GRUPO II - BIOLOGIA CELULAR E MOLECULAR

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CENTRO UNIVERSITÁRIO FAVENI 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
BIOLOGIA CELULAR E MOLECULAR 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
GUARULHOS – SP 
 
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SUMÁRIO 
 
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 5 
2 ESTRUTURA E FUNÇÃO DA CÉLULA .................................................................. 6 
2.1 A célula e sua membrana plasmática ................................................................. 9 
2.2 Organelas celulares e suas funções ................................................................. 12 
2.2.1 Endossomos ..................................................................................................... 14 
2.2.2 Aparelho de Golgi ............................................................................................. 14 
2.2.3 Lisossomos.... ................................................................................................... 15 
2.2.4 Peroxissomos ................................................................................................... 16 
2.3 O núcleo e seus componentes.......................................................................... 16 
3 ESTRUTURA DA MEMBRANA PLASMÁTICA ..................................................... 19 
3.1 Estrutura das membranas plasmáticas ............................................................. 20 
3.1.1 Lipídios.............................................................................................................. 21 
3.1.2 Proteínas......... .................................................................................................. 22 
3.2 Organização da membrana plasmática ............................................................ 26 
4 MITOCÔNDRIA: CONVERSÃO ENERGÉTICA E RESPIRAÇÃO CELULAR ...... 27 
4.1 Morfologia e funções da mitocôndria ................................................................ 27 
4.2 Duas membranas, dois compartimentos mitocondriais ..................................... 28 
4.3 DNA mitocondrial .............................................................................................. 29 
4.4 Biogênese mitocondrial ..................................................................................... 30 
4.5 Funções da mitocôndria .................................................................................... 31 
4.6 Respiração celular ............................................................................................ 32 
4.7 Glicólise ............................................................................................................ 33 
4.8 Energia celular .................................................................................................. 35 
5 DIVISÃO CELULAR: MITOSE E MEIOSE ............................................................ 37 
5.1 O ciclo e a divisão celular ................................................................................. 37 
5.2 Mitose, meiose e citocinese .............................................................................. 38 
5.2.1 Mitose........... .................................................................................................... 38 
5.2.2 Meiose.............. ................................................................................................ 39 
5.2.3 Citocinese.......... ............................................................................................... 40 
5.3 Etapas da mitose e da meiose .......................................................................... 41 
5.3.1 Mitose........... .................................................................................................... 41 
 
3 
 
5.3.2 Meiose.......... ................................................................................................... 42 
6 BIOLOGIA MOLECULAR: SEQUENCIAMENTO DE DNA ................................... 43 
6.1 Métodos de sequenciamento de DNA .............................................................. 43 
6.1.1 Método enzimático de Sanger .......................................................................... 44 
6.1.2 Métodos de nova geração ................................................................................ 45 
6.2 Estratégias para sequenciamento de genomas ................................................ 46 
6.3 Genômica: análise de genomas ........................................................................ 49 
6.3.1 Montagem de genomas .................................................................................... 49 
6.4 Anotação de genomas ...................................................................................... 50 
6.5 Bancos de dados de sequências de DNA ......................................................... 50 
7 ORIGEM DA BIOTECNOLOGIA ........................................................................... 52 
7.1 Biotecnologia e origens ..................................................................................... 52 
7.2 O marco biotecnológico .................................................................................... 53 
7.3 Fatos históricos e a biotecnologia ..................................................................... 53 
7.4 Aplicabilidades da biotecnologia ....................................................................... 55 
7.5 Benefícios da biotecnologia na saúde .............................................................. 56 
8 ENGENHARIA GENÉTICA ................................................................................... 57 
8.1 Tecnologia do DNA recombinante .................................................................... 58 
8.2 Organismos geneticamente modificados (OGMs) ............................................ 61 
8.3 Terapia gênica: princípios e aplicações ............................................................ 62 
9 CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA E DIFERENCIAÇÃO CELULAR ........... 64 
9.1 Sítios de controle da transcrição gênica ........................................................... 64 
9.2 Expressão gênica em procariotos e eucariotos ................................................ 65 
9.2.1 Procariotos..... ................................................................................................... 65 
9.2.2 Eucariotos....... .................................................................................................. 66 
9.2.3 Transcrição..... .................................................................................................. 66 
9.3 Diferenciação Celular ........................................................................................ 67 
10 DIAGNÓSTICO MOLECULAR DE DOENÇAS GENÉTICAS E INFECCIOSAS ... 68 
10.1 Principais técnicas de biologia molecular utilizadas para diagnósticos ............. 69 
10.2 Técnicas diagnósticas associadas às patologias .............................................. 70 
10.3 Contribuições da biologia molecular no diagnóstico de doenças ...................... 73 
11 BIOLOGIA E EDUCAÇÃO .................................................................................... 77 
11.1 A profissão de biólogo na área de ensino ......................................................... 80 
 
4 
 
11.2 O professor biólogo e a educação ambiental .................................................... 80 
11.3 Projetos de conscientização ambiental nas escolas ......................................... 81 
11.4 A docência no ensino básico ............................................................................ 82 
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 86 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1 INTRODUÇÃO 
 
Prezado aluno! 
 
O Grupo Educacional FAVENI, esclarece que o material virtual é semelhante 
ao da sala de aula presencial. Emuma sala de aula, é raro – quase improvável - um 
aluno se levantar, interromper a exposição, dirigir-se ao professor e fazer uma 
pergunta, para que seja esclarecida uma dúvida sobre o tema tratado. O comum é 
que esse aluno faça a pergunta em voz alta para todos ouvirem e todos ouvirão a 
resposta. No espaço virtual, é a mesma coisa. Não hesite em perguntar, as perguntas 
poderão ser direcionadas ao protocolo de atendimento que serão respondidas em 
tempo hábil. 
Os cursos à distância exigem do aluno tempo e organização. No caso da nossa 
disciplina é preciso ter um horário destinado à leitura do texto base e à execução das 
avaliações propostas. A vantagem é que poderá reservar o dia da semana e a hora 
que lhe convier para isso. 
A organização é o quesito indispensável, porque há uma sequência a ser 
seguida e prazos definidos para as atividades. 
 
Bons estudos! 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2 ESTRUTURA E FUNÇÃO DA CÉLULA 
 
Todos os seres vivos são constituídos por células (menos os vírus). As células 
são nossas menores unidades constituintes, no entanto, possuem funções capazes 
de determinar nossas vidas. Assim, lançar o olhar sobre essas unidades é de extrema 
importância para o reconhecimento de suas estruturas e funções que regulam todo 
nosso organismo, incluindo processos que se iniciam desde a concepção da vida (na 
fecundação do óvulo e espermatozoide) e determinam nossa saúde e características 
físicas e fisiológicas. (HERNANDEZ, 2018). 
Refletindo as células enquanto unidades constituintes de todos os seres vivos, 
ainda, como menor unidade anatomofisiológica do corpo humano e tendo em vista a 
importância das células segundo suas funções, vamos lançar um olhar microscópico 
sobre as células e aprofundar nosso conhecimento sobre suas estruturas. 
Inicialmente, vamos observar as células animal, vegetal e bacteriana do ponto 
de vista de suas estruturas. As células possuem componentes principais como 
membrana plasmática (que envolve toda a célula, isolando-a do meio externo), 
citoplasma (espaço entre a membrana plasmática e o núcleo, com exceção das 
células bacterianas) e organelas (estruturas com funções específicas para o 
metabolismo celular). 
Observando as Figuras abaixo, é possível identificar estruturas semelhantes 
entre as três células (membrana externa, citoplasma — exceção bactérias — e 
organelas), no entanto, as células vegetal e animal possuem mais estruturas em 
comum quando comparadas com a célula bacteriana, além disso, ambas são 
consideradas eucariontes (possuem núcleo definido) enquanto a célula bacteriana é 
procarionte (material genético disperso). 
Outra forma de analisar as células é por meio de seu ciclo de vida, seja para 
regeneração ou cicatrização. Assim, as células podem ser classificadas como lábeis, 
estáveis ou permanentes. As lábeis são aquelas que possuem um ciclo de vida curto, 
por exemplo, as hemácias (células do sangue), que são renovadas/destruídas a cada 
120 dias. Já as células estáveis geralmente não se dividem, e sim se proliferam 
quando estimuladas, por exemplo, células das glândulas do fígado, pâncreas, 
salivares etc. Por fim, as células permanentes não se dividem e nem se proliferam, 
como as células do sistema nervoso central e músculos. (AMABIS; MARTHO, 2006; 
LOPES; ROSSO, 2013). 
 
7 
 
 
Célula animal; célula vegetal 
Fonte: https://www.queroadesivo.com.br/ 
 
 
Célula bacteriana 
Fonte: https://slideplayer.com.br/ 
 
Observados os tipos de células, vamos analisar suas principais estruturas e 
detalhar suas funções. As células são revestidas por uma camada externa, a 
membrana celular, denominada membrana celular na célula animal, parede celular na 
vegetal, e cápsula na bacteriana. (HERNANDEZ, 2018). 
 
8 
 
A função dessa membrana é realizar a troca de substâncias com o meio 
externo, isto é, essa membrana é semipermeável e por isso realiza a permeabilidade 
seletiva, pois permite a passagem de certas substâncias enquanto impede outras. 
Essa função é possível por causa de sua constituição lipoproteica (lipídeos e 
proteínas). Sua função específica é reconhecer substâncias no meio extracelular e 
sinalizar suas estruturas internas para possíveis ações internas da célula; além disso, 
é por meio da membrana que ocorre o transporte de substâncias de dentro e de fora 
da célula (ALBERTS et al., 2017b; AMABIS; MARTHO, 2006; COOPER; HAUSMAN, 
2007; LOPES; ROSSO, 2013). 
Quanto ao transporte de substâncias por meio da membrana, podem ocorrer 
por transporte passivo, ativo ou por meio de vesículas. No transporte passivo, as 
moléculas e íons perpassam a membrana sem requerer energia da célula. Nesse tipo 
de transporte, a concentração da substância de dentro e de fora da célula é que 
determina a passagem. Assim, podem ocorrer por difusão simples (as moléculas de 
um soluto passam pela membrana permeável, do local mais concentrado para o 
menos concentrado, isto é, a favor do gradiente de concentração). Também podem 
ocorrer por osmose (mesmo mecanismo, mas agora contra o gradiente de 
concentração) ou por difusão facilitada (que ocorrem a favor do gradiente de 
concentração e por meio de proteínas de canal ou carregadoras). 
Já o transporte ativo ocorre quando a troca de moléculas e íons da célula para 
com o meio externo e vice-versa exigem energia celular. Esse transporte ocorre contra 
o gradiente de concentração e é promovido por proteínas transportadoras. Por fim, o 
transporte por meio de vesículas pode ocorrer por endocitose (processo para capturar 
partículas sólidas — fagocitose — ou líquidas — pinocitose) ou por exocitose 
(processo de eliminação de substâncias para fora da célula) (ALBERTS et al., 2017b; 
AMABIS; MARTHO, 2006; COOPER; HAUSMAN, 2007; LOPES; ROSSO, 2013). 
Diante disso, fica evidente a importância da membrana externa da célula, já 
que ela não somente protege a célula como é vital para a troca de substâncias 
promovendo algumas ações importantes para o bom funcionamento do organismo e 
consequentemente da vida. 
O núcleo não faz parte do citoplasma e abriga o material genético da célula, 
controlando a atividade celular; dentro do núcleo se inicia o processo de replicação do 
DNA, transcrição e processamento do RNA, porém o processo de tradução (parte final 
 
9 
 
da tradução gênica) ocorre no citoplasma. O núcleo é envolto pela carioteca, que 
possui constituição membranosa justapostas com um espaço interno. Nessa 
membrana, há poros circundados por estruturas proteicas que regulam a entrada e a 
saída de substâncias no núcleo, processo semelhante à membrana celular. As outras 
partes que formam o núcleo compreendem o nucléolo (uma região próxima da 
carioteca que é constituída por RNA ribossômicos e proteínas), o nucleoplasma 
(espaço onde se encontram mergulhados os filamentos de cromatina, proteínas 
ribossômicas, moléculas de ATP, nucleotídeos, íons etc.) e por fim o material genético 
(composto de longos filamentos de DNA condensados e associados a proteínas) 
(ALBERTS et al., 2017b; AMABIS; MARTHO, 2006; COOPER; HAUSMAN, 2007; 
LOPES; ROSSO, 2013). 
Assim, a membrana plasmática e o núcleo constituem estruturas muito 
importantes para a vida celular, pois a primeira, além de realizar a delimitação da 
célula, tem como principal função regular a entrada e a saída de substâncias dela, e 
a segunda possui o material genético da célula e, determinando, portanto, a vida 
celular. Agora vamos analisar as estruturas que se localizam dentro da membrana 
celular, mergulhadas no líquido gelatinoso (denominado hialoplasma) do citoplasma. 
 
2.1 A célula e sua membrana plasmática 
 
As células são compostas por três estruturas básicas: membrana plasmática, 
citoplasma e núcleo. Existem dois grandes grupos de células: procariotos e 
eucariotos. As bactérias e algas pertencem ao grupo de procariotos, enquanto que os 
animais e os vegetais são formados por célulaseucariotas. Cada célula, procariota ou 
eucariota, contém pelo menos 10 mil diferentes tipos de moléculas, a maioria delas 
presente em múltiplas cópias. Essas moléculas se transformam em matéria e energia 
para interagir com o ambiente e se reproduzirem. 
É praticamente impossível conhecer todas essas moléculas, mas o 
conhecimento da biologia celular corresponde, em certo sentido, ao estudo da vida. 
Sabe-se que ela é contínua e que todas as células de um organismo vêm de uma 
única célula, um óvulo fertilizado, originado da fusão de duas células (espermatozoide 
e óvulo). 
 
10 
 
O tamanho pequeno de uma célula, é consequência da necessidade prática de 
se manter uma razão entre a área de superfície e o volume. Dessa forma, quando a 
célula ou objeto cresce, sua área de superfície também aumenta, porém não na 
mesma proporção. O volume da célula indica a quantidade de atividade possível de 
ser desempenhada por unidade de tempo. Já a área de superfície da célula determina 
a quantidade de moléculas que ela pode incorporar e/ou liberar para o ambiente 
externo. (HERNANDEZ, 2018). 
Com o aumento do volume celular, a atividade e necessidade de recursos 
aumenta de forma mais rápida do que a área de superfície. Além disso, as células 
precisam redistribuir substâncias com frequência para diferentes regiões em seu 
interior, logo, quanto menor a célula, maior facilidade na realização da tarefa. Este é 
o grande motivo do porquê de grandes organismos serem compostos por diversas 
células pequenas, o volume pequeno mantém uma razão eficiente entre área de 
superfície e volume e, também, possuir um volume interno ideal. 
As células são delimitadas pela membrana plasmática, que a separa do 
ambiente externo, criando um compartimento ao seu redor, um compartimento 
separado, mas não isolado. A membrana plasmática é formada por uma bicamada 
fosfolipídica, com as “cabeças” hidrofílicas dos lipídios direcionadas para o interior 
aquoso da célula, em uma das faces da membrana, e para o ambiente extracelular, 
no lado oposto, com as proteínas e outras moléculas inseridas entre os lipídios. Além 
de funções importantes, a membrana plasmática tem significância biológica por sua 
atuação como uma barreira seletiva, permitindo a entrada de nutrientes, retenção de 
produtos de síntese e excreção de resíduos. Para entender melhor, observe a Figura: 
 
 
Fonte: Lodish et al. (2013, p. 446). 
 
11 
 
Ambos os tipos celulares, procariotos e eucariotos apresentam a membrana 
plasmática provida de muitas proteínas que desempenham uma diversidade de 
funções semelhantes, entre elas: 
 permite que a célula mantenha um ambiente interno relativamente 
autorregulável (homeostase), que é uma característica-chave da vida; 
 atua como barreira permeável, mas seletiva, evitando que algumas 
substâncias a atravessem, e permitindo o trânsito de outras, tanto para dentro quanto 
para fora da célula; 
 tem importância na comunicação com as células adjacentes e para a 
recepção de sinais provenientes do ambiente, por intermédio das especializações de 
membrana; 
 apresenta proteínas que se projetam de seus limites e são responsáveis pela 
ligação e aderência a células adjacentes. 
Porém, as células eucarióticas, que normalmente são bem maiores do que as 
procarióticas, apresentam organelas internas ligadas por membranas. A membrana 
dessas organelas tem uma configuração própria de proteínas que promove o 
desempenho de funções celulares características, como a geração de ATP (nas 
mitocôndrias) e a síntese de DNA (no núcleo). Muitas proteínas da membrana 
plasmática também unem componentes do citoesqueleto, uma forte rede de 
filamentos proteicos que atravessa o citosol para propiciar suporte mecânico às 
membranas celulares e assumir a forma da célula. 
Apesar de muito resistentes, as membranas são estruturas maleáveis que 
podem curvar-se, dobrar-se em três dimensões e, ainda, conservar sua integridade, 
devido, principalmente, a abundantes interações não covalentes que mantêm unidos 
os lipídios e as proteínas. 
Assim, a grande mobilidade de lipídios e proteínas individuais é chamada de 
modelo do mosaico fluido de biomembranas, que foi proposto por cientistas na década 
de 70. A bicamada lipídica se comporta, em alguns aspectos, como um fluido 
bidimensional, com moléculas individuais capazes de se mover uma após a outra e 
girar no seu local. Essa fluidez e essa flexibilidade da membrana permitem às 
organelas, além de assumir suas formas típicas, propriedade dinâmica de brotamento 
e fusão de membranas, como ocorre quando são liberados os vírus de uma célula 
infectada, por exemplo. (ROSA, 2018). 
 
12 
 
As duas superfícies de uma membrana celular são chamadas de face citosólica 
e face exoplasmática. A face exoplasmática da membrana fica voltada para fora do 
citosol, para o espaço extracelular ou ambiente externo e define o limite externo da 
célula. Já a face citosólica da membrana plasmática volta-se para o citosol. Em todas 
as organelas e vesículas circundadas por uma membrana simples, a face citosólica 
está voltada para o citosol. Organelas essenciais para a sobrevivência a célula 
(núcleo, mitocôndria e cloroplasto) são circundadas por duas membranas. (ROSA, 
2018). 
 
