concentrações de lactose. 
 
Estão corretas as afirmativas: 
 
I, II e III 
 
II e III 
 
II, III e IV 
 
I e IV 
Responder 
Comentário 
2. A epigenética estuda como componentes externos e ambientais 
modificam nosso genoma através de determinadas marcações. São 
exemplos de marcadores epigenéticos que podem modificar a 
expressão de genes: 
 
I. Metilação do DNA, metilação de histonas e presença de miRNAs. 
II. Acetilação do DNA, splicing alternativo e presença de miRNAs. 
III. Ubiquitinação de proteínas, metilação de histonas e nicotina. 
IV. Metilação do DNA, stress e presença de miRNAS. 
 
Estão corretas as sentenças: 
 
I e II 
 
I 
 
III e IV 
 
II 
Responder 
Comentário 
CONCLUSÃO 
CONSIDERAÇÕES FINAIS 
Conhecemos como a Biologia Molecular foi estabelecida como ciência a partir da 
descoberta do DNA e do RNA, explorando principalmente a sua estrutura e a 
sua função. Além disso, vimos a teoria mais aceita, atualmente, para explicar 
como a vida surgiu no nosso planeta. Aprendemos como o material genético nos 
eucariotos e procariotos e como esses grupos se organizam e os diferentes 
mecanismos de regulação da expressão gênica. Por fim, todos os conceitos 
aprendidos sobre os eucariotos foram concatenados para termos uma noção 
sobre o que é a epigenética. A epigenética é uma ciência recente que estuda o 
comportamento de todos os componentes que estão presentes influenciando o 
genoma e, por consequência, influenciando na expressão gênica. 
PODCAST 
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24:46 
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MARSHALL, M. First life: The dawn of evolution. In: New Scientist, v. 211, n. 
2825, p. 32-35, 2011. 
MELAS, P. A. et al. Genetic and epigenetic associations of MAOA and 
NR3C1 with depression and childhood adversities. In: International Journal of 
Neuropsychopharmacology, v. 16, n. 7, p. 1513-1528, 2013. 
MILLER, S. L. et al. A production of amino acids under possible primitive 
earth conditions. In: Science, v. 117, n. 3046, p. 528-529, 1953. 
NELSON, D. L.; LEHNINGER, A. L.; COX, M. M. Lehninger principles of 
biochemistry. Macmillan, 2008. 
PARFREY, L. W.; LAHR, D. J. G; KATZ, L. A. The dynamic nature of 
eukaryotic genomes. In: Molecular biology and evolution, v. 25, n. 4, p. 787-
794, 2008. 
SUMNER, A. T. Chromosomes organization and function. In: Blackwell 
Science Ltd. a Blackwell Publishing company. United Kingdom, v. 1, p. 143-153, 
2003. 
VÁZQUEZ-SALAZAR, A.; LAZCANO, A. Early life: Embracing the RNA world. 
Current Biology, v. 28, n. 5, p. R220-R222, 2018. 
WATSON, J. D.; CRICK, F. H. C. Molecular structure of nucleic acids: a 
structure for deoxyribose nucleic acid. Nature, v. 171, n. 4356, p. 737-738, 1953. 
 
EXPLORE+ 
Para explorar mais os seus conhecimentos a respeito do assunto deste tema, 
recomendamos as seguintes leituras: 
 Cientistas encontram possível sinal de vida em Vênus, matéria de divulgação 
científica da revista Exame, escrita pela jornalista Tamires Vitorino. Nessa 
matéria, é abordada a descoberta do gás fosfina metabólito bacteriano em 
Vênus, indicando possível sinal de vida. 
 Michael Russell demonstrou que existem fontes de águas termais no fundo 
dos oceanos, aquecidas pelo manto da Terra, que jorram água alcalina. 
Essas fontes são ricas em minérios de ferro, níquel e enxofre dissolvidos. 
Para conhecer mais, leia o livro Questão vital: Por que a vida é como é?, de 
Nick Lane e Talita Rodrigues. 
 Para conhecer um pouco mais sobre os avanços da epigenética na área 
biomédica, leia o livro Epigenética aplicada à saúde e a doença de Elsner e 
Siqueira. 
 Para conhecer um pouco mais sobre a história da Biologia Molecular, visite a 
matéria do Rogerio Meneghini Os genes e o gene, publicada na revista 
FAPESP. 
 Qual foi papel de Roselind Franklin no modelo da dupla hélice do DNA de 
Watson e Crick? Para saber mais, visite o artigo As controvérsias a respeito 
da participação de Rosalind Franklin na construção do modelo da dupla 
hélice, de Marcos Rodrigues da Silva. 
 