2.2 Organelas celulares e suas funções 
 
A membrana plasmática delimita a célula e é uma estrutura vital, já que é a 
interface que a célula tem com seu ambiente, separando o meio externo do citoplasma 
interno. Embora as propriedades físicas da membrana plasmática sejam, em grande 
parte, determinadas por seu conteúdo lipídico, o complemento proteico de uma 
membrana é o principal responsável pelas propriedades funcionais da membrana. 
Moléculas maiores que íons e outros metabólitos podem ser captadas através da 
endocitose, a formação de uma invaginação da membrana plasmática. Durante a 
endocitose, são formados poços revestidos, em que os receptores coletam e trazem 
para a célula, moléculas ou partículas específicas, mediadas por receptor. Após a 
internalização, os materiais são classificados e podem retornar à membrana 
plasmática ou ser entregues a lisossomos para degradação. 
Os lisossomos contêm diversas enzimas digestivas que degradam qualquer 
molécula biológica em componentes menores. O lúmen dos lisossomos possui pH 
ácido e isso ajuda a desnaturar proteínas. Até agora não foram descritos lisossomos 
em células vegetais, mas o vacúolo central de uma célula vegetal pode apresentar 
uma capacidade de atuação semelhante, pois também apresentam diversas enzimas 
digestivas. 
A maior organela é chamada de retículo endoplasmático (RE), é uma extensa 
rede de vesículas e túbulos achatados ligados à membrana. O RE pode ser dividido 
em retículo endoplasmático liso (REL), pois sua membrana de superfície é lisa e 
retículo endoplasmático rugoso (RER), que é revestido por ribossomos. O REL é o 
local de síntese de ácidos graxos e fosfolipídios. Já o RER, com seus ribossomos 
 
13 
 
acoplados, é o sítio de síntese de proteínas da membrana e de proteínas que serão 
secretadas pela célula responsável. Após a síntese no RE, as proteínas são 
destinadas para a membrana plasmática ou para secreção, são transportadas para o 
complexo de Golgi, um conjunto de membranas achatadas chamadas de cisternas, 
onde as proteínas são modificadas antes de serem transportadas ao seu destino na 
membrana plasmática. As proteínas destinadas para secreção são sintetizadas no 
RE, transportadas pelo complexo de Golgi e liberadas pela célula, este processo todo 
é chamado de via secretora. 
Nos procariotos, os ribossomos flutuam livremente no citoplasma. Já nos 
eucariotos, podem ser encontrados no citoplasma, livres ou ligados à superfície do 
RE, no interior de mitocôndrias e cloroplastos. Em ambos locais, os ribossomos 
representam os sítios em que ocorre a síntese de proteínas direcionada pelos ácidos 
nucleicos. Os ribossomosdos procariotos e eucariotos assemelham-se em 
constituição e diversidade de tamanhos. Porém, os ribossomos eucarióticos são, 
relativamente, maiores, mas a estrutura dos ribossomos procarióticos é mais 
conhecida. Sabe-se que contêm um tipo especial de RNA denominado RNA 
ribossomal (rRNA), o qual mais de cinquenta tipos diferentes de moléculas de 
proteínas ligam-se não covalentemente. 
No peroxissomo, classe de organelas semiesféricas que contém oxidases de 
enzimas que utilizam oxigênio molecular para oxidar toxinas, transformá-las em 
produtos inofensivos e para a oxidação de ácidos graxos na produção de grupos 
acetila. Até aqui, todas as organelas comentadas são circundadas por uma única 
membrana formada por uma bicamada lipídica. 
Os vegetais e algas verdes apresentam cloroplastos que são organelas que 
usam o processo de fotossíntese para capturar a energia luminosa com pigmentos 
coloridos, incluindo o pigmento verde clorofila e, para assim, estocar a energia 
capturada em forma de ATP. As mitocôndrias de outros organismos, podem ocupar 
até 30% do volume do citoplasma. A membrana mitocondrial interna é bastante 
retorcida com dobras chamadas de cristas, que formam saliências no espaço central, 
chamadas de matriz. Uma das principais funções das mitocôndrias é completar os 
estágios finais da degradação da glicose, por meio da oxidação para gerar a maior 
parte do suprimento de ATP da célula. Desta forma, as mitocôndrias podem ser 
consideradas as “usinas” da célula. (ROSA, 2018). 
 
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Algumas teorias sugerem que as mitocôndrias e os cloroplastos tenham 
evoluído a partir de um acontecimento antigo, quando uma célula eucariótica fagocitou 
um tipo de bactéria, isso originou as mitocôndrias e um tipo diferente que deu origem 
aos cloroplastos, pois as membranas destas organelas servem como evidências para 
sustentar essa hipótese. A membrana interna teria, provavelmente, se originado a 
partir da membrana da bactéria original, enquanto a membrana externa seria um 
vestígio da membrana plasmática da fagositose. Outra evidência desta teoria é o fato 
de tanto as mitocôndrias quanto os cloroplastos terem o seu próprio DNA genômico 
e, que a síntese de proteínas nas organelas tem maior semelhança à síntese proteica 
em bactérias do que à síntese proteica em eucariotos. (ROSA, 2018). 
 
2.2.1 Endossomos 
 
Os endossomos formam um compartimento que recebe as moléculas 
introduzidas no citoplasma das células pelas vesículas de pinocitose, que se originam 
da membrana plasmática. O compartimento endossomal é constituído de elementos 
separados; é um sistema extenso, que se vai desde a periferia do citoplasma até as 
proximidades do núcleo celular. (CARNEIRO; JUNQUEIRA, 2012) 
É formado por vesículas e túbulos, cujo interior apresenta pH ácido. Esse 
compartimento é responsável pela separação e pelo endereçamento do material que 
penetra no citoplasma pelas vesículas de pinocitose. Grande parte desse material é 
encaminhada para os lisossomos, porém, muitas moléculas passam dos endossomos 
para o citosol, e outras são desenvolvidas para a superfície celular. Os endossomos 
podem ser considerados como uma parte da via lisossomal, porque muitas moléculas 
que se dirigem para os lisossomos passam antes pelos endossomos. 
 
2.2.2 Aparelho de Golgi 
 
Essa organela é também conhecida como zona ou complexo de Golgi, estando 
constituída por um número variável de vesículas circulares achatadas e por vesículas 
esféricas de diversos tamanhos, que parecem brotar das primeiras. Em muitas 
células, o aparelho de Golgi localiza-se em posição constante, quase sempre ao lado 
do núcleo; em outras células, ele se encontra disperso pelo citoplasma. (CARNEIRO; 
JUNQUEIRA, 2012). 
 
15 
 
Essa organela apresenta múltiplas funções; mas dentre elas, cabe destacar 
que é muito importante na separação e no endereçamento das moléculas sintetizadas 
nas células, encaminhando-as para as vesículas de secreção (o que serão expulsas 
da célula), os lisossomos, as vesículas que permanecem no citoplasma ou a 
membrana celular. 
 
 
Fonte: https://escolaeducacao.com.br/ 
 
2.2.3 Lisossomos 
 
Os lisossomos são organelas de forma e tamanho muito variáveis (medem, 
frequentemente, 0,50 a 3,0 µ.m de diâmetro, cujo interior é ácido e contém diversas 
enzimas hidrolíticas (enzimas que rompem moléculas, adicionando os átomos das 
moléculas de água). As hidrolases dos lisossomos têm atividade máxima em Ph ácido. 
Essas enzimas são sintetizadas pelos Polirribossomos que se prendem ao retículo 
endoplasmático rugoso. Os lisossomos são depósitos de enzimas utilizadas pelas 
células para digerir moléculas introduzidas por pinocitose, por fagocitose, ou, então 
organelas da própria célula. A destruição de renovação de organelas é um processo 
fisiológico que permite à célula manter seus componentes em bom estado funcional e 
em quantidade adequada às suas necessidades do momento. As organelas 
desgastadas pelo uso são eliminadas e substituídas por organelas novas. As que não 
são mais necessárias são removidas. (CARNEIRO; JUNQUEIRA, 2012). 
 
 
 
16 
 
2.2.4 Peroxissomos 
 
Os peroxíssomos são organelas caracterizadas pela presença de enzimas 
oxidativas que transferem átomos de hidrogênio de diversos substratos para o 
oxigênio. Os peroxissomos contém a maior parte da catalase celular, enzima que 
converte peróxido de hidrogênio em agua e oxigênio. (CARNEIRO; JUNQUEIRA, 
2012). 
 
2.3 O núcleo e seus componentes 
 
O sucesso evolutivo de um organismo depende da sua capacidade de 
armazenar, obter e traduzir as informações genéticas necessárias para manter o 
organismo vivo. Esta informação é hereditária, ou seja, é passada de uma célula às 
células-filhas durante a divisão celular, e é no núcleo celular de todas as células 
eucarióticas, que estas instruções são armazenadas. O núcleo é a organela em que 
se encontra o DNA da célula e o local da transcrição do DNA em RNA mensageiro. O 
núcleo tem uma membrana interna e também membrana externa contínua à 
membrana do RE, de forma que o espaço entre as membranas nucleares interna e 
externa é contínuo. O acesso à face interna e externa do núcleo se dá através de 
conexões tubulares entre as membranas interna e externa estabilizadas por poros 
nucleares. Estes poros definem o local de transporte na membrana nuclear e atuam 
como barreiras, permitindo apenas o transporte de macromoléculas específicas para 
dentro e fora do núcleo. Os poros são compostos por mais de 100 diferentes proteínas, 
que interagem hidrofobicamente. Cada poro é circundado por um complexo de oito 
grandes agregados proteicos, organizados sob a forma de um octógono, no ponto de 
contato entre as membranas interna e externa. 
O poro nuclear funciona com uma catraca na entrada de um evento esportivo. 
Da mesma forma que crianças passam por baixo da catraca, pequenas substâncias, 
como íons e moléculas de tamanho inferior a 10.000 daltons, difundem através do 
poro. Moléculas maiores de até 50.000 daltons, também podem difundir por meio do 
poro, porém, necessitam de mais tempo para este procedimento. Moléculas maiores, 
como proteínas do citoplasma e que são importadas para o núcleo, comportam-se 
como adultos na catraca: não podem entrar se não possuírem o seu “ingresso”. No 
caso das proteínas, o ingresso é uma sequência curta de aminoácidos que faz parte 
 
17 
 
da proteína. Assim, proteína possui uma estrutura tridimensional que permite a sua 
ligação não covalente com a conformação tridimensional do receptor, de forma que 
ocorre o estiramento do poro, permitindo a entrada de grandes proteínas. (ROSA, 
2018). Observe a Figura a seguir: 
 
 
O núcleo está delimitado por uma membrana dupla chamada de envelope nuclear. Nucléolo, lâmina 
nuclear e poros nucleares são características comuns a todos os núcleos celulares. Os poros são os 
portões através dos quais as proteínasdo citoplasma penetram no núcleo e o material genético 
(mRNA) sai do núcleo em direção ao citoplasma. 
Fonte: Sadava et al. (2009, p. 78). 
 
Nas regiões específicas do núcleo, a membrana externa do envelope nuclear 
cria reentrâncias em direção ao citoplasma e em continuidade com a membrana do 
RE (descrito anteriormente). No interior do núcleo, o DNA se associa a proteínas para 
formar um complexo fibroso denominado cromatina. A cromatina consiste em 
filamentos extremamente longos e finos. Antes da divisão da célula, a cromatina se 
agrega para formar os cromossomos. Na borda do núcleo, a cromatina encontra-se 
conectada a uma rede de proteínas, chamada de lâmina nuclear, formada por meio 
da polimerização de proteínas, designadas de lâminas em filamentos. A lâmina 
nuclear mantém o formato do núcleo por intermédio de sua ligação simultânea à 
cromatina e ao envelope nuclear. 
 
18 
 
Durante grande parte do ciclo de vida da célula, o envelope nuclear permanece 
como estrutura estável. No entanto, quando a célula sofre a divisão, o envelope celular 
é quebrado em pedaços de membrana, contendo os complexos do poro a eles ligados. 
O envelope é reconstruído quando a distribuição do DNA replicado para as células-
filha está completa. Na molécula de DNA, existem trechos contendo as sequências 
específicas de determinados nucleotídeos que podem corresponder à sequência de 
um gene. As histonas são responsáveis pelo primeiro e mais básico nível de 
organização cromossômica, o nucleossomo. Os nucleossomos são compactados 
ainda mais para gerarem os cromossomos. 
O ácido desoxirribonucleico (DNA) é uma molécula de informação que contém, 
na sequência de seus nucleotídeos, a informação necessária para a formação de 
todas as proteínas de um organismo e, portanto, das células e dos tecidos daquele 
organismo. O DNA é quimicamente muito estável na maioria das condições terrestres, 
como em ossos e tecidos com de milhares de anos, por exemplo, e cumpre suas 
importantes funções com tanta maestria que é a fonte da informação genética em 
todas as formas de vida conhecidas, exceto os vírus de RNA, os quais são limitados 
a genomas muito pequenos devido à instabilidade do RNA comparado ao DNA. O fato 
de que todas as formas de vida utilizem DNA para codificar sua informação genética 
e a existência de um código genético quase igual, esclarece que todas as formas de 
vida descendem de um ancestral comum baseado no armazenamento da informação 
em sequências de ácido nucleico. 
A informação contida no DNA está disposta em unidades hereditárias, 
chamadas de genes, que controlam as características identificáveis de um organismo. 
Durante a transcrição, a informação armazenada no DNA é copiada para a forma de 
ácido ribonucleico (RNA), que possui três papéis distintos na síntese proteica. As 
sequências de nucleotídeos do DNA são copiadas em moléculas de RNA mensageiro 
(mRNA), que promove a síntese de uma proteína específica. A sequência de 
nucleotídeos do mRNA contém informação que especifica a ordem correta dos 
aminoácidos durante a síntese de uma proteína. 
O agrupamento de aminoácidos em proteínas é extremamente preciso e em 
etapas, ocorre pela tradução do mRNA. Durante esta etapa, os nucleotídeos da 
molécula de mRNA são lidos por um segundo tipo de RNA, conhecido como RNA de 
 
19 
 
transferência (tRNA), com o auxílio de um terceiro tipo, o RNA ribossomal (rRNA) e 
suas proteínas associadas. 
Conforme vão sendo lidos pelos tRNAs, os aminoácidos corretos são unidos 
por ligações peptídicas para formarem as proteínas. Assim, a síntese de RNA é 
chamada de transcrição, porque a “linguagem” da sequência nucleotídica do DNA é 
precisamente copiada ou transcrita na sequência nucleotídica de uma molécula de 
RNA. A síntese proteica é denominada tradução, pois a “linguagem” da sequência 
nucleotídica do DNA e do RNA é traduzida para a “linguagem” de sequência dos 
aminoácidos das proteínas. 
 
3 ESTRUTURA DA MEMBRANA PLASMÁTICA 
 
A célula é a unidade básica de todos os seres vivos, podendo existir 
isoladamente (em organismos unicelulares) ou em conjunto (organismos 
pluricelulares ou multicelulares), podendo constituir, inclusive, tecidos complexos, 
órgãos e sistemas. Além disso, cabe à célula produzir material extracelular, de 
constituição química variável, e que também dá as características ao tecido — a matriz 
extracelular. 
A membrana plasmática (ou celular) tem numerosas funções celulares. Ela atua 
na manutenção de microambientes, formando uma barreira que impede o conteúdo 
celular de escapar e se misturar com o meio circundante, definindo os meios intra e 
extracelulares e as interações célula-célula e célula-matriz extracelular (inclusive na 
formação dos tecidos). Nesse sentido, a membrana celular, além de envolver o 
ambiente interno da célula, controla a troca entre os meios, nos processos de 
endocitose (processo de internalização de partículas) e exocitose (processo de 
externalização de produtos celulares) (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012). 
Assim, a membrana plasmática é o primeiro contato entre o que “está dentro 
ou fora da célula”, participando dos fenômenos de reconhecimento celular e 
transmitindo informações para o interior da célula, permitindo, assim, que ela 
responda a esses “estímulos” externos e participe de uma variedade de processos 
vitais, incluindo apresentação e reconhecimento de moléculas, catálise, detecção de 
sinal, citocinese, formação celular e motilidade (PONTES et al., 2013). 
 
20 
 
Dessa forma, a função de uma célula relaciona-se diretamente com a 
constituição e a estrutura da sua membrana plasmática. Nesse momento, é importante 
ressaltar que as células eucariotas, exceto os eritrócitos, têm o citoplasma 
compartimentalizado em organelas membranares, cuja constituição e estrutura, 
apesar das peculiaridades pertinentes a cada organela, são similares à membrana 
plasmática (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012). 
Veja a seguir as funções da membrana plasmática das células eucarióticas. 
 Define os limites e a forma da célula. 
 Separa o meio intracelular e extracelular. 
 Controla a entrada e a saída de moléculas/partículas da célula — 
permeabilidade seletiva. 
 É responsável pela manutenção da constância do meio intracelular. 
 É responsável pelo reconhecimento célula-moléculas (por meio de 
receptores específicos localizados na membrana), célula-célula e célula- -matriz 
extracelular. 
 Pode iniciar a sinalização de reações citoplasmáticas, aumentando a 
eficiência do sistema. 
 Promove a comunicação celular por meio da presença de estruturas 
intercelulares específicas (as junções comunicantes), formadas por proteínas 
específicas associadas à membrana. 
 Promove a adesão celular (entre células) e a adesão célula-matriz, 
garantindo a formação e a integridade dos tecidos. 
 
3.1 Estrutura das membranas plasmáticas 
 
As membranas plasmáticas e das diferentes organelas celulares têm de 
espessura, aproximadamente, 7 a 10 µm e podem ser vistas apenas no microscópio 
eletrônico. Trata-se de uma estrutura trilaminar composta de duas camadas 
eletrodensas (escuras) e uma camada eletrolúcida (clara) central (Figura). Essa 
estrutura é chamada unidade de membrana (ALBERTS et al., 2017; JUNQUEIRA; 
CARNEIRO, 2012; 2013). 
 
21 
 
 
Figura 1. Estrutura trilaminar de uma unidade de membrana celular. (a) Imagens de microscopia 
eletrônica de transmissão mostram, à esquerda, a membrana plasmática de duas células vizinhas, 
separadas pelo espaço extracelular. À direita, está a unidade de membrana de cada célula. Observe 
que a estrutura da bicamada lipídica fica evidenciada pela presença de duas linhas densas (região 
hidrofílica dos fosfolipídios), separadas por uma linha clara (região hidrofóbica, constituída pelas 
cadeias de ácidos graxos dos fosfolipídios). (b) Esquema 3D ilustrativo da unidade de membrana — 
regiões hidrofílicae hidrofóbica. 
Fonte: Adaptada de (a) de Bioninja ([201-?]); (b) luminance studio/Shutterstock.com 
 
Esse aspecto ao microscópio eletrônico é explicado pela organização molecular 
das membranas, que estão organizadas em uma bicamada fluida de fosfolipídios 
(fosfoglicerídeos e esfingolipídios). Os lipídios das membranas são moléculas longas, 
com uma extremidade hidrofílica (polar e solúvel em água) e uma cadeia hidrofóbica 
(apolar e insolúvel em água) — portanto, uma molécula anfipática (MEZA et al., 2010; 
JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012; 2013). As moléculas da dupla camada de lipídios 
estão dispostas com suas cadeias hidrofóbicas direcionadas ao interior da membrana. 
Já as cadeias hidrofílicas (polares) ficam direcionadas aos meios intracelular e 
extracelular, que são ambientes aquosos. 
 
3.1.1 Lipídios 
 
Os lipídios mais frequentes nas membranas plasmáticas são os fosfolipídios 
(Figura 2a), o colesterol (Figura 2b) e, além deles, existem também os glicolipídios 
(lipídios associados a carboidratos, associados ou não a radicais fosfato) (Figura 2c). 
 Fosfolipídios: são os lipídios mais comuns da membrana. Têm uma cauda 
de ácido graxo ligada, por meio de uma molécula de glicerol, a uma “cabeça” de 
 
22 
 
fosfato ligado a um álcool (hidrofílica). Dentre os fosfolipídios, destacam-se a 
fosfatidilserina, a fosfatidiletanolamina, a fosfatidilcolina, o fosfatidilinositol e o 
fosfatidilglicerol. A esfingomielina, muito comum nas células do tecido nervoso, é um 
fosfolipídio no qual o glicerol é substituído por uma esfingosina (neste caso, o álcool 
associado é a colina) (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012; PRESTON; WILSON, 2014). 
 Colesterol: o colesterol é o segundo lipídio mais comum na membrana, 
constituindo cerca de 25% da membrana plasmática. É hidrofóbico, mas contém um 
grupo hidroxila polar que o puxa para a superfície externa da bicamada, na qual se 
aloja entre os fosfolipídios adjacentes. Entre o grupo hidroxila e a cauda de 
hidrocarboneto está um núcleo de esteroide, que o tornam relativamente inflexível 
(Figura 2b). Assim, a adição de colesterol à membrana interfere na sua viscosidade, 
reduzindo a sua fluidez e a tornando mais forte e mais rígida (MEZA et al., 2010; 
JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012; PRESTON; WILSON, 2014). Está também 
relacionado à sinalização celular (MEZA et al., 2010). 
 Glicolipídios: presentes na monocamada externa, é um tipo de lipídio 
pequeno, mas fisiologicamente importante. É composto por uma cauda de ácido graxo 
associada, por meio da esfingosina, a uma cabeça hidrofílica de carboidrato. Assim, 
os glicolipídios criam uma capa de carboidrato celular envolvida nas interações célula-
célula, inclusive apresentando antigenicidade (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012; 
PRESTON; WILSON, 2014). 
 
3.1.2 Proteínas 
 
A atividade metabólica das membranas plasmáticas é dependente das 
proteínas que participam da sua formação. Elas podem ser classificadas em dois 
grandes grupos: as proteínas integrais (ou intrínsecas) e as proteínas periféricas 
(ou extrínsecas) (Figuras 2c e 3). As primeiras estão firmemente aderidas à membrana 
plasmática, compondo parte de ambas monocamadas lipídicas, e correspondem a 
cerca de 70% das proteínas de membrana. Aquelas proteínas integrais que 
atravessam toda a unidade de membrana, fazendo contato do meio extracelular com 
o citoplasma, são chamadas de proteínas transmembrana, que podem atravessar a 
membrana uma única vez (unipasso) ou várias vezes. Nesse último caso, são 
chamadas de proteínas transmembrana de passagem múltipla (ou multipasso). 
 
23 
 
As proteínas periféricas, ao contrário, se prendem às superfícies externas da 
membrana, compondo apenas uma das monocamadas lipídicas (JUNQUEIRA; 
CARNEIRO, 2012). 
 
 
 
Figura 2. (a) Estrutura geral de um fosfolipídio. (b) Estrutura química de uma molécula de colesterol. 
(c) Bicamada lipídica da membrana plasmática, com suas proteínas e cadeias de carboidrato 
associadas a proteínas ou lipídios na monocamada externa da membrana. As faces hidrofílicas 
(círculos amarelos) interagem com o espaço extracelular e o citoplasma, ambos aquosos (caráter 
polar); as cadeias hidrofóbicas ficam voltadas para dentro da membrana. 
Fonte: Adaptada de (a) struna/Shutterstock.com; (b) Alila Medical Media/Shutterstock.com; (c) Jamilia 
Marini/Shutterstock.com. 
 
24 
 
 
Figura 3. Proteínas integral (unipasso e multipasso) e periférica de membrana. Observe que há a 
representação de uma proteína periférica que está ancorada em um lipídio da monocamada da 
membrana. 
Fonte: Adaptada de Designua/Shutterstock.com. 
 
A passagem de substâncias através da membrana celular não ocorre sempre 
da mesma forma e depende do tipo de substância (permeabilidade seletiva). Em 
alguns casos as substâncias podem atravessar a membrana sem a intervenção 
específica de moléculas transportadoras — transporte não mediado (osmose e 
difusão simples) —, enquanto em outros casos são as proteínas membranares que 
facilitam esse transporte — transporte mediado (transporte ativo e difusão facilitada). 
O termo geral proteínas de transporte engloba três categorias principais de 
proteínas: canais (agem como poros nas membranas e sua especificidade é 
determinada primeiramente pelas propriedades biofísicas no canal) (Figura 4a), 
carregadoras (ligam na molécula a ser transportada em um lado da membrana e 
depois a liberam do outro lado) (Figura 4b) e bombas (relacionadas ao transporte ativo 
primário, usam energia diretamente, usualmente da hidrólise do trifosfato de 
adenosina [ATP], para bombear os solutos contra o seu gradiente ou potencial 
eletroquímico) (Figura 4c). Essas proteínas exibem especificidade para solutos por 
elas transportados. Embora uma determinada proteína de transporte seja em geral 
altamente específica para os tipos de substâncias que transporta, sua especificidade 
comumente não é absoluta (COLODETE, 2013). 
 
 
 
 
25 
 
 
Figura 4. Três classes de proteínas transportadoras de membrana: (a) canais, (b) carreadoras e (c) 
bombas. Proteínas canais e carreadoras podem mediar o transporte passivo de soluto pela 
membrana (por difusão simples ou difusão facilitada) a favor do gradiente de soluto e potencial 
eletroquímico. 
Fonte: Colodete (2013, documento on-line) 
 
Existem três tipos de proteínas transportadoras (transporte secundário): 
simporte, antiporte e uniporte (Figura abaixo). Nas proteínas do tipo simporte, as duas 
substâncias se movem na mesma direção através da membrana. Nas do tipo 
antiporte, ocorre o movimento de um soluto a favor do gradiente de prótons, 
impulsionando o transporte ativo de outro soluto na direção oposta do gradiente 
(transporte acoplado). (COLODETE, 2013). 
 
 
Figura 5. Mecanismos para o transporte de moléculas mediado por proteínas através das 
membranas biológicas — simporte, uniporte e antiporte. 
Fonte: Adaptada de Gungner/Shutterstock.com. 
 
26 
 
Nas proteínas do tipo uniporte, apenas um soluto é transportado e ocorre a 
favor do gradiente eletroquímico. No transporte por meio de proteínas simporte e 
antiporte, o íon ou soluto transportado simultaneamente com os prótons move-se 
contra seu gradiente de potencial eletroquímico, de modo que se trata de transporte 
ativo. Nesses casos, a energia que governa esse transporte é proporcionada pela 
força-motriz de prótons, em vez de diretamente pela hidrólise de ATP. O transporte 
realizado por proteínas uniporte é mediado pelos canais e certos transportadores a 
favor do gradiente de potencial elétrico (SANDERS; BETHKE, 2000; RAMOS; 
MARTINS; FAÇANHA, 2005; COLODETE, 2013). 
 
3.2 Organização da membrana plasmática 
 
Apesar de morfologicamente parecidas e com a mesma organização molecular 
básica, as unidades de membrana não são iguais, nem na morfologia nem nas 
funções. Assim, as membranas plasmáticas variam muito na composição química e 
nas propriedades biológicas. A proporçãoentre os tipos de lipídios varia de acordo 
com o tecido e o tipo celular, assim como a distribuição dos lipídios em cada camada 
é assimétrica (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012; 2013). Isso significa dizer que as 
moléculas que compõem a bicamada têm natureza lipídica, mas que diferem entre si, 
na sua estrutura e propriedade química (mais polar ou menos polar, com cadeias 
cíclicas ou lineares, com cadeias de ácidos graxos maiores ou menores, por exemplo). 
Além disso, o tipo e a proporção de cada fosfolipídio/colesterol em cada monocamada 
lipídica da membrana são variáveis. (MEZA et al., 2010). 
Na organização da membrana, as proteínas periféricas estão concentradas na 
sua face citoplasmática, na qual podem ligar-se a componentes do citoesqueleto, 
definindo, inclusive, o formato da célula. Já as proteínas integrais estão presentes no 
lado externo da membrana e estão muito relacionadas aos fenômenos de sinalização 
celular. 
Parte dessas proteínas são glicoproteínas, cujos resíduos glicídicos são 
adicionados aos glicolipídios e a outras moléculas da face externa da membrana, 
constituindo o glicocálice (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012). 
 
 
 
27 
 
4 MITOCÔNDRIA: CONVERSÃO ENERGÉTICA E RESPIRAÇÃO CELULAR 
 
Apesar de a mitocôndria estar relacionada a uma série de funções celulares, a 
principal delas é a de prover energia à célula. Estima-se que mais de 90% do trifosfato 
de adenosina (ATP) necessário aos diversos propósitos biológicos seja produzido por 
essa organela. Para realizar suas atividades, as células utilizam a energia química 
armazenada nos nutrientes, transferindo-a para a molécula de ATP na mitocôndria, 
durante a fosforilação oxidativa. Para isso, a energia dos nutrientes é utilizada para 
gerar um fluxo de prótons H+ , que converte uma molécula de difosfato de adenosina 
(ADP) em ATP (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012; ALBERTS et al., 2017; COOPER; 
HAUSMAN, 2018). 
Além disso, as mitocôndrias estão também envolvidas com a biossíntese de 
pirimidinas e do grupo heme da hemoglobina (por meio de enzimas específicas), bem 
como com o metabolismo de colesterol e neurotransmissores. Elas têm ainda funções 
na produção de radicais livres para propósitos específicos na célula (sinalização 
celular e processo inflamatório) e na detoxificação desses mesmos radicais em outras 
situações (NASSEH et al., 2001) 
 
4.1 Morfologia e funções da mitocôndria 
 
As mitocôndrias têm uma forma cilíndrica rígida e alongada, com um diâmetro 
de 0,5 a 1 µm. Por meio de microfilmagens de células vivas, observa-se que elas são 
organelas móveis e plásticas que mudam de forma constantemente. 
 
 
(a) Imagem de microscopia confocal mostrando as mitocôndrias de células-tronco mesenquimais. 
Ilustra as mitocôndrias, os núcleos celulares e as proteínas citoplasmáticas. (b) Microscopia eletrônica 
de transmissão mostrando as mitocôndrias, lisossomos, grânulos de glicogênio, retículo 
endoplasmático rugoso e centríolo. 
Fonte: (a) Vshivkova/Shutterstock.com; (b) Jose Luis Calvo/Shutterstock.com 
 
28 
 
A maneira por meio da qual as mitocôndrias se movem no citosol demonstram 
que elas podem estar associadas a microtúbulos, os quais possivelmente determinam 
a orientação e a distribuição que elas têm nos diferentes tipos de células (Figura 1) 
(ALBERTS et al., 2017). 
 
4.2 Duas membranas, dois compartimentos mitocondriais 
 
A mitocôndria é uma organela membranosa das células eucariotas que tem a 
peculiaridade de ter duas membranas, organizadas numa bicamada de fosfolipídios 
(sintetizados pelo retículo endoplasmático liso da célula) associada a proteínas 
(JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012): 
a) uma membrana externa lisa, rica em colesterol e muito permeável, graças 
às proteínas intercaladas na membrana, as porinas; 
b) a outra membrana, interna, tem constituição fosfolipídica (mas pobre em 
colesterol) e rica em cardiolipina — fundamental para a fosforilação do ADP e a 
geração de energia (contribui para manter a diferença de potencial elétrico entre as 
faces da membrana); tem invaginações, que formam prateleiras, denominadas cristas 
mitocondriais, que aumentam a superfície dessas membranas, responsável pela 
produção energética. 
 
 
Organização geral da mitocôndria. 
Fonte: Soleil Nordic/Shutterstock.com. 
 
As duas membranas delimitam um espaço denominado espaço 
intermembranar, no qual existem várias enzimas e proteínas relacionadas à morte 
celular por apoptose. Além disso, é o espaço para onde os prótons são conduzidos a 
 
29 
 
partir da matriz durante a produção de energia (SOUZA, 2005; JUNQUEIRA; 
CARNEIRO, 2012; ALBERTS et al., 2017). 
Neste sentido, a morfologia da estrutura mitocondrial varia de acordo com o 
tipo celular e o estado funcional da célula, mas, de maneira geral, a quantidade de 
cristas e a densidade eletrônica mitocondriais são proporcionais à atividade 
respiratória da célula (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012; ALBERTS et al., 2017). 
A matriz mitocondrial contém filamentos de DNAmt, ribossomos mitocondriais 
(menores do que os citoplasmáticos e semelhantes aos de bactérias), os RNAs e 
várias enzimas necessárias para a expressão dos genes mitocondriais (ALBERTS et 
al., 2017). A matriz contém centenas de enzimas e nela ocorrem os principais eventos 
metabólicos da organela, tais como: ciclo do ácido cítrico, oxidação dos ácidos graxos, 
replicação, transcrição e tradução do DNAmt, além da síntese de ATP (JUNQUEIRA; 
CARNEIRO, 2012; ALBERTS et al., 2017). 
 
 
Componentes estruturais de uma mitocôndria, com destaque para as membranas e os 
compartimentos mitocondriais. 
Fonte: Daniela Barreto/Shutterstock.com 
 
4.3 DNA mitocondrial 
 
A célula eucariótica apresenta dois genomas distintos, o nuclear (DNAn) e o 
mitocondrial (DNAmt), aquele se encontra no núcleo e este na organela 
citoplasmática, respectivamente. Cada mitocôndria pode conter de 5 a 10 genomas 
mitocondriais, e cada célula, dezenas a centenas de moléculas, dependendo do tecido 
 
30 
 
(NASSEH et al., 2001). Essa molécula é encontrada em grande número de cópias, 
podendo ser maior que 1.000 cópias por unidade celular (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 
2012). 
São necessários cerca de 3.000 genes para fazer uma mitocôndria. Destes, 
somente 37 são codificados pelo DNAmt; o restante (a maioria) é codificado pelo 
núcleo, sintetizado no citoplasma e posteriormente transportado para dentro da 
mitocôndria. O DNAn é responsável pela síntese de proteínas que terão funções 
diversas na mitocôndria, desde a participação na estrutura da mitocôndria até o 
controle da replicação e da transcrição do DNAmt. Assim, o funcionamento perfeito 
da mitocôndria depende da interação adequada dos dois genomas (NASSEH et al., 
2001). 
O conhecimento das características do genoma mitocondrial e sua genética são 
importantes para a compreensão da apresentação clínica e das variações dessas 
doenças. O DNAmt é uma molécula circular de 16.569 pb, 37 genes, os quais 
correspondem a 13 polipeptídios (subunidades proteicas da cadeia respiratória), 2 
moléculas de RNA ribossomal e 22 tipos de RNA transportador (ANDERSON et al., 
1981). O DNAmt é responsável por somente 15% da síntese de proteínas da cadeia 
respiratória, o restante é feito pelo DNAn (NASSEH et al., 2001). 
A herança materna é altamente sugestiva de um defeito no DNAmt. A pobre 
atividade reparadora da polimerase do DNAmt, a ausência de histonas, a maior 
sensibilidade ao dano oxidativo em razão do ambiente com grande número de radicais 
livres e a ausência do mecanismo de reparo por excisão de nucleotídeos são fatores 
que levam esse genoma a apresentar uma taxa de mutação de 5 a 10 vezes maior 
que o DNAn (BINNI et al., 2003; ALVAREZ, 2007). 
 
4.4 Biogênese mitocondrial 
 
As mitocôndrias se formam a partir da reprodução de uma mitocôndria 
preexistente. Elas se reproduzem para substituir as mitocôndrias envelhecidas e para 
duplicar seu número antes de cada divisãocelular. Essa duplicação de material, 
seguida de divisão, é possível graças à existência do DNAmt e de RNA mensageiro, 
RNA transportador e ribossomos próprios de cada mitocôndria. Importante ressaltar 
que, conforme mencionado no item anterior, embora a mitocôndria tenha condições 
 
31 
 
de realizar processos de duplicação, tradução e transcrição e tenha seu genoma 
próprio, ele é incompleto: a mitocôndria só codifica por si só 13 proteínas – vários 
componentes necessários à completa expressão do DNAmt são provenientes do 
citoplasma, como proteínas ribossomais e a maioria das proteínas do ciclo de Krebs. 
No processo de sua replicação, novas proteínas são recrutadas e, posteriormente, 
adicionadas a compartimentos preexistentes ou complexos de proteínas. Esse 
processo promove crescimento da organela em volume que sofre divisão subsequente 
por fissão (GOMEZ-CABRERA et al., 2015; PEREIRA, 2015). A Figura a seguir ilustra 
os dois processos mitocondriais: a fissão e a fusão. 
 
 
Fusão e fissão mitocondrial controlam o número e o tamanho mitocondrial. 
Fonte: Lavich (2015). 
 
4.5 Funções da mitocôndria 
 
A mitocôndria é uma organela intracelular que desempenha um importante 
papel na produção de ATP celular e está também envolvida na homeostasia celular e 
tecidual, na sinalização intracelular, na apoptose e no metabolismo de aminoácidos, 
lipídios, colesterol, esteroides e nucleotídeos (FERREIRA; AGUIAR; VILARINHO, 
2008; JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012; ALBERTS et al., 2017). O Quadro a seguir 
sumariza essas funções mitocondriais: 
 
32 
 
 FUNÇÕES DA MITOCÔNDRIA 
1 Metabolismo de carboidratos, lipídios e aminoácidos – obtenção de energia 
(ATP) por meio do processo de respiração aeróbica 
2 Armazenamento de cálcio celular 
3 Síntese de lipídios e esteroides 
4 Regulação da apoptose celular 
5 Sinalização intracelular 
6 Produção de energia (liberada por meio de processos bioquímicos sob a 
forma de calor) 
Fonte: Adaptado de Junqueira e Carneiro (2012) e Alberts et al. (2017) 
 
Dentre estes, importante ressaltar a apoptose, que é de fundamental 
importância na embriogênese em processos neurodegenerativos em diversas funções 
fisiológicas. Inúmeras proteínas regulatórias da apoptose exercem sua ação pela 
indução de megaporos nas membranas externa e interna da mitocôndria (SUSIN; 
ZAMZAMI; KROEMER, 1998). Essas recentes descobertas têm colocado a 
mitocôndria como uma via crítica para o desencadeamento da morte celular 
programada (SILVA; FERRARI, 2011). 
O envelhecimento também é outro foco de pesquisa, porque tem se relacionado 
à mitocôndria, pois alterações bioquímicas e rearranjos do DNAmt também são 
encontrados em tecidos de idosos (TANAKA et al., 1996; SILVA; FERRARI, 2011). 
Isso porque as mitocôndrias também são as principais geradoras de radicais livres no 
homem e diversos estudos demonstram que há uma relação entre envelhecimento 
celular, integridade funcional das mitocôndrias, produção de radicais livres e espécies 
reativas. Alguns autores da teoria mitocondrial do envelhecimento sugerem que 
mutações ocorridas no genoma mitocondrial alteram o metabolismo mitocondrial, 
reduzindo a produção de ATP e predispondo a célula ao envelhecimento e a diversas 
doenças associadas a este (VIÑA et al., 2006; SILVA; FERRARI, 2011). Ao contrário, 
a longevidade estaria associada à manutenção da estrutura e à função adequadas 
das mitocôndrias (SILVA; FERRARI, 2011; PEREIRA, 2015). 
 
4.6 Respiração celular 
 
A energia utilizada pelas células eucariontes para realizar suas atividades 
provém da ruptura gradual de ligações covalentes de moléculas de compostos 
 
33 
 
orgânicos ricos em energia. As células, porém, não usam diretamente a energia 
liberada por hidratos de carbono e gorduras, mas utilizam de um composto 
intermediário, o ATP, produzido graças à energia contida nas moléculas de glicose e 
de ácidos graxos. O ATP se forma a partir do ADP e do fosfato inorgânico (Pi) 
existentes no citosol (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012; BERG; STRYER; 
TYMOCZKO, 2014; ALBERTS et al., 2017). 
É no interior da célula que substâncias orgânicas, como oxigênio e glicose, são 
processadas e convertidas em energia na forma de ATP, no processo de respiração 
celular, por meio de dois mecanismos: a glicólise anaeróbia, que tem lugar no citosol, 
e a fosforilação oxidativa, que se realiza nas mitocôndrias (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 
2012; ALBERTS et al., 2017). 
 