CONTEUDISTA 
Eldio Gonçalves dos Santos 
Currículo Lattes 
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Isolamento de Ácidos Nucléicos 
 
 APRESENTAÇÃO 
 MÓDULO 1 
 MÓDULO 2 
 CONCLUSÃO 
DESCRIÇÃO 
Isolamento dos ácidos nucleicos: coleta, transporte e armazenamento de 
amostras; extração e quantificação de DNA e RNA; síntese de cDNA; desenho 
experimental. 
PROPÓSITO 
Compreender as etapas para o isolamento dos ácidos nucléicos, a partir do 
desenho experimental até a sua extração e quantificação é o primeiro passo 
para obtenção de amostras de qualidade para a realização dos métodos 
moleculares, garantindo, assim, resultados fidedignos. 
OBJETIVOS 
Módulo 1 
Descrever o desenho experimental e as fases pré-analíticas do isolamento dos 
ácidos nucleicos 
Módulo 2 
Descrever os procedimentos de extração e quantificação do DNA e RNA e 
síntese do cDNA 
INTRODUÇÃO 
A Biologia Molecular é responsável por estudar as moléculas que realizam a 
manutenção da vida. São elas: DNA, RNA e proteínas, que têm como função 
principal, considerando o dogma central da Biologia, armazenar informações e 
enviar essas informações para a síntese das proteínas que realizaram as 
funções celulares, respectivamente. 
Atualmente, os inúmeros avanços obtidos na área médica, na ciência animal e 
vegetal, são resultado da elaboração de técnicas moleculares que nos 
proporcionaram novas formas de estudar o DNA e o RNA. Técnicas essas que 
estão em constante evolução. 
No entanto, antes de analisar o material genético propriamente dito, é necessário 
extrair esse material das células. Para isso, é essencial que a coleta, o 
armazenamento, o transporte e o processo extrativo sejam realizados de 
maneira satisfatória e que tenhamos uma quantidade de material genético 
suficiente, de qualidade, livre de contaminantes e íntegro para realizar a análise. 
Você imagina como é feito o processo extrativo? Será que a extração de DNA ou 
RNA empregam a mesma metodologia? E o que é cDNA e qual sua 
importância? 
Vamos juntos, ao longo desta jornada, explorar todos esses questionamentos, 
visitando a coleta, transporte e armazenamento do material para análise 
molecular (fase pré-analítica). Após essa fase, vamos aprender sobre as 
técnicas de extração de DNA e RNA, quantificação, análise da pureza e, por fim, 
a síntese do cDNA. Além disso, estudaremos o desenho experimental e 
entenderemos a sua aplicabilidade, etapas e importância no desenvolvimento e 
conhecimento científico! 
MÓDULO 1 
 
Descrever o desenho experimental e as fases pré-analíticas do isolamento 
dos ácidos nucleicos 
 
1 – DESENHO EXPERIMENTAL 
O desenho experimental é um planejamento de um estudo realizado em 
algumas etapas e é uma ramificação do método científico, que é a ferramenta 
mais poderosa de todas para o avanço tecnológico da humanidade e muda até 
mesmo a forma que pensamos nas coisas do dia a dia. 
Veja a aplicação desse método em uma atividade do nosso cotidiano: 
Clique nas setas para ver o conteúdo. 
 
Leonardo tem o hábito de assistir ao telejornal todos os dias. Enquanto assistia 
ao programa, viu que o prefeito da sua cidade participou de uma pequena 
entrevista e fez algumas afirmações sobre o funcionamento da prefeitura 
naquele trimestre. 
 
Primeiro, Leonardo deve parar, pensar sobre tal afirmação e aplicar o método 
científico, observando o que foi falado e questionando “Será que é verdade o 
que o prefeito falou?” 
 
Em seguida, ele estabelecerá hipóteses: “É verdade que tal coisa aconteceu” 
ou “É mentira que tal coisa aconteceu”. 
 
A próxima etapa é realizar um experimento, que nesse caso é a busca de fontes 
confiáveis de notícia, com credibilidade, para identificar se o que o político falou 
é verdade ou não, analisar o discurso e, finalmente, Leonardo poderá tomar a 
sua conclusão baseado no método científico. 
 