 
Esquema geral da respiração aeróbica mostrando que a glicólise ocorre no citosol, enquanto a 
produção de acetilcoenzima A (acetil-CoA) e a fosforilação oxidação se processam nas mitocôndrias. 
Nesses eventos, ocorre o consumo de oxigênio e a formação de água e CO2 (respiração aeróbia) 
contrastando com a glicólise (respiração anaeróbia), que não consome oxigênio e produz pouco ATP. 
Fonte: Junqueira e Carneiro (2012, p. 70). 
 
4.7 Glicólise 
 
A glicólise anaeróbia é uma etapa que ocorre no citoplasma e consiste na 
quebra parcial da glicose numa sequência de aproximadamente 11 reações, 
promovendo transformações graduais em uma molécula de glicose, sem consumo de 
 
34 
 
oxigênio, produzindo duas moléculas de piruvato e liberando energia que é 
armazenada em duas moléculas de ATP (BERG; STRYER; TYMOCZKO, 2014). É 
uma etapa chamada de glicólise anaeróbia ou fermentação. 
No fungo levedo de cerveja, em condições anaeróbias, a glicólise prossegue, 
transformando o piruvato em etanol após uma série de reações enzimáticas. A 
fermentação alcoólica fornece ao levedo de cerveja a energia necessária para sua 
manutenção e reprodução, sendo chamada fermentação alcoólica, porque o produto 
final é o álcool etílico. Nas células eucariotas, a quebra da glicose em condições de 
anaerobiose promove a conversão do piruvato em ácido lático (lactato), que é tóxico 
à célula. Esse fenômeno é denominado fermentação lática (BERG; STRYER; 
TYMOCZKO, 2014). 
A glicólise é um processo pouco eficiente, pois, das 690 kcal/mol presentes na 
glicose, apenas 20 kcal são aproveitadas e as células desenvolveram, ao longo da 
evolução, mecanismos mais eficazes para extração da energia dos nutrientes. Além 
dessa energia, são produzidas quatro moléculas de ATP e desidrogenação dessa 
glicose, formando NADH+H+ (um aceptor de elétrons). Considerando que duas 
moléculas foram gastas na ativação e no início da quebra da molécula de glicose, o 
saldo energético dessa etapa são duas moléculas de ATP (BERG; STRYER; 
TYMOCZKO, 2014). 
A fosforilação oxidativa é via metabólica de maior rendimento energético do 
que a glicólise: de cada molécula-grama (mol) de glicose, além dos 2 mols de ATP 
obtidos pela via anaeróbia, a fosforilação oxidativa produz mais 36 mols de ATP. As 
etapas seguintes culminam na fosforilação oxidativa, o piruvato é oxidado até se 
formarem água e gás carbônico, com alto rendimento energético. 
Costuma-se distinguir, na oxidação fosforilativa, três mecanismos distintos, 
mas que se entrelaçam intimamente: a produção de acetil-CoA, o ciclo de Krebs (ácido 
cítrico) e o sistema transportador de elétrons. Enquanto a glicólise é anaeróbia e tem 
lugar no citosol, a fosforilação oxidativa é aeróbia e se processa nas mitocôndrias 
(JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012; BERG; STRYER; TYMOCZKO, 2014; ALBERTS et 
al., 2017). 
 
 
 
 
35 
 
4.8 Energia celular 
 
Para manter um metabolismo equilibrado, o organismo deve obter 
continuamente os nutrientes, provenientes dos alimentos, os quais precisam ser 
consumidos em quantidade e variedade adequadas. Uma vez digeridos os alimentos, 
os seus nutrientes são absorvidos e distribuídos para todos os tecidos. Alguns 
nutrientes são usados para a construção e a reparação dos tecidos vivos, enquanto 
outros promoverão a liberação da energia indispensável às atividades vitais (BERG; 
STRYER; TYMOCZKO, 2014; PEREIRA, 2015). 
Conforme dito ao longo deste capítulo, a energia utilizada pelas células pararealizar suas atividades provém da ruptura gradual de ligações covalentes de 
moléculas de compostos orgânicos ricos em energia (PEREIRA, 2015). Na 
fotossíntese, graças ao pigmento clorofila, principalmente, é processada a 
acumulação da imergia solar sob a forma de ligações químicas nos hidratos de 
carbono, principalmente hexoses, que se polimerizam para formar amido. As hexoses 
originadas na fotossíntese são fonte de energia e também de carbono em condições 
de ser utilizado para a síntese de diversas macromoléculas (BERG; STRYER; 
TYMOCZKO, 2014; PEREIRA, 2015; ALBERTS et al., 2017). 
Como já visto, as células animais não usam diretamente a energia liberada por 
hidratos de carbono e gorduras, elas utilizam o ATP, um composto intermediário 
comumente produzido graças à energia contida nas moléculas de glicose e de ácidos 
graxos. O ATP tem duas ligações ricas em energia, sendo que, quando uma delas se 
rompe, libera aproximadamente 10 kcal por mol. Geralmente, apenas uma ligação é 
rompida, segundo a equação ATP → ADP + Pi + energia. 
As substâncias orgânicas, de acordo com suas funções no organismo, são 
classificadas em plásticas, energéticas e reguladoras (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 
2012) e, independentemente dessa classificação/função, todas as macromoléculas 
provenientes dos alimentos podem cumprir todas essas funções celulares 
mencionadas. A célula obtém energia de carboidratos, lipídios e proteínas, nessa 
ordem, e a partir de seus produtos, monossacarídeos, ácidos graxos e aminoácidos, 
respectivamente. 
Nos animais, os ácidos graxos são, do ponto de vista quantitativo, uma fonte 
energética muito mais importante do que carboidratos. Enquanto 1 mol de glicose gera 
 
36 
 
38 mols de ATP, uma de ácido palmítico gera 126 mols de ATP. Um homem adulto 
tem energia depositada em glicogênio suficiente apenas para um dia, mas gordura 
(ácidos graxos) suficiente para fornecer energia durante um mês. Quando o 
organismo está em repouso, as células usam mais glicose, proveniente do glicogênio, 
porém, durante o exercício físico, há mobilização dos ácidos graxos depositados nas 
gorduras (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012; BERG; STRYER; TYMOCZKO, 2014; 
PEREIRA, 2015). 
O citoplasma contém energia acumulada nos depósitos de triacilglicerídios, de 
moléculas de glicogênio e, também, sob a forma de compostos intermediários ricos 
em energia (dos quais o mais importante é o ATP), principais combustíveis das 
células. Isso porque os triacilglicerídios e o glicogênio representam acúmulo de 
energia sob forma estável e concentrada, mas dificilmente acessível, ao passo que o 
ATP é um composto instável, que não contém energia tão concentrada, mas 
facilmente utilizável porque a enzima que rompe a molécula de ATP (ATPase) é muito 
abundante na célula (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012; BERG; STRYER; 
TYMOCZKO, 2014; PEREIRA, 2015). 
A decomposição da glicose em água e gás carbônico, que ocorre durante a 
respiração celular, rende 690 kcal/mol, enquanto a hidrólise das duas ligações ricas 
em energia do ATP rende somente 20 kcal/mol. A queima da glicose libera uma 
quantidade certa de energia e consome oxigênio. O resultado dessa operação, que 
pode ser realizada em um aparelho chamado calorímetro, produz calor (690 kcal/mol), 
água e gás carbônico, segundo a equação (BERG; STRYER; TYMOCZKO, 2014): 
 
C6 H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2 O + calor (energia) 
 
Essa combustão da glicose é, porém, um processo abrupto, que leva o 
calorímetro rapidamente a altas temperaturas. Se isso ocorresse dentro de uma 
célula, ela se queimaria instantaneamente. Contudo, as células desenvolveram um 
sistema que oxida lentamente os nutrientes, liberando energia gradualmente e 
produzindo água e CO2. Esse processo, que consome O2 e produz CO2, chama-se 
respiração celular (BERG; STRYER; TYMOCZKO, 2014). 
 
 
 
37 
 
5 DIVISÃO CELULAR: MITOSE E MEIOSE 
 
A única maneira de se obter novas células é pela divisão daquelas que já 
existem. Isso ocorre por intermédio da sequência de eventos, conhecida como ciclo 
celular, um mecanismo essencial para a reprodução dos seres vivos. (HERNANDEZ, 
2018). 
Neste capítulo, você verá de que forma a célula produz dois novos organismos, 
a partir de um organismo unicelular, e os dois tipos de divisão celular e nuclear das 
células eucarióticas: mitose e meiose, além da sua relação com a reprodução nos 
organismos eucarióticos. 
 
5.1 O ciclo e a divisão celular 
 
É por meio do ciclo celular que ocorre a duplicação do DNA nos cromossomos, 
para separar este material para as células-filha geneticamente idênticas, de forma que 
cada célula receba uma cópia íntegra de todo o genoma. Além de DNA, a célula 
também duplica suas organelas e o seu tamanho antes de dividir. Desta forma, 
durante toda a interfase – G1, S e G2, uma célula, em geral, continua a transcrever 
genes, sintetizar proteínas e aumentar a massa, fornecendo o tempo necessário para 
a célula crescer e duplicar as suas organelas citoplasmáticas, mantendo o seu 
tamanho. Acompanhe na Figura abaixo a representação do ciclo da interfase. 
 
 
. O ciclo celular eucariótico costuma ocorrer em quatro fases. 
Fonte: Alberts et al. (2017, p. 605). 
 
38 
 
5.2 Mitose, meiose e citocinese 
 
5.2.1 Mitose 
 
A fase M, que inclui a mitose mais a citocinese, ocorre rapidamente. A célula 
reorganiza todos os seus componentes e os distribui de forma igual entre as duas 
células-filha. Embora nesta fase ocorra uma sequência contínua de eventos, ela é 
dividida em uma série de seis estágios. Os primeiros cinco da fase M são: prófase, 
prometáfase, metáfase, anáfase e telófase. Estas fases constituem a mitose, que é 
definida como o período em que os cromossomos estão visíveis (forma condensada), 
como pode ser observado na Figura a seguir: 
 
 
Fonte: Chandar e Viselli (2015, p. 191). 
 
De acordo com a figura anterior, a mitose ou divisão do núcleo é um processo 
contínuo que pode ser dividido em cinco fases. As células em divisão permanecem 
cerca de 1 hora na mitose e depois de completada, ocorre a citocinese, que envolve 
a divisão citoplasmática. Como resultado se tem a formação de duas células-filha 
separadas a partir de uma célula progenitora. (ROSA, 2018). 
 
39 
 
5.2.2 Meiose 
 
Diferente da mitose, em que uma única célula pode gerar um grande número 
de outras, a meiose resulta em apenas quatro células-filha, que podem não sofrer 
outras duplicações. Tanto a mitose quanto a meiose estão envolvidas na reprodução, 
mas possuem funções reprodutivas diferentes. A reprodução assexuada ou 
reprodução vegetativa, baseia-se na divisão mitótica do núcleo. Assim, uma célula 
que passa pela mitose pode ser um organismo inteiro unicelular se reproduzindo com 
cada ciclo celular ou pode ser uma célula em um organismo multicelular que quebra 
uma parte para produzir um novo organismo multicelular. (ROSA, 2018). 
Alguns multicelulares reproduzem-se através da liberação de células 
provenientes da mitose e da citocinese ou por terem perdido uma parte que se 
desenvolve por si mesma. Na reprodução assexuada, os descendentes são clones do 
organismo original, ou seja, os descendentes constituem-se geneticamente idênticos 
aos pais, como alguns cactos com caules frágeis que se quebram facilmente, seus 
fragmentos caem no chão e formam raízes, que desenvolvem mitoticamente uma 
nova planta geneticamente idêntica à planta de que ela se originou, por exemplo. Se 
existe alguma variação entre os descendentes, provavelmente é resultado de 
mutações ou alterações no material genético, a reprodução assexuada é uma maneira 
rápida e efetiva de produzir novos indivíduos. 
Diferente da reprodução assexuada, a reprodução sexuada é resultado de um 
organismo não idêntico ao original. Ela requer gametas criados por meiose, ou seja, 
dois pais, cada um contribuindo com um gameta para cada descendente. A meiose 
produz gametas, diferentes geneticamentenão apenas de cada pai e mãe, mas 
também, uns dos outros. Devido a essa variação genética, alguns descendentes 
podem estar melhor adaptados do que outros para sobreviver e reproduzir em 
determinado meio. Desta forma, a meiose gera a diversidade genética, que é a 
matéria-prima da seleção natural e da evolução. (ROSA, 2018). 
Em grande parte dos seres multicelulares, as células somáticas, células do 
corpo não especializadas para reprodução, contêm dois conjuntos de cromossomos 
cada, encontrados em pares. Um cromossomo de cada par, de cada um dos pais do 
organismo. Os pares homólogos assemelham-se em tamanho e aparência, eles 
carregam informações genéticas similares, porém, geralmente, não idênticas. Os 
gametas, por outro lado, contêm apenas um único grupo de cromossomos, um 
 
40 
 
homólogo a partir de cada par. O número de cromossomos em um gameta denomina-
se n, e a célula é dita haploide. Dois gametas haploides fusionam, formando um novo 
organismo, o zigoto, em um processo chamado de fertilização. Assim, o zigoto possui 
dois grupos de cromossomos, como as células somáticas fazem. Seu número de 
cromossomos denomina-se 2n e o zigoto é dito diploide. 
Com isto, a reprodução sexuada consiste na seleção aleatória da metade do 
conjunto de cromossomos diploides dos pais, para formar um gameta haploide, 
seguido da fusão de dois destes gametas haploides, a fim de produzir uma célula 
diploide que contenha a informação genética de ambos os gametas. Todas as etapas 
contribuem para uma mistura da informação genética na população, em que não há 
dois indivíduos exatamente com a mesma constituição genética. 
A meiose é formada por duas divisões nucleares que reduzem o número de 
cromossomos para o número haploide em preparação para a reprodução sexuada. 
Apesar de o núcleo se dividir duas vezes durante a meiose, o DNA é replicado apenas 
uma vez. Distinto dos produtos da mitose, os produtos da meiose diferem tanto entre 
eles quanto da célula que os originou. Para facilitar, é necessário lembrar as funções 
gerais da meiose, que é reduzir o número de cromossomos, de diploides para 
haploides, assegurar que cada um dos produtos haploides possua um conjunto 
completo de cromossomos e promover a diversidade genética entre os produtos. 
(ROSA, 2018). 
 
5.2.3 Citocinese 
 
Para que ocorra a formação de duas células-filha distintas, a divisão 
citoplasmática segue a divisão nuclear. Um microfilamento de actina se forma para 
criar a maquinaria necessária e a contração desta estrutura, com base na actina, 
forma uma fenda de clivagem que inicia na anáfase. A fenda se aprofunda até que os 
cantos opostos se juntem. As membranas plasmáticas se fusionam em cada lado da 
fenda de clivagem profunda, o resultado é a formação de duas células-filha separadas, 
idênticas entre si e à célula parental original, marcando o termino do ciclo celular. 
(ROSA, 2018). 
 
 
 
 
41 
 
5.3 Etapas da mitose e da meiose 
 
5.3.1 Mitose 
 
Durante a mitose, ocorrem as etapas que serão descritas a seguir. 
 Prófase: nesta etapa, o envelope nuclear permanece intacto, enquanto a 
cromatina é duplicada durante a fase S, que condensa em estruturas cromossomais 
definidas, que são as cromátides. Os cromossomos são a forma como as duas 
cromátides-irmãs, conectadas por um centrômero, estão. Os cinetocoros são 
complexos proteicos especializados que se formam e se associam a cada cromátide. 
Os microtúbulos do fuso mitótico vão se ligando a cada cinetocoro, à medida que os 
cromossomos são separados mais adiante, na mitose. 
Os microtúbulos do citoplasma desmontam e, então, se organizam na 
superfície do núcleo para formar o fuso mitótico. Os pares de centríolos se afastam 
pelo crescimento dos feixes de microtúbulos que formam o fuso mitótico, o nucléolo e 
a organela dentro do núcleo, onde os ribossomos são produzidos, se desmontando 
na prófase. (ROSA, 2018). 
 Prometáfase: o início da prometáfase é marcado pela desmontagem do 
envelope nuclear. Os microtúbulos do fuso se ligam aos cinetocoros e os 
cromossomos são puxados pelos microtúbulos do fuso. 
 Metáfase: na metáfase, há o alinhamento das cromátides na “linha 
equatorial” do fuso, entre os dois polos. As cromátides alinhadas formam a placa 
metafásica. Durante esta etapa, as células podem ser pausadas, quando os inibidores 
de microtúbulos são usados. Testes de cariótipos, utilizados para determinar o número 
e a estrutura cromossômica, normalmente, requerem células em metáfase, devido à 
facilidade de visualização. 
 Anáfase: aqui, os polos mitóticos são separados mais ainda, como resultado 
do alongamento dos microtúbulos polares. Cada centrômero divide-se em dois e os 
cinetocoros pareados se separam. As cromátides-irmãs migram na direção dos polos 
opostos do fuso. 
 Telófase: para finalizar a divisão nuclear, durante a telófase ocorre o 
desmonte dos microtúbulos do cinetocoro e a dissociação do fuso mitótico. Os 
envelopes nucleares se formam em torno de cada núcleo, contendo as cromátides. 
 
42 
 
As cromátides se descondensam em cromatina dispersada ou heterocromatina e os 
nucléolos se formam novamente no núcleo das células-filha. 
 
5.3.2 Meiose 
 
A primeira divisão meiótica reduz o número de cromossomos, ou seja, durante 
a meiose I, os cromossomos homólogos estão reunidos para parear por toda sua 
extensão. Nenhum pareamento desses ocorre na mitose e, depois, da metáfase I, os 
cromossomos homólogos se separam. Os cromossomos individuais, em duas 
cromátides-irmãs, permanecem intactos até o final da metáfase II, na segunda divisão 
meiótica. (ROSA, 2018). 
Assim, como a mitose, a meiose I é precedida por uma interfase com uma fase 
S, em que cada cromossomo se replica. O resultado disto é que cada cromossomo 
representa duas cromátides-irmãs unidas por proteínas coesinas. A meiose I inicia 
com uma longa prófase I, durante a qual os cromossomos mudam. Os cromossomos 
homólogos se pareiam ao longo da sua extensão, no processo chamado de sinapse. 
Este processo de pareamento ocorre a partir da prófase I e irá até o final da metáfase 
I. 
No momento em que os cromossomos podem ser claramente visualizados sob 
o microscópio óptico, os dois homólogos já se encontram unidos fortemente. Quem 
faz essa união são os telômeros, por meio do reconhecimento de sequências 
homólogas de DNA nos cromossomos homólogos. Além disso, um grupo especial de 
proteínas pode formar uma armação chamada de complexo sinaptonemal, que ocorre 
longitudinalmente nos cromossomos homólogos e para mantê-los unidos. 
No momento em que os cromossomos podem ser claramente visualizados sob 
o microscópio óptico, os dois homólogos já se encontram unidos fortemente. Quem 
faz essa união são os telômeros, por meio do reconhecimento de sequências 
homólogas de DNA nos cromossomos homólogos. Além disso, um grupo especial de 
proteínas pode formar uma armação chamada de complexo sinaptonemal, que ocorre 
longitudinalmente nos cromossomos homólogos e para mantê-los unidos. 
 