Pronto! Agora ele pode validar a hipótese “É verdade” ou “É mentira” ao invés de 
simplesmente aceitar a afirmação dita. 
O método científico foi utilizado para produzir quase tudo que existe, indo do 
aparelho em que você está lendo este texto até a cadeira em que está 
sentado(a). Nós utilizamos esse método muitas vezes de forma inconsciente, 
mas temos que ter em mente que ele existe e que devemos pensar sempre de 
forma criteriosa. 
Resumindo, as etapas do métodocientífico são: observação, 
questionamento, hipótese, experimento, análise dos resultados e conclusão. 
Método científico. Fonte: EnsineMe. 
Agora que já entendemos o método científico, podemos falar sobre desenho 
experimental. Ele é um conjunto de etapas que devem ser realizadas para 
conduzir uma hipótese utilizando o método científico, com objetivo de 
estabelecer um resultado confiável e reprodutível. 
A reprodutibilidade é um dos pontos mais importantes da ciência. 
Exemplo 
Vamos entender melhor com um exemplo: 
Sua equipe do laboratório desenvolveu uma nova técnica de quantificação de 
DNA. Você deverá escrever sua metodologia passo a passo, com detalhes dos 
tipos de solventes necessários, as concentrações, pressão, temperatura de 
incubação etc. Os dados devem ser claros para que quando outra pessoa ler 
essa metodologia (por exemplo, alguém do outro lado do mundo, cinco anos 
depois) ela consiga chegar no mesmo resultado, considerando que todas as 
condições e manipulação foram realizadas conforme o descrito. 
As etapas do desenho experimental, são: 
Escolha uma das Etapas a seguir. 
1. Definir a relação causa-efeito 
2. Planejamento 
3. Execução 
4. Análise e interpretação 
5. Formular as conclusões 
A partir do desenho experimental, pretendemos dizer de que modo ou por que 
causas o fenômeno é produzido. Assim, a partir da ideia de relação de causa-
efeito em que se acredita que existe uma relação entre a construção da causa e 
o efeito observado, formulamos as hipóteses a serem testadas, temos os vários 
tratamentos (variáveis independentes) e executamos o experimento e 
observamos os resultados (variáveis dependentes). Se o experimento for bem 
elaborado e planejado, podemos formular conclusões a respeito da relação de 
causa-efeito para a hipótese estabelecida. 
1.1 – VARIÁVEIS DEPENDENTES E 
INDEPENDENTES 
Mas o que são variáveis dependentes e independentes? Para responder a essa 
pergunta, aprenderemos alguns conceitos essenciais para o desenho 
experimental! 
Sempre que fazemos um experimento, queremos verificar os seus resultados. 
Todos os resultados (outputs) são originados a partir das entradas do 
experimento (inputs). 
 
Considerando que eu quero extrair o DNA com sucesso, meu input vai ser o 
material coletado, por exemplo, o raspado da face interna da bochecha, e 
o output vai ser o DNA extraído desse material. 
Os inputs são suscetíveis às diversas variáveis. Elas são agrupadas em dois 
grupos: variáveis dependentes e variáveis independentes. 
Escolha uma das Etapas a seguir. 
Variáveis independentes 
Variáveis dependentes 
Exemplo 
O experimento será medir a concentração plasmática do meu colesterol. As 
variáveis independentes, ou seja, as que eu posso controlar, seriam: Fiz jejum? 
Me alimentei bem? Usei algum medicamento nos últimos dias? Essas perguntas 
irão influenciar diretamente no resultado do colesterol encontrado, ou seja, na 
minha variável dependente, que nesse caso é a concentração de colesterol 
dosada no soro. 
1.2 – HIPÓTESE NULA E HIPÓTESE 
ALTERNATIVA 
Após os resultados do nosso experimento, baseado nos dados coletados e 
processos realizados, como garantir que o dado obtido em uma amostra pode 
ser generalizado para toda a população e verificar se a hipótese inicial estava 
correta? 
Resposta 
Para tentar responder a essas perguntas, os cientistas utilizam modelos 
estatísticos e testes de hipóteses para analisar os dados e testar a validade 
desses resultados. Por meio da inferência estatística, os testes de hipótese são 
utilizados para tomar a decisão de aceitar ou rejeitar uma hipótese estabelecida 
no início do desenho experimental. 
Existem dois tipos de hipóteses: a hipótese nula (H0) e a hipótese alternativa 
(H1). 
 
Hipótese nula 
Indica que não há uma relação causa-efeito. 
 