 
 
 
 
43 
 
6 BIOLOGIA MOLECULAR: SEQUENCIAMENTO DE DNA 
 
A partir da década de 1970, com o desenvolvimento das primeiras técnicas de 
sequenciamento de DNA, uma série de paradigmas na Biologia Molecular foi 
quebrada e um volume enorme de novas informações e novas tecnologias pôde ser 
desenvolvido a partir da informação da sequência de pares de bases presente no 
DNA. 
O sequenciamento de genomas representa um desafio aos métodos de 
sequenciamento de DNA: genomas completos, mesmo os bacterianos, são 
extremamente longos. Assim, a determinação da sequência de bases de genomas 
completos exige estratégias experimentais específicas para contornar essa questão, 
e a análise desse enorme volume de sequências também exige ferramentas 
computacionais adequadas. 
Neste capítulo, você receberá as ferramentas necessárias para descrever os 
princípios dos principais métodosde sequenciamento de DNA, bem como para 
reconhecer as estratégias adotadas para sequenciar genomas completos e para 
analisá-los por meio de ferramentas de bioinformática. 
 
6.1 Métodos de sequenciamento de DNA 
 
No final da década de 1970, começaram a surgir os primeiros métodos para a 
determinação de sequências de nucleotídeos em moléculas de DNA: o método de 
terminação de cadeia com didesoxirribonucleosídeos trifosfato (ddNTPs), mais 
conhecido como método de Sanger, e o método de degradação química de DNA de 
Maxam e Gilbert. Enquanto o último se mostrou apropriado para o sequenciamento 
de pequenos oligonucleotídeos, o sequenciamento de Sanger aparentou ser 
extremamente útil para moléculas de DNA maiores e, desde então, tem sido 
amplamente utilizado nesses casos (ZAHA; FERREIRA; PASSAGLIA, 2014). 
Adaptações a essa técnica clássica foram realizadas e permitiram que ela fosse 
capaz de contribuir para o sequenciamento de genomas completos, mas outros 
métodos têm surgido nas últimas décadas — com princípios completamente distintos 
do método de Sanger. Esses métodos de nova geração e alto desempenho estão 
revolucionando a área e têm tornado a técnica de sequenciamento muito mais 
acessível. 
 
44 
 
6.1.1 Método enzimático de Sanger 
 
O método de Sanger, desenvolvido por Frederick Sanger em 1977, faz uso, de 
forma simples, do princípio de que a DNA polimerase necessita de uma extremidade 
3’-OH livre em uma fita iniciadora para estender uma fita de DNA complementar a uma 
fita molde. No método, a sequência de um DNA-alvo em fita-simples pode ser 
estabelecida pela síntese de fitas complementares pela DNA polimerase na presença 
de ddNTPs: idênticos aos desoxirribonucleosídeos trifosfato (dNTPs), se não fosse a 
ausência da hidroxila no carbono 3’. Dessa forma, uma vez incorporados os ddNTPs 
à cadeia em extensão, esses nucleotídeos não disponibilizam a extremidade 3’-OH 
necessária ao alongamento da cadeia pela polimerase, encerrando a síntese nesse 
ponto. 
 
 
Estrutura química da desoxiadenosina trifosfato (dATP) em relação à didesoxiadenosina trifosfato 
(ddATP). Ambos podem ser incorporados à fita de DNA em extensão pela DNA polimerase e 
adicionam uma adenina à sequência da molécula. No entanto, a ausência da hidroxila no carbono 3’ 
do ddATP impede que a DNA polimerase catalise a formação de uma nova ligação fosfodiéster a 
partir desse nucleotídeo incorporado. 
Fonte: Zaha, Ferreira e Passaglia (2014 p. 349). 
 
Para a reação, são incubados em quatro tubos de ensaio distintos, usam-se os 
descritos a seguir. 
 DNA-alvo: deve estar na forma de fita-simples ou ser desnaturado para 
servir como molde para a síntese de fitas complementares. 
 Oligonucleotídeo iniciador: pequena sequência de cerca de 20 pb que 
fornecerá a extremidade 3’-OH para o início da síntese das fitas complementares pela 
DNA polimerase. O iniciador precisa ter sequência complementar à região 
flanqueadora da extremidade 3’ do DNA-alvo para anelar à mesma e permitir o início 
 
45 
 
da síntese. Assim, é necessária alguma informação de sequência do DNA-alvo, ou do 
fragmento de DNA fusionado ao DNA-alvo (como um vetor, por exemplo). 
 dNTPs: dATP, dCTP, dGTP, dTTP. 
 dNTPs marcados com radioisótopos: em geral, α-32P-dATP ou 35S- -
dATP são adicionados para serem incorporados aleatoriamente às fitas em extensão 
e servirem como marcadores dos fragmentos formados com a síntese. 
 DNA polimerase. 
 
6.1.2 Métodos de nova geração 
 
A partir da década de 1990, métodos com princípios distintos têm surgido e 
revolucionado a área de sequenciamento de DNA. Esses métodos, denominados 
coletivamente como sequenciamento de nova geração ou alto desempenho, são 
também automáticos e apresentam algumas vantagens em relação ao 
sequenciamento de Sanger, devido a isso, esses métodos têm sido muito utilizados 
para sequenciamentos de larga escala, pois permitem o sequenciamento de 
moléculas de DNA presentes em baixíssimas concentrações. 
De forma geral, os métodos de nova geração acoplam uma etapa prévia de 
amplificação — por PCR (reação em cadeia de polimerase, do inglês polymerase 
chain reaction) em emulsão ou por PCR em fase sólida — do DNA molde à reação de 
sequenciamento —, melhorando a sensibilidade da técnica (METZKER, 2010). 
No método clássico de Sanger, o sequenciamento de moléculas de DNA em 
geral envolve etapas prévias de clonagem. Os métodos de sequenciamento de nova 
geração também apresentam uma maior capacidade de sequenciamento: milhões de 
moléculas de DNA podem ser analisadas simultaneamente, gerando milhões de 
bases de informações de sequências em uma só reação (ZAHA; FERREIRA; 
PASSAGLIA, 2014). 
Os métodos de sequenciamento de nova geração se diferem entre si, 
principalmente na forma de preparação e amplificação da amostra, bem como na 
forma com que a sequência é detectada e analisada (METZKER, 2010). De forma 
geral, é possível dizer que a detecção da sequência é realizada durante a síntese da 
fita complementar ao DNA-molde. 
 
 
46 
 
 
Fonte: SAGAH; Soluções Educacionais Integradas, 2018. 
 
Em algumas das técnicas, o DNA-molde recebe, alternativa e 
consecutivamente, cada um dos dNTPs na presença da DNA polimerase. Quando é 
adicionado o dNTP correto para a incorporação na fita em extensão, essa 
incorporação é detectada pelo sequenciador. No método de pirossequenciamento, o 
sequenciador detecta a liberação de pirofosfato quando um dNTP é incorporado à 
cadeia de DNA. Nos métodos de semicondutores de íons, o sequenciador detecta a 
liberação de um próton que ocorre em decorrência da incorporação de um dNTP à 
cadeia, ou seja, esse sequenciador utiliza, para a detecção de sequências de DNA, 
nada mais que um pHmetro extremamente sensível. Um exemplo de método com 
base em semicondutores de íons é o Ion Torrent, o qual é bastante rápido para 
sequenciamento de genomas e relativamente acessível. 
No caso de métodos de terminação reversível cíclica, a adição dos diferentes 
dNTPs pode ocorrer simultaneamente, pelo fato de que a detecção da incorporação é 
realizada pela liberação de fluorescências distintas para cada dNTP. A tecnologia de 
sequenciamento da plataforma Illumina, muito utilizada na indústria, baseia-se nesse 
princípio (ILLUMINA, 2018). 
 
6.2 Estratégias para sequenciamento de genomas 
 
O sequenciamento de genomas inteiros apresenta uma dificuldade: moléculas 
muito longas não são facilmente sequenciadas. Devido a isso, o sequenciamento de 
genomas utiliza a estratégia denominada shotgun: o DNA genômico é fragmentado 
 
47 
 
em pequenas moléculas e estas são então submetidas aos métodos de 
sequenciamento. Isso possibilita a determinação de sequências de genomas 
completos, mas envolve um novo desafio: juntar as sequências dos fragmentos umas 
com às outras novamente. 
O sequenciamento shotgun costuma empregar o uso de bibliotecas de DNA. 
Uma biblioteca de DNA consiste no conjunto de moléculas recombinantes obtidas por 
clonagem de DNA. O primeiro passo é a recombinação de DNA com a ligação dos 
fragmentos de DNA de interesse em vetores apropriados (ZAHA; FERREIRA; 
PASSAGLIA, 2014). 
Os vetores são moléculas de DNA com capacidade de autorreplicação, como 
plasmídeos (moléculas de DNA bacterianas extracromossômicas) e fagos (vírus que 
infectam bactérias). Após a inserção dos fragmentos de interesse nos vetores, é 
realizada a transformação de uma bactéria hospedeira com o vetor recombinante. 
Depois da seleção das células transformadas, a proliferação das bactérias permite a 
clonagem do vetor recombinante, dando origem a uma biblioteca que contém o DNA 
de interesse in vivo. 
 
 
Fonte: Adaptada de Watson et al. (2015, p. 156). 
 
48 
 
Por definição, a biblioteca de DNA consiste em uma coleção de vetores 
idênticos contendo diferentes fragmentos. No entanto, o isolamento de vetores 
recombinantes contendo fragmentosespecíficos pode ser realizado por meio da 
identificação de colônias específicas de bactérias transformadas (por meio de 
hibridização, por exemplo), as quais podem ser isoladas e expandidas separadamente 
(WATSON et al., 2015). 
No caso de bibliotecas genômicas, é realizada uma biblioteca de DNA com a 
clonagem de todo um genoma de interesse. Para isso, o genoma é fragmentado, com 
o uso de digestão por enzima de restrição, e esses fragmentos resultantes são 
separados por eletroforese, purificados para a recombinação com um vetor apropriado 
e clivados com uma enzima de restrição compatível (ZAHA; FERREIRA; PASSAGLIA, 
2014). Para a construção de bibliotecas genômicas, são frequentemente empregados 
vetores que suportam a clonagem de grandes insertos (maiores que 100 kb), como 
cromossomos artificiais bacterianos (BACs) e cromossomos artificiais de leveduras 
(YACs), para que um número menor de clones seja requerido para obter uma amostra 
representativa do genoma. 
Com a biblioteca genômica, é possível extrair o DNA em cultura e sequenciar 
o conteúdo dos vetores recombinantes. O DNA de clones de um certo transformante, 
contendo um determinado fragmento aleatório do genoma de interesse, pode ser 
rapidamente isolado e sequenciado (WATSON et al., 2015). O emprego de bibliotecas 
genômicas, no entanto, é comum para o sequenciamento pelo método de Sanger. 
Com os métodos de alto desempenho, não há necessidade de clonagem in vivo dos 
fragmentos do genoma. Ao utilizar as novas plataformas de sequenciamento de DNA, 
milhões de fragmentos podem ser analisados de uma só vez, sem haver necessidade 
de etapas prévias de isolamento e amplificação de fragmentos (ZAHA; FERREIRA; 
PASSAGLIA, 2014). 
Nos casos em que o interesse é a análise de genes, é realizada a construção 
de bibliotecas de cDNA (DNA complementar), contendo apenas as sequências 
transcritas em RNA que correspondem às sequências de DNA expressas pela célula. 
Para isso, o RNA total de interesse é isolado e é feita a síntese de cDNA a partir das 
moléculas de RNA mensageiro, em uma reação catalisada pela enzima transcriptase 
reversa. Essas moléculas de cDNA equivalentes às sequências do genoma que foram 
 
49 
 
transcritas em moléculas de DNA, em um determinado tipo celular, são então 
fusionadas a vetores apropriados e clonadas (ZAHA; FERREIRA; PASSAGLIA, 2014). 
 
6.3 Genômica: análise de genomas 
 
Com o advento de sequenciadores automáticos, uma quantidade enorme de 
sequências de DNA pode ser obtida a partir de diferentes amostras biológicas e um 
número cada vez maior de organismos tem seu genoma completo sequenciado. Essa 
grande quantidade de dados de sequências, coletadas atualmente em ritmo 
surpreendente, representa um desafio para as ferramentas de bioinformática que 
tratam da montagem, da anotação e da comparação de genomas (ZAHA; FERREIRA; 
PASSAGLIA, 2014). A partir das pequenas sequências geradas pelas estratégias de 
sequenciamento de genomas, são necessárias diversas etapas de análise 
computacional para tornar esses dados informativos e úteis para possíveis aplicações 
práticas. 
 
6.3.1 Montagem de genomas 
 
Tanto no método de Sanger a partir de bibliotecas genômicas quanto nos 
métodos de nova geração, o sequenciamento é feito a partir de fragmentos aleatórios 
e, em seguida, programas computacionais são utilizados no processo de montagem 
do genoma para fazer a sobreposição das leituras de sequências (reads), de forma a 
obter uma sequência consenso de bases contíguas (contig) (WATSON et al., 2015). 
 
 
Montagem do genoma. As reads fornecem as contigs. A união das diferentes contigs, em geral pelo 
sequenciamento das extremidades de grandes fragmentos de DNA, fornece a sequência de grandes 
estruturas genômicas. 
Fonte: Watson et al. (2015, p. 165). 
 
50 
 
Regiões com sequências repetitivas, com baixa cobertura e baixa qualidade de 
sequenciamento representam um desafio à montagem de genomas, mas podem ser 
resolvidas com adaptações no sequenciamento (ZAHA; FERREIRA; PASSAGLIA, 
2014). Em geral, são realizados sequenciamentos de fragmentos com diferentes 
faixas de tamanho (p.ex., fragmentos de 1, 5 e 100 mil bases em média) para 
solucionar regiões altamente repetitivas. Ao mesmo tempo, quanto maior for o número 
de sobreposições de uma mesma sequência, maior a confiabilidade da montagem: 
em média, a leitura de 10 a 20 vezes da quantidade média de DNA de um cromossomo 
permitirá a montagem da sua sequência (WATSON et al., 2015). 
 
6.4 Anotação de genomas 
 
Os grandes blocos de contigs obtidos pela montagem de genomas são muito 
pouco informativos por si só, a não ser que sejam anotados. A anotação do genoma 
consiste na identificação dos trechos de DNA genômico que contém quaisquer 
informações úteis: desde genes e suas sequências codificadoras de proteínas até 
sequências não codificadoras que transcrevem RNAs regulatórios ou que atuam em 
si como agentes de regulação transcricional (WATSON et al., 2015). A anotação do 
genoma permite, portanto, a atribuição de funções potenciais ou conhecidas às 
sequências obtidas pelos métodos de sequenciamento. 
São exemplos de anotação genômica a busca por regiões gênicas, a definição 
de sequências de íntrons e de éxons, a identificação de genes ortólogos, a busca por 
sítios de clivagem por enzimas de restrição e a busca por sítios de ligação a proteínas 
específicas no DNA. Quanto maior e mais complexo é o genoma em questão, mais 
extenso é o trabalho de anotação genômica. 
 
6.5 Bancos de dados de sequências de DNA 
 
Os bancos de dados têm papel fundamental na manutenção e no 
compartilhamento das informações obtidas a partir do sequenciamento de genes e 
genomas completos, sendo fundamentais para a montagem e anotação de novos 
genomas pela comparação de novas sequências com sequências pré-existentes. 
No sequenciamento de novo, no qual não há informação prévia alguma de 
sequências relacionadas, a montagem do genoma se baseia unicamente nas 
 
51 
 
informações geradas pelo sequenciamento do genoma em questão. Com o aumento 
da quantidade de sequências disponíveis nos bancos de dados, cada vez mais a 
montagem e a anotação de novos genomas têm sido auxiliadas pela comparação com 
sequências de genomas de organismos próximos, por exemplo, disponíveis em 
diferentes bancos de dados de sequências de DNA. 
Bancos de dados de bibliotecas genômicas apresentam as sequências de DNA 
do genoma como um todo, desde regiões gênicas até sequências intergênicas, 
dependente apenas do organismo do qual foi originada. Bancos de dados de 
bibliotecas de cDNA, por sua vez, contêm as regiões do genoma que foram transcritas 
em RNA mensageiro e, assim, permitem a comparação de diferentes perfis de 
expressão gênica em um mesmo organismo. Além disso, bibliotecas de sequências 
de cDNA disponibilizam as sequências gênicas na ausência de sequências 
intervenientes (íntrons) removidas por mecanismos de splicing em organismos 
eucarióticos, sendo muito úteis para o estudo dos genes desses organismos. 
O GenBank é um dos bancos primários mais utilizados mundialmente. Por ser 
mantido pelo órgão NCBI (National Center for Biotechnology Information) dos Estados 
Unidos, ele permite o depósito de sequências e disponibiliza uma série de ferramentas 
para análises comparativas (ZAHA; FERREIRA; PASSAGLIA, 2014). Cada sequência 
registrada apresenta um número de acesso que a identifica no banco de dados. 
 
 
Fonte: https://www.news-medical.net/ 
 
52 
 
A genômica é uma das áreas das ciências biológicas que, por envolver a 
geração de uma quantidade altíssima de dados de sequências, teve a sua evolução 
condicionada ao desenvolvimento de ferramentas computacionais de análise 
eficientes. 
A bioinformática é a área do conhecimento que pode ser descrita como a 
aquisição, a análise e o armazenamento de informações biológicas — no caso, na 
forma de sequênciasnucleotídicas, por exemplo. 
A biologia computacional, por sua vez, cuida do desenvolvimento de 
algoritmos e programas computacionais para resolver esses problemas (ZAHA; 
FERREIRA; PASSAGLIA, 2014). Um dos objetivos essenciais dessas áreas, quando 
aplicadas à genômica, é decifrar o código de sequências de nucleotídeos na forma de 
informação biológica funcional. 
 
7 ORIGEM DA BIOTECNOLOGIA 
 
A biotecnologia é uma área muito abrangente e resulta da fusão entre ciência 
e tecnologia. Assim, pode ser considerada como uma área de inovação que 
permanece em crescimento e gera impacto no nosso cotidiano. A partir de seu 
surgimento, iniciou-se um ciclo de ampliação do conhecimento científico e observou-
se um real progresso em diversos setores. 
Cabe salientar que esse campo não se limita à área da saúde: a biotecnologia 
envolve profissionais de distintas áreas, como biólogos, bioquímicos, agrônomos, 
veterinários, engenheiros, farmacêuticos, zootécnicos e afins. 
Neste capítulo, você vai compreender essa área do conhecimento denominada 
biotecnologia, vai conhecer o seu histórico, suas principais contribuições para a 
atualidade e sua aplicabilidade em nosso dia a dia. 
 
7.1 Biotecnologia e origens 
 
Os primeiros indícios dessa área de conhecimento surgiram no Egito Antigo, 
quando os egípcios utilizavam o processo de fermentação para a fabricação de 
cervejas e pães. Entretanto, por muitos anos, os agentes que causavam essa 
fermentação não eram conhecidos (FERRO, 2010). 
 
53 
 
Milênios depois, o pesquisador Anton Van Leeuwenhoek, tendo desenvolvido 
e utilizado o microscópio, observou e descreveu seres invisíveis a olho nu. No ano de 
1875, um biólogo chamado Louis Pasteur provou que o processo de fermentação era 
causado por esses microrganismos (BRUNO, 2015). 
A Segunda Guerra Mundial foi um dos fatores que motivou a produção em 
maior escala de produtos oriundos do processo de fermentação, pois utilizava esse 
processo na fabricação de explosivos. Nesse mesmo período, surgiu o ponto alto da 
medicina, o desenvolvimento e a produção da penicilina em grande escala, originada 
de um processo biotecnológico descoberto por Alexander Fleming e que permitiu que 
iniciássemos o uso de antibióticos (CARRER; BARBOSA; RAMIRO, 2010). 
 
7.2 O marco biotecnológico 
 
No ano de 1953, foi publicado, na revista Nature, o artigo de James Watson e 
Francis Crick no qual foi descrita, pela primeira vez, a estrutura molecular do ácido 
desoxirribonucleico (DNA). Essa descoberta propiciou o início de inúmeras pesquisas, 
ampliando ainda mais o espaço da biotecnologia (CARRER; BARBOSA; RAMIRO, 
2010). A partir de então, ocorreu um avanço crescente das denominadas “técnicas do 
DNA recombinante”, as quais permitem a transferência de material genético entre os 
organismos. 
Dessa forma, a manipulação genética popularizou-se e fez com que a 
biotecnologia se tornasse um importante agente interdisciplinar do conhecimento, 
envolvendo microbiologia, genética, bioquímica, biologia celular, fisiologia, 
farmacologia, química, dentre outras áreas (FERRO, 2010). 
A partir disso, surgiram dois conceitos de biotecnologia (BRUNO, 2015): 
 Biotecnologia tradicional: utiliza organismos vivos na forma como são 
encontrados na natureza. 
 Biotecnologia moderna: utiliza organismos vivos modificados 
geneticamente por meio da engenharia genética ou da tecnologia do DNA 
recombinante. 
 
7.3 Fatos históricos e a biotecnologia 
 
Os seres humanos estão há tempos manipulando organismos vivos com a 
finalidade de melhorar a qualidade de vida do homem e solucionar problemas. Aqui, 
 
54 
 
vamos conhecer um pouco dos fatos históricos mais signifi cativos no contexto da 
biotecnologia (FERRO, 2010; CARRER; BARBOSA; RAMIRO, 2010; VOET; VOET, 
2013; BRUNO, 2015). 
 No ano de 1957, Francis Crick e George Gamov elaboraram o “dogma 
central da biologia molecular” sobre como as proteínas são produzidas a partir do 
DNA; em seguida, Matthew Stanley Meselson e Frank Sthal demonstraram o 
mecanismo da replicação do DNA. 
 Em 1965, os cientistas revelaram que os genes que levam à resistência aos 
antibióticos em bactérias são denominados plasmídeos. Um ano depois, Marshall 
Nirenberg, Heinrich Matthaei e Severo Ochoa demonstraram que uma sequência de 
3 nucleotídeos (códon) determina cada um dos 20 aminoácidos. 
 Em 1970, foi isolada a transcriptase reversa, uma enzima que produz DNA 
a partir do RNA, descoberta feita por Howard Temin e David Baltimore. A transcriptase 
reversa tem sido uma ferramenta útil na engenharia genética por sua capacidade em 
transcrever mRNAs em fitas complementares de DNA (cDNA). 
 No ano de 1977, Walter Gilbert e Allan Maxam desenvolveram o método de 
sequenciamento de DNA.  No ano subsequente, 1978, a Genentech Inc. e o Centro 
de Medicina Nacional anunciaram a produção de insulina humana com a utilização da 
tecnologia do DNA recombinante. 
 No ano de 1980, Kary Mullis e colaboradores desenvolveram a técnica de 
PCR (Polymerase Chain Reaction ou reação em cadeia da polimerase). 
 Em 1982, a FDA deu aprovação para que essa insulina humana modificada 
geneticamente fosse comercializada. Chega ao mercado o primeiro produto derivado 
de um organismo transgênico, a insulina. 
 Em 1994, a FDA aprovou o primeiro produto alimentício geneticamente 
modificado (GM), o tomate FlavrSavr. 
 Em 1996, na Escócia, Instituto Roslin, surgiu o primeiro mamífero 
reproduzido de uma célula somática de uma ovelha adulta, a famosa ovelha Dolly. 
 No ano de 2001, os EUA sofreram com atentados bioterroristas. Foram 
espalhadas cartas contendo Antraz, bactéria que tem a capacidade de causar uma 
doença letal denominada “carbúnculo”. Esse atentado impulsionou o desenvolvimento 
da biotecnologia e resultou em um maior investimento em biossegurança. 
 Em 1998, foram descobertas as células-tronco embrionárias humanas. 
 
55 
 
 No ano de 2003, a ovelha Dolly morreu por problemas pulmonares. 
 Em 2004, foi clonado o primeiro animal de estimação, um gato. 
 Em 2005, a FDA aprovou a primeira droga etnicamente específica: um 
medicamento para doenças cardíacas direcionado para pacientes negros. 
 No ano de 2010, Craig C. Venter publicou seu trabalho na revista Science, 
descrevendo o desenvolvimento de uma “célula sintética”. 
 
7.4 Aplicabilidades da biotecnologia 
 
A biotecnologia é considerada um ramo promissor e ainda encontra-se em 
crescimento no Brasil. Após a publicação do decreto nº. 6.041, de 8 de fevereiro de 
2007, a biotecnologia, no nosso país, passou a ser fragmentada em quatro áreas 
setoriais (BRUNO, 2015): 
 Saúde humana: voltada para a produção de anticorpos, medicamentos e 
vacinas. 
 Agropecuária: voltada para o aumento da produção de alimentos e combate 
às pragas. 
 Industrial: voltada para processos de fermentação e produção de 
combustíveis. 
 Ambiental: voltada para a recuperação de ambientes danificados. 
Mundialmente, é visível que a biotecnologia tem movimentado a criação de 
novos produtos industriais, trazendo melhorias em termos de rendimento na produção 
agrícola (ALLEN JUNIOR, 2017). 
As mudanças trazidas pela biotecnologia já impactaram e seguem impactando 
diariamente nossa vida. Na agricultura, a possibilidade de manipular material genético 
reflete em produtividade sustentável e eficiente, o que beneficia os consumidores e 
propicia o desenvolvimento de produtos como culturas geneticamente modificadas 
voltadas para tolerância a herbicidas, resistência a doenças e pragas, além de 
aumentar propriedades nutricionais dos produtos que chegam à nossa mesa 
(BATISTA, 2018). 
 
 
 
 
56 
 
7.5 Benefícios da biotecnologia na saúde 
 
A biotecnologia tem papel central também no diagnóstico de doenças e tem 
propiciado o aumento de tratamentos contra as mais diversas doenças (ALLEN 
JUNIOR, 2017). 
A biotecnologia contribuiexponencialmente para a produção de fármacos. 
Atualmente, mais de 350 fármacos estão sendo aprovados para o tratamento de 
diversas doenças, dentre as quais podemos citar câncer, doenças autoimunes e 
infecciosas. Alguns biofármacos da atualidade desenvolvidos com o advento da 
biotecnologia (FERRO, 2010) são: 
 Fator VIII e IX utilizados para a hemofilia tipos A e B. 
 Agentes tromboembolíticos utilizados para condições como trombose e 
embolias. 
 Interferons (α, β, γ) utilizados para tratar condições como esclerose múltipla, 
leucemias e hepatite C. 
 Hormônios como a insulina (para o diabetes), o hormônio do crescimento e 
as gonadotrofinas. 
 Produtos baseados em interleucinas utilizados para tratar a doença de 
Crohn. 
 Ampla variedade de vacinas para a prevenção de diversas doenças. 
O uso da biotecnologia é a base para a engenharia genética. Portanto, 
concluímos que seu uso traz melhorias qualitativas e quantitativas para algumas 
características dos microrganismos — além disso, já nos trouxe muitas contribuições 
em diversos campos. 
 
 
Fonte: https://www.iberdrola.com/ 
 
57 
 
8 ENGENHARIA GENÉTICA 
 
Na atualidade, as novas tecnologias de DNA estão presentes em tudo — na 
agricultura, na área criminal, nas pesquisas médicas, na área farmacológica —, o que 
demonstra que a biotecnologia está cada dia mais presente em nosso cotidiano. 
Assim, a biotecnologia e a engenharia genética despontam de um potencial grandioso 
para oferecer soluções para problemas mundiais importantes. 
A biotecnologia é assim denominada devido ao uso de organismos vivos para 
desenvolver um produto ou processo que tenha como objetivo a melhoria da qualidade 
de vida dos humanos ou de outros organismos. A biotecnologia moderna necessita 
muito da engenharia genética (KLUG et al., 2012), ciência que trata da manipulação 
do material genético. Trata-se de um agrupamento de procedimentos que resultam 
em uma modificação predeterminada e remetida no genótipo de um organismo e conta 
com muitas aplicações em distintas áreas, como medicina, odontologia, agricultura, 
indústria (BORGES-OSÓRIO; ROBINSON, 2013, p. 591). 
Em suma, a engenharia genética está relacionada com a modificação genômica 
de um organismo e utiliza tecnologias para adicionar ou remover genes de um 
genoma. As novas variedades de plantas e organismos vivos com traços genéticos 
específicos foram geradas por cientistas graças à capacidade de manipular o DNA in 
vitro e de introduzir genes em células vivas (KLUG et al., 2012, p. 634). 
Como uma nova ciência, vem demonstrando resultados surpreendentes. Por 
exemplo, a partir dos resultados apontados pelo Projeto Genoma Humano e da 
discussão envolvendo os transgênicos, que impulsionaram essa área da engenharia, 
foi possível mapear o ser vivo geneticamente, gerar clones, desenvolver a terapia 
gênica e produzir transgênicos (BATISTA, 2018). 
O medicamento pioneiro que a engenharia genética utilizou foi a insulina 
humana, gerada a partir de bactérias modificadas de Escherichia coli, no ano de 1982. 
No decorrer das últimas três décadas, foram desenvolvidos inúmeros medicamentos 
que permitiram o tratamento para diversas alterações (SCHAEFER; THOMPSON 
JUNIOR, 2015). 
Outra aplicação da engenharia genética que pode ser citada é o seu uso para 
fortalecer a qualidade dos animais de pecuária, criando animais transgênicos com 
características melhoradas, como o crescimento e a resistência a doenças (KLUG et 
al., 2012). 
 
58 
 
8.1 Tecnologia do DNA recombinante 
 
A tecnologia do DNA recombinante é definida como um conjunto de técnicas 
moleculares que objetiva localizar, isolar, alterar e estudar segmentos de DNA. O 
termo recombinante é utilizado devido ao objetivo principal da tecnologia, que é 
combinar DNAs de origens diferentes. As moléculas de DNA recombinante assim 
geradas contêm combinações novas de sequências nucleotídicas que poderão ser 
introduzidas em uma nova célula hospedeira, na qual controlarão a síntese de um 
produto gênico que não é feito por essa célula ou modificarão a expressão de um gene 
ali já existente. Logo, a tecnologia do DNA recombinante é usualmente chamada de 
engenharia genética (BORGES-OSÓRIO; ROBINSON, 2013). 
A partir de 1970, foram desenvolvidas as tecnologias do DNA que têm auxiliado 
muito na percepção do genoma das células de eucariotos. Essas tecnologias 
permitem (BORGES-OSÓRIO; ROBINSON, 2013): 
 conhecer a estrutura e a função dos genes dos eucariotos; 
 viabilizar a ocorrência de recombinação gênica entre diferentes espécies e 
o alcance de organismos com características novas, não encontradas na natureza; 
 viabilizar a transferência de genes de mamíferos para bactérias, tornando-
as capazes de produzir em abundância proteínas de importância médica e também 
econômica, como hormônios, vacinas, fatores de coagulação, insulina, etc.; 
 contribuir para a área das ciências forenses (análises de paternidade, 
identificação de suspeitos). 
Conforme mencionado, a tecnologia do DNA recombinante teve seu início em 
meados de 1970, quando os pesquisadores descobriram que as bactérias protegem-
se de infecções virais por meio da produção de enzimas que cortam o DNA em sítios 
específicos; quando cortado, esse DNA não consegue comandar a síntese das 
partículas de fagos (que são vírus associados a procariotos, também denominados 
bacteriófagos). Instantaneamente, percebeu-se que essas enzimas, denominadas 
enzimas de restrição, poderiam ser extremamente úteis para cortar o DNA de qualquer 
organismo em sequências de nucleotídeos específicas, originando um agrupamento 
de fragmentos reproduzíveis. Esse feito estabeleceu a fase de desenvolvimento da 
clonagem do DNA, ou seja, a produção de múltiplas cópias das sequências de DNA 
(KLUG et al., 2012, p. 08). 
 
59 
 
Após a constatação de que as enzimas de restrição geram fragmentos 
específicos de DNA, foram estabelecidos os métodos para inserir esses fragmentos 
em moléculas portadoras de DNA, utilizando vetores chamados de plasmídeos (que 
são pequenas moléculas circulares de DNA que se replicam separadamente) (KLUG 
et al., 2012, p. 08). 
Para iniciar o processo de clonagem de um fragmento de DNA em plasmídeo, 
o DNA plasmideal purificado é linearizado por uma nuclease de restrição que o cliva 
em um único sítio; logo, o fragmento de DNA a ser clonado é, então, colocado nesse 
sítio, utilizando DNA-ligase (ALBERTS et al., 2017). Depois disso, essa molécula de 
DNA recombinante (uma molécula que contém DNA de duas fontes distintas, até 
mesmo de espécies diferentes) está apta para ser introduzida em uma bactéria. Então, 
o plasmídeo é introduzido na célula bacteriana, dando origem a uma bactéria 
recombinante. Por sua vez, essa célula isolada reproduz-se por meio de repetidas 
divisões celulares e gera um clone celular, uma população de células geneticamente 
iguais (REECE et al., 2015). Veja uma ilustração desse processo a seguir, na figura 
abaixo: 
 
 
Fonte: Klug et al. (2012, p. 329). 
 
 
 
 
60 
 
A maioria dos métodos de clonagem de segmentos de DNA laboratorial 
compartilha certas características gerais. Comumente, essa abordagem utiliza 
bactérias — com frequência, a Escherichia coli — que têm plasmídeos (REECE et al., 
2015). 
No processo de introduzir o DNA recombinante em uma célula bacteriana, os 
pesquisadores se beneficiam do fato de que algumas bactérias naturalmente captam 
moléculas de DNA que estão presentes no seu meio, e o mecanismo que controla 
essa captação é denominado transformação. 
 
 
Fonte: WhiteDragon/Shutterstock.com. 
 
A tecnologia do DNA recombinante propicia novas e potentes ferramentas para 
alterar a constituição genética de organismos de relevância também na agricultura. 
Os cientistas identificam, isolam e clonam genes que conferem as características 
almejadas e, depois disso, de modo específico e eficiente, introduzemesses genes 
nos organismos. Com isso, é possível inserir rapidamente a resistência a herbicidas, 
insetos e até mesmo características nutricionais a esses organismos (KLUG et al., 
2012, p. 638). 
 
 
 
 
61 
 
8.2 Organismos geneticamente modificados (OGMs) 
 
Organismo geneticamente modificado (OGM) é o termo usado para um 
organismo que adquiriu, por meios artificiais, um ou mais genes de outra espécie ou 
até mesmo de outra variedade da mesma espécie. 
Um OGM pode ser transgênico ou cisgênico: o transgênico é assim 
denominado devido à relação com a inserção de material genético em ser vivo de uma 
espécie distinta; o cisgênico, devido ao fato de um organismo vivo receber material 
genético de outro organismo de mesma espécie (BATISTA, 2018). Um exemplo são 
alguns salmões que foram modificados geneticamente pela adição de um hormônio 
de crescimento de salmão mais ativo (REECE et al., 2015). 
Essas alterações são possíveis devido a técnicas de engenharia que 
promovem a quebra da cadeia de DNA em locais estipulados para, posteriormente, 
inserir segmentos de genes de outros organismos, fazendo com que a sequência 
novamente se una (BATISTA, 2018, p. 202). 
É notório o crescimento populacional, o que exige um maior aumento na 
produção no que se refere à agricultura. A introdução de OGMs em maiores escalas 
se deve ao fato de que a produção agrícola necessita atender à demanda crescente 
(BATISTA, 2018). 
Nesse sentido, a biotecnologia utiliza algumas abordagens principais para a 
melhoria de lavouras, como, por exemplo, adicionar a uma variedade em cultivo uma 
característica específica denominada “característica de primeira geração”, que inclui 
proteção contra seca, tolerância a herbicidas, além de proteção contra insetos. Outras 
abordagens tratam da melhoria qualitativa, como óleos vegetais com maiores níveis 
de ácidos graxos ômega-3. Com o uso da engenharia genética, foram desenvolvidas 
plantas que crescem com menos uso de pesticidas, variedades novas de batata que, 
sem conservantes, podem ser armazenadas por mais tempo. Além disso, a 
biotecnologia proporciona que os cientistas desenvolvam frutos e grãos com maior 
teor de alguns nutrientes, como betacaroteno, vitaminas E e C (WARDLAW; SMITH, 
2013). 
Assim, resumidamente, algumas razões para gerar culturas transgênicas, 
incluem (KLUG et al., 2012, p. 639): 
 
62 
 
 melhoramento em características como crescimento e produtividade de 
culturas de valor na agricultura; 
 complemento do valor nutricional das culturas; 
 resistência das culturas contra insetos, pragas, secas e herbicidas. 
Um quesito promissor dos alimentos geneticamente modificados possivelmente 
esteja na criação de vegetais especialmente ricos em alguns micronutrientes que 
proveem aos países em desenvolvimento uma estratégia para tratar e precaver 
carências nutricionais específicas das populações. A biotecnologia provavelmente, 
visando o futuro, será uma estratégia benéfica para combater a subnutrição 
(WARDLAW; SMITH, 2013). 
 
8.3 Terapia gênica: princípios e aplicações 
 
Uma das grandes esperanças para o progresso geral na terapêutica de 
doenças genéticas é a terapia gênica, que tem como base a existência de métodos 
laboratoriais bem estabelecidos para introduzir genes nas células (READ; DONNAI, 
2018). 
A transferência de material genético novo para as células de um indivíduo, de 
modo que resulte em benefícios terapêuticos, está sob investigação clínica desde 
1990, época em que French Anderson e Michael Blaese usaram essa tecnologia com 
o objetivo de aliviar a doença da imunodeficiência grave combinada. Na atualidade, já 
são conhecidas aproximadamente 4000 doenças genéticas, que são alvo em 
potencial para a terapia gênica. Inúmeros protocolos de transferência de genes estão, 
atualmente, em desenvolvimento para utilização (VOET; VOET, 2013). 
A introdução de genes nas células é a base da terapia gênica. Para tal, existe 
a necessidade de um carreador que facilite a entrada do DNA nessas células vivas — 
esse carreador é denominado “vetor”. Três classes de vetores estão atualmente em 
desenvolvimento: plasmídeos, vetores virais e vetores nanoestruturados (LINDEN, 
2010). 
Existem três categorias de terapia gênica (VOET; VOET, 2013): 
 Ex vivo (fora do corpo): as células são retiradas do corpo, incubadas com 
um vetor e, então, reintroduzidas no corpo. Esse procedimento, normalmente, é 
realizado com células da medula óssea. 
 