Hipótese alternativa 
Afirma que existe uma relação causa-efeito, ou seja, rejeita a hipótese nula. 
Vamos entender melhor a partir de um exemplo: 
Para provar que existe um padrão, ou seja, uma relação causa-efeito, vamos 
estudar se, ao falar com um papagaio, ele repete exatamente o que eu falo. 
Nesse caso, minha hipótese inicial, aquela que eu quero provar, é que o 
papagaio repete o que eu falo. 
Para isso, o experimento será falar várias vezes para o papagaio a palavra 
Vasco e observar o que ele diz. Como resultado, podemos esperar que ele repita 
a mesma palavra (Vasco) ou não (Flamengo, ou qualquer outra palavra diferente 
de Vasco). Assim, teremos duas hipóteses: a hipótese nula (aquela em que não 
há relação causa-efeito), que ele não repete o que falamos, ou seja, ao ouvir 
Vasco, ele diz Flamengo. Quando isso acontece, dizemos que a H0 é verdadeira; 
E a hipótese alternativa (aquela que confirma a relação causa-efeito), em que 
ele repete o que estamos falando, ao ouvir Vasco, ele repete Vasco. Nesse 
caso, rejeitamos a H0 e a H1 é verdadeira. 
Objeto com interação. 
 
Hipóteses nula e alternativa. Fonte: EnsineMe. 
1.3 – TIPOS DE ERROS 
Todos os experimentos e análises de resultados são passíveis de erros de 
interpretação e/ou do processo realizado. Os erros são causados quando temos 
uma interpretação errônea dos dados, o que nos leva a rejeitar uma hipótese 
verdadeira (falso positivo) ou não rejeitar uma hipótese falsa (falso negativo). Os 
erros podem ser classificados como tipo 1 e 2, de acordo com a hipótese que 
será rejeitada. 
 A hipótese nula é verdadeira 
 