63 
 
 In situ: o vetor é aplicado sobre os tecidos afetados, de forma direta. Esse 
procedimento pode, por exemplo, ser útil para tratamento tumoral por injeção no tumor 
de um vetor que porte o gene que tenha capacidade de tornar esse tumor suscetível 
a um agente quimioterápico. 
 In vivo: o vetor é injetado diretamente na corrente sanguínea. Essa 
modalidade ainda não foi experimentada clinicamente. 
Aproximadamente dois terços de todos os protocolos clínicos aprovados de 
terapia gênica são voltados para o câncer e têm algumas funcionalidades 
(STRACHAN; READ, 2014): 
 recuperar a função de um gene supressor de tumor a partir da adição gênica 
(exemplo: TP53 ou BRCA1); 
 prevenir a expressão de um oncogene ativado a partir da inativação gênica 
(exemplo: ERBB2); 
 desencadear a apoptose a partir da manipulação genética de células 
tumorais; 
 modificar células tumorais visando torná-las mais antigênicas, permitindo 
que o sistema imune destrua o tumor; 
 modificar células dendríticas de modo que aumente a reação imunológica 
específica contra o tumor. 
Uma utilização da modificação genética tem envolvido a produção de proteínas 
terapêuticas. A expressão de clones em microrganismos, culturas celulares ou 
estoques transgênicos vivos (nos quais a proteína de interesse é expressa em ovos, 
leite) reduz os riscos à saúde associados à obtenção dessas proteínas de fontes 
humanas ou animais (STRACHAN; READ, 2014). 
As terapias gênicas ainda se encontram em fase experimental, pois são 
procedimentos novos. Estudos nos laboratórios de pesquisa experimental, por meio 
de testes em modelos experimentais e ensaios pré-clínicos, analisam o potencial de 
eficácia de uma estratégia terapêutica e também possibilitam detectar potenciais 
riscos aos seres humanos. A principal barreira no desenvolvimento da terapia gênica 
para a prática médica é a segurança. Existem motivos que geram otimismo e 
expectativa de sucesso das tecnologias de terapia gênica, visto que, em futuro 
próximo, ela pode ser viável, considerando a esperança de investimento crescente 
vindo de empresas de biotecnologia (LINDEN, 2010). 
 
64 
 
9 CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA E DIFERENCIAÇÃO CELULAR 
 
O processo de transcrição do ácido desoxirribonucleico (DNA) permite a 
formação das proteínas a partir da informação genética. As funções dos diferentes 
tipos de proteínas, por sua vez, caracterizarão a atividade e a morfologia das células. 
Em um organismo, nem todos os produtos gênicos são necessários 
simultaneamente e nos mesmos níveis. A regulação da síntese de macromoléculas é 
denominada controle da transcrição ou expressão gênica. Em um organismo 
procariótico, altamente dependente das condições de seu ambiente, a regulação deve 
permitir que ele responda rapidamente às mudanças ambientais, a fim de garantir sua 
sobrevivência. Usar uma parte ou outra da herança genética facilita esse processo, 
até que consiga adaptar-se adequadamente ao ambiente. 
A diferenciação celular que existe em organismos multicelulares é baseada no 
fato de que, embora todas as células tenham o mesmo DNA, elas se distinguem pelo 
fato de sintetizarem diferentes tipos de ácido ribonucleico (RNA) e, 
consequentemente, diferentes proteínas. Se você comparar um eritrócito e uma célula 
nervosa, por exemplo, as diferenças são tão grandes que é difícil pensar que ambas 
compartilham o mesmo DNA. 
Neste capítulo, você vai aprenderqual é o principal sítio de controle da 
transcrição gênica e de que forma ocorre o controle da expressão gênica em 
organismos procarióticos e eucarióticos. Além disso, compreenderá que todas as 
células do corpo humano têm o mesmo genoma e estão sob um controle de expressão 
gênica diferencial, o que leva à diversidade celular observada nos indivíduos. 
 
9.1 Sítios de controle da transcrição gênica 
 
A transcrição gênica ocorre quando a sequência de DNA de um gene é copiada 
em uma molécula de RNA. Por meio da transcrição, é possível utilizar as informações 
contidas em um gene para fazer uma proteína. É importante compreender, contudo, 
que a expressão de um determinado gene só ocorre quando ele é “ativado” 
(STRACHAN; READ, 2016). 
A transcrição funciona como um ponto de controle para ligar e desligar 
determinadas funções nas células, e é assim que cada célula assume funções 
 
65 
 
específicas no organismo. Caso o gene não seja transcrito em uma célula, ele não 
poderá ser utilizado para fazer uma proteína naquela célula. Se o gene for transcrito, 
poderá ser utilizado para a elaboração de uma proteína. Assim, quanto mais transcrito 
for o gene, mais proteínas serão produzidas (KHAN ACADEMY, 2020). 
Esse processo é executado de modo monitorado e controlado, pois como as 
moléculas de DNA se encontram bastante enoveladas em torno das proteínas, a 
transcrição pode ser afetada (ZAHA; FERREIRA; PASSAGLIA, 2014). 
Proteínas chamadas de fatores de transcrição conseguem desempenhar um 
papel importante na regulação da transcrição. Para isso, elas se conectam às 
sequências de DNA, demarcam os genes que serão ativados em cada célula do 
organismo vivo e os ativam ou desativam. Tais proteínas reconhecem as sequências 
de nucleotídeos as quais devem se ligar e, dessa forma, facilitam a regulação ou a 
inibição da transcrição genética. A ativação e desativação dos genes efetuada pelos 
fatores de transcrição é o principal ponto de regulação da transcrição gênica (KHAN 
ACADEMY, 2020). 
 
9.2 Expressão gênica em procariotos e eucariotos 
 
9.2.1 Procariotos 
 
Nas bactérias (procariotos), os genes são agrupados em óperons. Um óperon 
consiste em um conjunto de genes, regulado pelas mesmas sequências regulatórias, 
que codificam as proteínas necessárias para a sobrevivência desses organismos. O 
RNA transcrito a partir de óperons procarióticos é chamado de RNA policistrônico, no 
qual várias proteínas são codificadas em um único mRNA (ALBERTS et al, 2014). 
Nas bactérias, o controle da transcrição para a maioria dos genes procarióticos 
ocorre por sequências de DNA, que em geral localizam-se nas bases 35 e 10, 
respectivamente, do local de início da transcrição (regiões identificadas como –35 e –
10). Esses dois elementos são chamados de sequências promotoras, as quais são 
reconhecidas e entram em contato com a RNA-polimerase (ALBERTS, 2014). 
A ligação da RNA-polimerase em um determinado promotor procariótico é, por 
sua vez, regulada pela interação com proteínas acessórias, que podem atuar tanto 
positivamente (ativadoras) quanto negativamente (repressoras) na ligação da RNA-
 
66 
 
polimerase ao promotor. Tais proteínas conectam-se em regiões chamadas de 
operadores, que são adjacentes ao promotor (ALBERTS, 2014). 
 
9.2.2 Eucariotos 
 
Nas células eucarióticas, a capacidade de expressar proteínas biologicamente 
ativas ocorre por meio da influência e da regulação de diferentes fatores (ZAHA; 
FERREIRA; PASSAGLIA, 2014). 
A organização do DNA, em sua forma compactada, pode afetar a capacidade 
dos reguladores transcricionais (denominados fatores de transcrição) e das enzimas 
RNA-polimerases de acessar certos genes (ZAHA; FERREIRA; PASSAGLIA, 2014). 
Modificações epigenéticas em histonas – proteínas responsáveis por 
compactar o DNA – e no próprio DNA afetam a acessibilidade da cromatina. A 
metilação e a acetilação são exemplos de modificações epigenéticas que afetam a 
compactação do DNA e, consequentemente, a expressão gênica (ZAHA; FERREIRA; 
PASSAGLIA, 2014). 
 
9.2.3 Transcrição 
 
Trata-se de uma das maneiras mais importantes de controlar a expressão de 
genes eucarióticos. A ligação ou não de fatores de transcrição, bem como de 
coativadores e correpressores, em sequências promotoras, reforçadoras e 
silenciadoras exerce controle transcricional, aumentando ou diminuindo a atividade da 
RNA-polimerase. A interação entre múltiplos ativadores e inibidores também tem 
papel fundamental nesse processo (ZAHA; FERREIRA; PASSAGLIA, 2014). 
Os mRNAs eucarióticos transcritos sofrem um processamento que inclui a 
adição de CAP (5’), poliadenilação (3’) e remoção de íntrons. Tal processamento é 
fundamental para a geração de proteínas de qualidade e em quantidades adequadas. 
Um mRNA totalmente processado deve deixar o núcleo para ser traduzido em proteína 
no citoplasma (ZAHA; FERREIRA; PASSAGLIA, 2014). 
Entre as células de organismos procariontes e eucariontes existem diferenças 
importantes, tanto em relação à heterogeneidade morfológica quanto em relação às 
funções. Por isso, é preciso haver mecanismos de controle precisos para a expressão 
 
67 
 
gênica nas diferentes células dos organismos, a fim de que possam desempenhar 
suas funções adequadamente (ZAHA; FERREIRA; PASSAGLIA, 2014). 
Visto que a regulação da expressão nos eucariotos é muito mais complicada, 
ainda há muito a ser explorado e compreendido sobre o processo. Vários tipos de 
sequências regulatórias, por exemplo, vêm sendo descritas nesses organismos. 
 
9.3 Diferenciação Celular 
 
O ser humano inicia a vida com apenas uma célula, um único óvulo fertilizado 
conhecido como zigoto. No decorrer do desenvolvimento, essa célula se divide, dando 
origem a outras células até que o corpo humano seja formado (STRACHAN; READ, 
2016). 
No corpo humano, existem mais de duzentos tipos células, com diferentes 
formatos e funções. Como todas elas originam-se de apenas uma, o genoma é o 
mesmo para todas. As células desenvolvem diferentes funções porque expressam um 
conjunto diferente de genes entre si e esse processo de expressão gênica controla os 
diversos processos essenciais para as células (STRACHAN; READ, 2016; KHAN 
ACADEMY, 2020). 
Entre os processos essenciais controlados pela expressão gênica estão os 
seguintes (KHAN ACADEMY, 2020): 
 proliferação celular; 
 diferenciação celular, para que as células tenham características próprias e 
expressem funções diferentes dependendo da região do corpo em que estão; 
 movimentos celulares no organismo. 
As células originadas das primeiras divisões celulares são conhecidas como 
células-tronco totipotentes, e podem originar células de qualquer região do corpo 
humano, compondo órgãos e tecidos diversificados até sofrerem diferenciação (KHAN 
ACADEMY, 2020). 
Entende-se por diferenciação celular o processo pelo qual uma célula altera 
suas características de maneira permanente (embora não necessariamente 
irreversível). Trata-se da manifestação externa (morfológica ou bioquímica) da 
expressão dos genes (KHAN ACADEMY, 2020). 
 
68 
 
As células têm uma “memória” celular que lhes diz de que maneira, quando e 
onde elas devem se diferenciar e, então, manter esse estado. A decisão de se 
diferenciar, portanto, ocorre antes da diferenciação. A determinação sobre qual tipo 
de célula formar deve atender algumas características, como posição no embrião, por 
exemplo (ALBERTS et al., 2017). 
Um destino celular é entendido como o tipo de célula que uma célula 
embrionária (ou grupo de células embrionárias) se tornará. Por exemplo, as células 
dos miótomos de vertebrados se tornam células musculares. A especificação é usada 
para se referir ao que uma célula embrionária isolada produz em um meio neutro, que 
pode ser diferente de seu destino normal (ALBERTS et al., 2017). 
 
 
 
10 DIAGNÓSTICO MOLECULAR DE DOENÇAS GENÉTICAS E INFECCIOSASO diagnóstico molecular de doenças é um campo emergente das análises 
clínicas laboratoriais. A identificação e a caracterização das bases genéticas das 
doenças torna-se, com frequência, fundamental para o diagnóstico. A detecção de 
mutações patogênicas em uma amostra de DNA pode levar ao diagnóstico, ao 
possível prognóstico e a uma terapia prospectiva. 
Avançadas técnicas da biologia molecular permitem o diagnóstico de doenças 
infecciosas, como, por exemplo, o papiloma vírus humano (HPV), as hepatites virais 
e a Helycobacter pylori, bactéria associada à ocorrência de úlceras gástricas. A 
análise molecular ainda detecta alterações genéticas do próprio organismo e auxilia 
no prognóstico de doenças como a síndrome de Down, a doença de Alzheimer e a 
síndrome de Klinefelter. 
 
69 
 
Técnicas de biologia molecular também têm sido cada vez mais utilizadas para 
guiar tratamentos personalizados, uma vez que elas permitem a avaliação, desde a 
suscetibilidade ao desenvolvimento de determinada doença, até a identificação de 
mecanismos individuais de resistência a determinadas drogas. 
 
10.1 Principais técnicas de biologia molecular utilizadas para diagnósticos 
 
A biologia molecular diagnóstica tem evoluído de forma rápida, nos últimos 
anos, gerando um grande impacto em diversos laboratórios clínicos e em centros 
médicos. Essa evolução iniciou a partir da descoberta do DNA, em 1953, por Watson 
e Crick, que deu início à era da biologia molecular, a qual veio a se tornar um 
instrumento útil para o diagnóstico de diversas doenças (MOLINA; TOBO, 2004; 
MELLO; FONSECA-COSTA, 2005). Mas para que essas metodologias que 
empregam a biologia molecular são importantes? Atualmente, as técnicas 
moleculares, baseadas nos ácidos nucleicos, são ferramentas valiosas para o estudo 
e o diagnóstico de uma ampla variedade de processos infecciosos, neoplásicos e 
genéticos, de doenças como o câncer, de doenças genéticas e infecciosas, no geral. 
Além disso, elas podem auxiliar nos transplantes de órgãos. 
Desde a grande revolução propiciada pelo desvendamento do DNA, as 
metodologias na área da biologia molecular vêm evoluindo de maneira rápida. Em 
1975, enzimas de restrição possibilitaram a manipulação do DNA in vitro, com seu 
isolamento e amplificação de regiões específicas para sua clonagem. No mesmo ano, 
a técnica de Southern blot permitiu o estudo de doenças genéticas a partir da 
localização específica de genes. Dois anos mais tarde, a determinação das 
sequências de nucleotídeos no DNA pela técnica de sequenciamento abriu a 
possibilidade de identificação de doenças genéticas pela alteração de sequências no 
DNA. Em 1983, Kary Mullis desenvolveu a famosa técnica de reação em cadeia da 
polimerase (PCR, do inglês polymerase chain reaction). A PCR é uma das 
principais metodologias utilizadas no diagnóstico de doenças. Por meio de um par de 
sequências complementares de nucleotídeos (primers iniciadores) que cercam uma 
região de interesse, junto com uma enzima polimerase, múltiplas cópias do DNA 
podem ser obtidas. Assim, essa metodologia possibilita a amplificação de diversas 
 
70 
 
vezes segmentos de DNA a partir de pouco material genético (MOLINA; TOBO, 2004; 
MELLO; FONSECA-COSTA, 2005). 
Os testes diagnósticos associados à biologia molecular utilizam inúmeras 
fontes de materiais biológicos para investigação clínica. Essas amostras podem ser 
coletadas a partir de biópsias, de autópsias, de esfregaços ou simplesmente de 
punção de sangue ou de outro fluido corporal. Por exemplo, a técnica de hibridização 
in situ (HIS) faz uso de células ou cortes histológicos com a finalidade de identificar 
sequências específicas de nucleotídeos. Além disso, essas sequências podem ser 
tanto de DNA quanto RNA, e assim detectam tanto moléculas endógenas quanto 
moléculas provenientes de organismos exógenos, como vírus, bactérias e parasitas. 
Além da HIS, podemos identificar outras técnicas de biologia molecular 
utilizadas no diagnóstico clínico que figuram entre as principais: a PCR, a técnica de 
Southern blot, o Northen blot, o Western blot, e o microarranjo. 
 
10.2 Técnicas diagnósticas associadas às patologias 
 
O diagnóstico molecular das doenças infectocontagiosas vem adquirindo papel 
primordial na prática da saúde biomédica frente à necessidade de confirmar uma 
hipótese relacionada a um determinado patógeno. 
Entre as vastas possibilidades de testes diagnósticos dentro da área da biologia 
molecular está a PCR, que constitui uma das técnicas moleculares mais utilizadas em 
laboratórios clínicos na pesquisa de doenças infecciosas e do câncer. A PCR pode 
ser utilizada para detectar uma mutação, por exemplo, ou para identificar patógenos 
presentes em amostras, como o fungo Candida sp ou as bactérias Chlamydia 
trachomatis e Neisseria gonorrohoea. 
Modalidades mais avançadas da PCR, como a q-PCR, aliada à automatização 
total da extração de DNA/RNA, já permitem a realização de testes moleculares como 
a identificação dos subtipos de HPV relacionados com o câncer do colo do útero. A 
RT-PCR, que identifica RNA por meio da transcriptase reversa, permitiu o diagnóstico 
do HIV e das hepatites virais (HCV). Além dessas doenças, o diagnóstico de infecções 
parasitárias como a toxoplasmose e a leishmaniose, e infecções bacterianas com 
difícil diagnóstico etiológico (uretrites e cervicites), apresentou grande avanço, graças 
à inclusão das técnicas moleculares. 
 
71 
 
Além da infinidade de doenças que a PCR pode diagnosticar, consiste em um 
método fácil, barato e confiável. Outras aplicações desse teste incluem a clonagem 
de DNA para sequenciamento genético ou manipulação de genes, construção de 
filogenias baseadas em DNA, análise funcional de genes, diagnóstico e 
monitoramento de doenças hereditárias. Além da biologia molecular, a PCR é útil nas 
áreas forense criminal e arqueologia molecular, pois atua no reconhecimento de 
criminosos a antigos cadáveres e, ainda, permite a identificação de graus de 
parentesco. 
A HIS é outra técnica associada à biologia molecular que se baseia na 
identificação de sequências específicas de nucleotídeos oriundos de DNA ou de RNA, 
os quais podem ser endógenos, virais ou bacterianos. Para a análise, podem ser 
utilizadas células ou tecidos emblocados em parafina, e são utilizadas sondas 
(sequências de DNA conhecidas, geralmente obtidas de forma comercial). Essa 
técnica está sendo empregada, com frequência, com base em sequências curtas de 
nucleotídeos marcados com moléculas sinalizadoras, e que os sítios de ligação 
podem ser localizados posteriormente por reações histoquímicas ou imuno-
histoquímicas. A aplicação da HIS na área de doenças infecciosas tem sido mais 
utilizada na identificação de infecções virais, com a tipagem do HPV ou a detecção do 
vírus de Epstein-Barr. Essa mesma técnica, por meio de sondas específicas, também 
pode ser útil para a detecção de aneuploidias e de alterações gênicas com importância 
prognóstica em alguns tumores, como a leucemia linfoide crônica e o sarcoma de 
Ewing. 
Um ramo dessa técnica é a hibridização in situ fluorescente (FISH , do inglês 
Fluorescence In Situ Hybridization), que constitui um dos mais modernos métodos de 
patologia molecular para detectar alterações genéticas em associação com a 
morfologia celular, tais como amplificações, fusões e translocações, as quais podem 
ser importantes para o diagnóstico, prognóstico e orientação terapêutica de um grande 
número de tumores. Essa técnica emprega sondas marcadas com moléculas 
fluorescentes (fluorocromos), o que a diferencia de uma HIS convencional. O 
interessante é que pode ser utilizado mais de um fluorocromo na mesma amostra, 
permitindo múltiplas identificações de alterações genéticas (MCNICOL; 
FRAQUHARSON, 1997). A técnica de FISH apresenta uma grande variedade de 
aplicações dentro de diferentes áreas de investigação, incluindomapeamento 
 