 
Decisão 
Decidimos rejeitar a hipótese nula. Erro tipo 1 (rejeição de uma hipótese nula verdadeira) Decisão corr
Aceita-se a hipótese nula. Decisão correta Erro tipo 2 (n
Erros do tipo 1 e 2. 
Vamos voltar ao exemplo anterior para entender melhor esses erros: 
Como aprendemos anteriormente, ao falar para o papagaio a palavra “Vasco” e 
ele repetir “Flamengo” ou qualquer outra palavra além de “Vasco”, a hipótese 
nula é verdadeira (sem relação causa-efeito). No entanto, quando falamos 
“Vasco” para o papagaio e ele repete outra palavra, enviesados para a obtenção 
de uma relação de causa-efeito, rejeitamos a H0, mesmo ela sendo verdadeira. 
Temos um erro do tipo 1 ou falso positivo. Nesse tipo de erro, a hipótese nula 
é verdadeira (ou seja, ele não repetiu a palavra Vasco) e nós a rejeitamos (pois 
entendemos Vasco). 
Vimos também que quando falamos Vasco e ele repete Vasco, a H0 é falsa. 
Qualquer outra palavra dita pelo papagaio torna a H0 verdadeira, pois ele não 
repetiu a palavra que queríamos (Vasco). No entanto, se ao falar Vasco ele 
repetir a exata palavra Vasco, e nós entendermos “Asco” por engano, vamos 
entender que a H0 é verdadeira, porém, neste caso, a hipótese nula é falsa, uma 
vez que ele de fato repete a palavra “Vasco”. Esse é um erro do tipo 2 ou falso 
negativo: aceitamos uma H0 verdadeira (pois entendemos que ele disse Asco), 
mas, na verdade, a hipótese nula era falsa (ou seja, ele disse “Vasco”). 
Você sabia 
Esses conceitos podem ser utilizados em qualquer desenho experimental e são 
muito comuns na área médica, principalmente em testes de diagnóstico clínico, 
onde kits de diagnóstico demonstram resultado positivo para uma doença 
inexistente ou resultado negativo, quando na verdade há presença de doença. 
Assista ao vídeo abaixo e entenda melhor o desenho experimental. 
1.4 – SELEÇÃO DE PARTICIPANTES 
A seleção dos participantes, população de estudo, deve ser a mais 
representativa possível, para termos uma menor chance de errar ao generalizar 
os resultados. 
A seleção de participantes de um estudo também pode ser chamada 
de amostragem, que pode ser não probabilística ou probabilística. 
A não probabilística ocorre quando a probabilidade da seleção de cada 
participante não é conhecida, a seleção da amostra depende do julgamento do 
pesquisador e esta pode ser feita pela amostragem por conveniência (o 
pesquisador escolhe quem está disponível) ou julgamento (o pesquisador 
escolhe quem ele acha interessante). 
Já na amostragem probabilística, cada elemento da população possui a mesma 
probabilidadede ser selecionado para compor a amostra. Nesse caso, a 
probabilidade da seleção de cada participante é conhecida. Por exemplo, em 
uma amostra aleatória simples com 10 participantes, a chance de um deles ser 
escolhido é 1/10, ou seja, 10%. 
A amostragem probabilística pode ser: 
Clique na barra para ver as informações. 
AMOSTRAGEM ALEATÓRIA SIMPLES 
Participantes são selecionados aleatoriamente em uma determinada população. 
Em uma população de 12 participantes, eu escolho 9 de forma aleatória, ou seja, 
ao acaso. Isso poderia ser realizado por sorteio, por exemplo. 
Amostragem aleatória simples. Fonte: Bakhtiar Zein/Shutterstock.com. 
AMOSTRAGEM SISTEMÁTICA 
O primeiro participante é selecionado a partir de um número preestabelecido e 
os outros participantes são escolhidos seguindo um mesmo coeficiente. 
Por exemplo, em uma população com 13 participantes, vamos padronizar um 
coeficiente de 3. Além disso, vamos utilizar a fórmula 1 + (K x N), onde K é meu 
coeficiente e N o número do participante. 
Se definimos o primeiro participante como o número 1 (poderia ser qualquer 
outro), quais seriam os outros participantes? 
 O segundo participante será o número 1 + o coeficiente (3) X a quantidade de participantes já escolhidos, 
assim teríamos 1 + 3 (coeficiente) X 1 (número já selecionado). Ou seja, o participante seria o número 4. 
 O terceiro participante será o número 1 + 3 x 2 = 7. 
 O quarto 1 + 3 x 3 = 10. 
 O quinto 1 + 3 x 4 = 13, fechando, assim, a amostra. 
Amostragem sistemática. Fonte: Bakhtiar Zein/Shutterstock.com. 
Com os conceitos básicos sobre desenho experimental estabelecidos, podemos 
seguir para as próximas etapas da fase pré-analítica do isolamento de ácidos 
nucleicos. Os conceitos aprendidos neste tópico são valiosos e podem ser 
utilizados em qualquer situação da vida, seja ela profissional ou do nosso 
cotidiano. 
2 – COLETA, TRANSPORTE E 
ARMAZENAMENTO DE AMOSTRAS 
BIOLÓGICAS DESTINADAS AOS TESTES 
MOLECULARES 
 
Atualmente, o mercado dos testes moleculares está em intensa expansão. O 
marketing feito pelos laboratórios, as divulgações promovidas por celebridades, 
as regulações nos preços dos testes, o desenvolvimento de marcadores e os kits 
acessíveis, entre outros fatores colaboram para o crescimento desse ramo de 
mercado. 
São várias as empresas fazendo testes utilizando material genético para 
diferentes fins, por exemplo, indicar a ancestralidade e a origem genética e 
apontar marcadores genéticos para doenças, além dos testes laboratoriais para 
diversos tipos de infecções (incluindo COVID-19). 
Saiba mais 
Num passado recente, pensar nesse tipo de tecnologia de diagnóstico era 
deixado para filmes de ficção científica, aqueles onde um médico high-
tech coleta o sangue do paciente, passa em uma máquina e depois de alguns 
segundos um papel é impresso indicando todas as doenças e quais 
medicamentos utilizar. 
Hoje em dia esse tipo de abordagem é real, ou pelo menos bem parecido com 
filmes, pois a população tem acesso aos testes de forma mais fácil e barata. É 
importante ressaltar que no Brasil existem algumas empresas com esse perfil! 
Sempre que pensamos nos testes moleculares, automaticamente temos a ideia 
de perfeição, por se tratar de tecnologia de ponta, pela propaganda ser sempre 
bem feita e por ser algo muito misterioso, de entendimento distante do senso 
comum. Apesar de muitos acharem que os resultados de testes genéticos são 
absolutos, isso não é uma verdade: eles estão sujeitos a erros assim como 
qualquer teste de laboratório e a maioria desses erros ocorrem justamente na 
fase pré-analítica (que compreende desde a coleta do material até o cadastro e 
armazenamento das amostras no laboratório, antes da análise propriamente 
dita). 
Você sabia 
Diferentes amostras biológicas podem ser coletadas para os testes moleculares, 
como sangue, escarro, amostra de tecidos, um fio de cabelo, dentre outras. A 
partir dessas amostras, podemos detectar a presença tanto do nosso material 
genético (DNA/RNA) quanto o de microrganismos, conseguindo verificar e 
quantificar a presença de vírus, bactérias, protozoários; analisar a predisposição 
ou estado de doenças genéticas; e fazer os famosos testes de paternidade. 
Além disso, é amplamente utilizado em perícias médicas: o jornalista Tim 
Lopes foi identificado com auxílio dos testes moleculares. 
É importante destacar que além das amostras biológicas, os testes moleculares 
podem ser realizados a partir de cultura de células e de microrganismos. Nesses 
casos, também é essencial os cuidados com a fase pré-analítica, para um 
resultado de qualidade. 
A coleta e manipulação de todas essas amostras, assim como na coleta de 
qualquer material biológico, deve ser realizada seguindo todas as normas de 
biossegurança, com utilização dos Equipamentos de Proteção Individual, para 
evitar contaminação. 
Além disso, as amostras devem estar devidamente identificadas com o nome do 
paciente e data da coleta, assinatura de quem coletou e um código numérico 
para dupla verificação. Amostras que não estiverem identificadas corretamente 
ou aquelas que apresentem características que impossibilitem o teste, como a 
presença de hemólise no tubo de sangue, devem ser descartadas. 
Alguns tipos de testes possuem critérios específicos de acordo com o 
procedimento realizado. É obrigação do laboratório deixar evidente para os 
pacientes os critérios de aceitação e exclusão de amostras para cada tipo de 
ensaio. 
 
A quantidade de material genético extraído depende diretamente do local de 
coleta, do número de células presentes e pode variar conforme a idade do 
paciente, além de depender diretamente das condições de transporte e 
armazenamento. 
Atenção 
Em algumas ocasiões, um resultado negativo em um exame pode ser resultado 
de um erro durante a fase pré-analítica, uma vez que o material genético tem 
que estar viável para conseguir realizar as técnicas moleculares que envolvem 
sua amplificação. É sempre preferível trabalhar com amostras frescas para 
melhorar o rendimento. 
Veja alguns cuidados para extração de amostras de DNA e RNA: 
Clique nas barras para ver as informações. 
EXTRAÇÃO DE DNA 
Para extração de DNA, a coleta deve seguir alguns cuidados, pois, no nosso 
organismo, existem moléculas capazes de degradar o DNA, como as 
desoxirribonucleases (DNases) que necessitam de íons metal para a sua 
atividade. Então, para inativação da enzima, pode ser necessária a utilização de 
agentes quelantes como o EDTA. Ela também é inativada pelo calor durante 10 
minutos a 65°C. 
EXTRAÇÃO DE RNA 
A coleta de amostras para a extração de RNA requer mais cuidados. O RNA é 
uma molécula altamente instável e que apresenta grande fragilidade e se 
degrada rapidamente pela ação de ribonucleases (RNase). Essas enzimas não 
precisam de cofator para se ativar, são estáveis, ficando ativas mesmo após a 
fervura e autoclavagem, e estão presentes em uma série materiais biológicos e 
na nossa pele. É muito importante a adição de agentes estabilizadores de 
RNA o mais rápido possível e que o recipiente utilizado seja certificado como 
Ribonucleases (RNase) free, ou seja, livre de agentes degradantes de RNA, 
estéril, e sempre deve ser manipulado com luvas! 
Vamos agora conhecer a peculiaridade de algumas amostras destinadas à 
extração do DNA/RNA. 
 
2.1 – SANGUE E ASPIRADO DE MEDULA 
ÓSSEA 
Amostras de sangue e aspirado de medula óssea precisam ser armazenadas 
junto a agentes anticoagulantes para manter a estabilidade da amostra, 
impedindo a coagulação sanguínea. Entretanto, a heparina (agente 
anticoagulante amplamente utilizado) é um potente inibidor de algumas técnicas 
moleculares, dentre elas o famoso PCR (Polymerase Chain Reaction). 
Você sabia 
A impossibilidade do uso de heparina fez com que outros anticoagulantes 
fossem preferíveis, normalmente são utilizados o EDTA (ácido 
etilenodiaminotetracético) ou o ACD (citrato de dextrose) para estas amostras. 
A coleta de amostras com o anticoagulante