72 
 
genético, biologia evolutiva, ecologia microbiana e diagnóstico de doenças. No 
diagnóstico, ela pode ser empregada para detecção de microrganismos em ambientes 
complexos como microbiota intestinal, cavidade oral, infecções do trato respiratório, 
hemoculturas, simbioses e em estações de tratamento de água (NEVES; GUEDES, 
2012). 
Outras técnicas da biologia molecular que também podem ser utilizadas para 
diagnóstico, embora com menor frequência, são as de Southern blot, Northern blot e 
Western blot. A primeira delas serve para verificar se uma determinada sequência de 
DNA está ou não presente em uma amostra de DNA analisada, e combina uma 
eletroforese em gel do DNA à transferência deste para uma membrana de hibridização 
com o auxílio de uma sonda marcada. Após a hibridização, a membrana é lavada para 
remover a sonda não ligada ao DNA e obtém-se uma imagem por autorradiografia ou 
autofluorescência. Já o Northern blot verifica se um determinado gene de um genoma 
é ou não transcrito em RNA e o quantifica. Há uma íntima relação de similaridade em 
relação ao Southern blot, porém, no segundo, em vez de DNA, a substância analisada 
por eletroforese com uma sonda hibridizadora é o RNA. Além disso, no Northern blot 
é usado formaldeído no gel de agarose, que funciona como um desnaturante. Apesar 
de essas técnicas poderem ser empregadas no diagnóstico de doenças infecciosas, 
elas são mais utilizadas em estudos genéticos para avaliação da expressão gênica 
(MOLINA; TOBO, 2004). 
O Western blot (por vezes chamado imunoblot de proteínas) é um método 
adicional que detecta proteínas em uma amostra. Essa amostra geralmente provém 
de um homogenato, produto da trituração de um tecido biológico para obtenção de 
células. Essa técnica também usa eletroforese em gel para separar as proteínas pela 
sua estrutura tridimensional ou proteínas desnaturadas pelo comprimento da sua 
cadeia polipeptídica, sendo posteriormente transferidas para membranas de 
nitrocelulose ou difluoreto de polivinilideno (PVDF). Uma vez na membrana, são 
usados anticorpos específicos para a proteína alvo como sonda. A técnica de Western 
blot propiciou uma redução significativa nas reações cruzadas que podiam ser 
encontradas em outras técnicas moleculares de diagnóstico. Esse método pode ser 
usado como teste de diagnóstico confirmatório de infecções virais pelo vírus T 
linfotrópico humano (HTLV), ou bacterianas, como a doença de Lyme. A denominação 
 
73 
 
dessa técnica é um trocadilho do nome Southern blot, que detecta DNA, enquanto o 
Northern blot detecta RNA (MOLINA; TOBO, 2004). 
Por último, os microarranjos (do inglês microarray) de DNA utilizam técnica 
mais similar ao processo de Northern blot, envolvendo o uso de pequenos suportes 
sólidos nos quais milhares de sondas estão imobilizadas ou ligadas de forma 
organizada em posições conhecidas. Essas sondas podem ser produtos de PCR ou 
oligonucletídeos e os alvos podem ser produtos de PCR, DNA genômico, RNA total, 
RNA amplificado, DNA complementar, DNA plasmidial ou, simplesmente, amostras 
clínicas. A vantagem dos microarranjos é que eles permitem a análise de uma grande 
quantidade de genes de forma simultânea. Os microarranjos de DNA podem ser 
aplicados na identificação de diversos microrganismos: vírus influenza e adenovírus, 
Entamoeba histolytica, E. dispar, Giardia lamblia e Cryptosporidium parvum. Além 
disso, essa tecnologia promete auxiliar de maneira significativa a detecção de genes 
de resistência antimicrobiana e resistência mutacional (CAVALCANTI; LORENA; 
GOMES, 2008). 
 
10.3 Contribuições da biologia molecular no diagnóstico de doenças 
 
Os recentes avanços científicos e tecnológicos direcionados à identificação de 
diversas doenças promoveram um excepcional desenvolvimento no diagnóstico. 
Graças às técnicas de biologia molecular, esse progresso tem sido alcançado. As 
metodologias moleculares têm a vantagem de serem altamente sensíveis, específicas 
e confiáveis. Além disso, a concentração do agente não precisa ser alta, ou seja, a 
partir de quantidades extremamente baixas de DNA ou RNA, é possível quantificá-los, 
com a geração de resultados reprodutíveis. Ademais, é permitida uma versatilidade 
das amostras (sangue periférico, liquor, medula óssea, tecidos parafinados ou 
frescos). 
Em relação às doenças infecciosas, uma das grandes vantagens das técnicas 
moleculares de diagnóstico em comparação às demais utilizadas é a rapidez e a 
precisão dos resultados, que hoje podem ser obtidos em poucas horas e até em 
minutos. Comparado ao método tradicional de cultura de microrganismos, por 
exemplo, os testes moleculares permitiram um diagnóstico mais consistente em 
menor tempo, agilizando o plano de tratamento inicial e trazendo maiores 
 
74 
 
probabilidades de recuperação em tempo reduzido. Os testes moleculares também 
são muito mais acurados do que a antiga metodologia da microscopia óptica para 
detecção de parasitas, a qual pode ser muito subjetiva, uma vez que depende da 
capacitação adequada do microscopista. Porém, entre tantas vantagens, alguns dos 
problemas associados a esses testes diagnósticos estão a possibilidade de 
contaminação da amostra, presença de inibidores de reações, interferência na 
viabilidade da amostra (pela ação de RNAses, por exemplo), o alto custo e a 
padronização. Somado a esses fatores, essas técnicas requerem laboratórios 
especializados em biologia molecular com uma equipe técnica especializada 
(LANDSVERK; WONG, 2013; MOLINA; TOBO, 2004). 
A biologia molecular tem contribuído de forma substancial, nos últimos anos, 
na área de diagnóstico de doenças infecciosas. Essa evolução tem sido evidenciada 
nas análises de rotina laboratoriais, em que organismos difíceis de serem cultivados, 
por exemplo, se tornaram passíveis de análise. Para visualizar um exemplo prático 
vamos pensar em uma doença. A tuberculose, no Brasil, é um grave problema de 
saúde pública, que acomete milhares de indivíduos todos os anos, e coloca o país no 
ranking das maiores taxas dessa doença. A dificuldade de acesso ao diagnóstico 
rápido da tuberculose é um dos mais importantes obstáculos para controlar a doença. 
O diagnóstico e o tratamento geralmente se baseiam na baciloscopia, que oferece 
baixo custo e reduzido grau de infraestrutura, no entanto a acurácia do exame é baixa. 
Essa falta de sensibilidade no teste acaba por aumentar a mortalidade e a 
perpetuação da doença, pelo atraso no diagnóstico relacionado ao tempo de cultivo 
necessário para o crescimento do microrganismo em cultura. 
A biologia molecular tem possibilitado a utilização de novas tecnologias, como 
o Xpert MTB/RIF, teste molecular rápido realizado no sistema GeneXpert MTB/RIF, 
para a detecção do Mycobacterium tuberculosis (bacilo de Koch) e também da 
resistência à rifampicina (PINTO et al., 2017). 
Outro exemplo é o diagnóstico da doença de Chagas, que é um sério problema 
de saúde pública no País, e que utiliza métodos sorológicos de diagnóstico. Essas 
técnicas, que têm como base o uso de anticorpos específicos contra o Trypanosoma 
cruzi, apresentam resultados de baixa confiabilidade ou mesmo de falso positivos, por 
causa da reação cruzada com antígenos de outros microrganismos. O progresso da 
 
75 
 
biologia molecular vem proporcionando o aperfeiçoamento no diagnóstico dessa 
doença, por meio da utilização da q-PCR (MARQUES, 2016). 
Com os avanços da biologia molecular, também já existem testes que podem 
detectar o DNA do HPV em raspados ou em biópsias de lesões, além de definir com 
precisão quais os subtipos virais presentes em determinada paciente. Mais de 35 tipos 
de HPV infectam a região genital nos seres humanos e podem causar desde verrugas 
genitais ou condilomas até lesões displásicas de baixo e alto grau, das quais cerca de 
20 estão associadas ao câncer de colo uterino. Os tipos de HPV podem ser separadosem vírus de baixo, intermediário ou alto risco, de acordo com o tipo de lesão a que 
estão mais associados. Cada tipo viral apresenta maior ou menor potencial 
oncogênico, e é encontrado com maior frequência em lesões benignas (vírus de baixo 
risco) ou em lesões neoplásicas (vírus de alto risco) (AYRES; SILVA, 2010). A 
genotipagem, assim como a tipagem das hepatites virais, são realizadas por meio da 
PCR. 
O PCR ainda constitui uma ferramenta alternativa crucial na resolução de 
diagnósticos difíceis, como por exemplo, na detecção da Chlamydia trachomatis. O 
cultivo dessa bactéria e seu diagnóstico sorológico não permite diferenciar a infecção 
aguda da infecção prévia, já solucionada. A clamídia está associada a casos de 
uretrites masculinas e femininas e cervicites nas mulheres. Uma potencial 
complicação dessa bactéria é a doença inflamatória pélvica, que pode levar à 
infertilidade. 
Outra contribuição significativa da biologia molecular é que ela tem possibilitado 
a maior compreensão do funcionamento normal de nossos genes e do processo de 
desenvolvimento de doenças, quando os genes sofrem alterações. Por meio de testes 
moleculares, é possível identificar a predisposição genética para doenças como a 
trombofilia, síndrome do X frágil (que leva a retardo mental) e a microdeleção do Y 
(associada à infertilidade) (MOLINA; TOBO, 2004). Outro exemplo interessante é o 
das distrofias musculares progressivas, grupo de doenças caracterizadas por uma 
degeneração progressiva e irreversível da musculatura esquelética, e que tem sido 
alvo de intensos estudos. Aumentar o nosso conhecimento nessa área pode ser 
extremamente importante para tratamentos futuros e têm se associado à nova 
vanguarda da farmacogenômica (ZATZ, 2002). 
 
76 
 
A farmacogenômica, também designada farmacogenética, é um ramo da 
farmacologia que estuda o efeito de variações genéticas sobre a resposta, a eficácia 
e o metabolismo de drogas. O diagnóstico molecular pode ajudar a guiar uma terapia 
apropriada por meio da identificação de alvos terapêuticos específicos de vários 
fármacos. A farmacogenômica tem se mostrado útil no tratamento de doenças 
oncológicas, hematológicas, cardiológicas, neurológicas e infecciosas. 
Provavelmente, exercerá um grande impacto sobre a prática da medicina clínica, ao 
determinar qual medicamento é mais eficaz e assim evitar efeitos colaterais graves. 
No caso da tuberculose, por exemplo, o antibiótico isoniazida pode causar 
sérios danos ao fígado e comprometer o tratamento em pacientes que têm variante 
lenta do gene NAT2 e metabolizam o medicamento de forma mais lenta. Portanto, o 
teste pode contribuir para melhorar a adesão ao tratamento e diminuir o risco da 
tuberculose resistente. Outros alvos atuais do estudo farmacogenético são pacientes 
em tratamento quimioterápico e pacientes com HIV, em uso de terapia antirretroviral 
(WÜNSCH FILHO; GATTÁS, 2001). 
Diversas doenças genéticas monogênicas também podem ser alvo de técnicas 
da biologia molecular que, inicialmente, identificam o gene afetado para depois 
determinar a mutação responsável pela doença. Seguem alguns genes já 
identificados e a doença e as funções associadas: 
 gene CFTR (produção de muco e suco gástrico) — fibrose cística; 
 gene fibrilina (formação de membranas elásticas —: síndrome de Marfan; 
 gene destrona (permeabilidade celular das membranas da células 
musculares) — distrofia muscular de Duchenne. 
A tendência é que, cada vez mais, exames convencionais sejam substituídos 
pela ferramenta de diagnóstico molecular. Dadas as suas inúmeras vantagens em 
relação à rapidez, sensibilidade e especificidade; essa evolução deve ocorrer de 
maneira crescente em todos os ambientes clínicos. A biologia molecular revolucionou 
a ciência e a prática da medicina; porém a sua implementação em todos os contextos 
da rotina laboratorial, principalmente em relação a custo e a recursos humanos ainda 
constitui um desafio. No entanto, os diversos benefícios que essas técnicas 
proporcionam acabam por tornar o custo, ainda elevado, um viés de menor 
importância frente aos resultados relacionados à saúde humana. 
 
77 
 
Além disso, a demanda pela infraestrutura para instalação dessas técnicas tem 
sido cada vez menos exigente nos dias de hoje. A determinação de suscetibilidade 
genética para alguns tipos de câncer ou doenças cardiovasculares já tem se tornado 
realidade, além das doenças hereditárias. O aprimoramento constante de técnicas 
moleculares em doenças infecciosas tem permitido a redução da morbidade e da 
mortalidade e o melhor controle epidemiológico dessas doenças, sejam elas 
parasitárias, fúngicas, virais ou bacterianas (PIGNATARI, [201-?]) 
 
 
Fonte: https://www.cbnrecife.com/ 
 
11 BIOLOGIA E EDUCAÇÃO 
 
O ensino de Biologia tem um importante papel no desenvolvimento das noções 
de ambiente, formações, relações existentes entre seres vivos e não vivos e, 
principalmente, no fomento às discussões que nos permitem entender o universo do 
ponto de vista das ciências que buscam sua validação no próprio objeto de estudo 
(BORBA, 2013). O profissional licenciado em Ciências Biológicas possui um amplo 
campo de trabalho. Diversas universidades mostram em seus currículos que esse 
profissional possui como foco principal à docência no ensino fundamental e médio, 
porém não descarta a possibilidade de atuar como pesquisador e autônomo. 
Como biólogo, você contará com diversas opções de trabalho: você pode 
trabalhar em instituições de ensino e pesquisa, com museus e coleções de animais e 
plantas, além de dar aula. Além disso, o profissional licenciado em Ciências Biológicas 
está habilitado a dar aula em cursos preparatórios para vestibular, cursos técnicos, 
 
78 
 
aulas particulares e aulas de ciências no ensino fundamental, que compreende as 
disciplinas de Biologia, Física e Química, unificadas, envolvendo uma gama de 
conteúdos a serem ministrados. 
O termo biologia deriva do grego bios, que significa vida, e logos, que significa 
estudo. Por isso, o biólogo é conhecido como aquele que estuda a vida, pois ele 
estuda e entende sobre toda a diversidade de seres vivos, em seus aspectos 
genéticos, evolucionistas, estruturais, fisiológicos, anatômicos, entre outros. 
Sendo a biologia a ciência que estuda os seres vivos, a relação entre eles e o 
meio ambiente, além dos processos e mecanismos que regulam a vida, tem-se nos 
profissionais formados nessa área o domínio do conhecimento nas questões que 
envolvem a natureza. O estudo das ciências biológicas deve possibilitar a 
compreensão de que a vida se organizou através do tempo, sob a ação de processos 
evolutivos, tendo como resultado uma diversidade de formas sobre as quais as 
pressões seletivas continuam atuando. Esses organismos, incluindo os seres 
humanos, não estão isolados; ao contrário, constituem sistemas que estabelecem 
complexas relações de interdependência. O entendimento dessas interações envolve 
a compreensão das condições físicas do meio, do modo de vida e da organização 
funcional interna próprios das diferentes espécies e sistemas biológicos. Além disso, 
devemos dedicar atenção especial às relações estabelecidas entre os seres humanos, 
dada a sua especificidade. Os conhecimentos biológicos não se dissociam dos 
sociais, políticos, econômicos e culturais. (BORBA, 2013). 
O biólogo licenciado é o profissional que é graduado em biologia na modalidade 
licenciatura, ou seja, é o profissional com formação voltada para o ensino da biologia. 
Apesar desse enfoque, o licenciado em biologia é um biólogo acima de tudo, e deve 
ser um profissional capaz de deter toda a informação a respeito dos seres vivos e suas 
relações. Mesmo não sendo preparado inicialmente para trabalhar em pesquisas ou 
no meio técnico, o licenciado é tão capaz quanto o bacharel de entender as áreas 
específicas da biologia, as quais são comuns em ambasas formações. A Figura 
abaixo ilustra algumas das diversas atividades do biólogo. 
O biólogo licenciado tem formação acadêmico-pedagógica para 
transmitir/ensinar a matéria de estudo da melhor forma possível aos alunos. É a arte 
da docência: ensinar e orientar. Além da transmissão do conteúdo (que, em ciências 
e biologia, tem temas bastante controversos), nos últimos anos, vem se agregando à 
 
79 
 
área a questão do meio ambiente e da sustentabilidade, reforçando o papel do 
professor de ciências e biologia na abordagem de temas sustentáveis, como o 
gerenciamento de resíduos, a otimização do uso da água, entre outros. O professor 
de ciências e biologia ganha, assim, mais espaço dentro das instituições de ensino na 
promoção de programas e projetos que visam um futuro mais sustentável para o 
planeta. 
 
 
Fonte: Macrovector/ShutterStock.com. 
 
A Biologia Celular ou Citologia, por exemplo, estudará os diferentes tipos de 
células e suas estruturas e funcionamento. Seguindo no estudo das células, a 
disciplina de Histologia trabalha com o conhecimento dos tecidos, ou seja, um 
conjunto de células iguais e com a mesma função. Assim, é possível aprender os 
diferentes tecidos que formam os diferentes órgãos do corpo. Há ainda a disciplina de 
Microbiologia, na qual estudam-se não apenas as células humanas, mas os demais 
microrganismos, como fungos, bactérias e vírus, por exemplo. É comum nessas 
disciplinas que as aulas aconteçam paralelamente a um laboratório e com o uso do 
microscópio, instrumento básico para a visualização de estruturas microscópicas. 
(BORBA, 2013) 
 
 
 
 
80 
 
11.1 A profissão de biólogo na área de ensino 
 
A caracterização da profissão de biólogo na área de ensino se dá pela atuação 
no magistério. Como já foi explicado na diferença entre bacharel e licenciado, esta 
opção de curso está voltada ao magistério e tem disciplinas de cunho pedagógico. Por 
isso, entre as opções da Biologia, o licenciado é o primeiro profissional que está apto 
a lecionar logo após a graduação. (BORBA, 2013). 
Com a graduação, o biólogo ganha licença para lecionar no ensino fundamental 
com o ensino de ciências. Essa disciplina inicia no fim dos anos iniciais e vai até o 
último ano dos anos finais. A área do ensino de ciências é muito abrangente, e o 
professor de ciências deve estar preparado para trabalhar com seus alunos todos os 
seres vivos de maneira mais superficial do que no ensino médio, assim como deve 
estender seus conhecimentos ao sistema solar, estrutura do planeta Terra e conceitos 
geográficos. O professor de ciências é um profissional exigido pelo grande 
conhecimento que deve apresentar sobre as mais diversas áreas das ciências 
naturais. 
A outra licença que o biólogo licenciado ganha logo após o término da 
graduação é para trabalhar no ensino médio. Nessa etapa dos estudos, a disciplina é 
chamada de Biologia, e o biólogo licenciado estará mais focado nos conteúdos 
específicos da área, como os seres vivos, suas estruturas e relações que permeiam a 
vida, e de maneira mais aprofundada e específica. Nessa etapa do ensino, as ciências 
da natureza já estão divididas com a Geografia, Física e Química, por exemplo, e o 
professor agora faz parte de uma equipe multidisciplinar das ciências da natureza. 
Nessas duas etapas do ensino, fundamental e médio, o professor biólogo 
também pode atuar em outras modalidades de ensino, como o ensino a distância 
(EAD), o ensino de jovens e adultos (EJA), além de outros cursos preparatórios para 
provas como o ENEM ou vestibulares. 
 
11.2 O professor biólogo e a educação ambiental 
 
O biólogo licenciado é detentor do conhecimento biológico e dos processos 
naturais, atuando como professor nas escolas de todo o país. Esses profissionais têm 
importância ímpar e, atualmente, diante da necessidade de implementação urgente 
 
81 
 
da educação ambiental nas escolas, passaram a desempenhar um papel central 
nessas instituições. O biólogo licenciado passou a ser também um educador 
ambiental. Nesse sentido, temas transversais e muito discutidos dentro dos cursos de 
biologia hoje estão cada vez mais presentes nas escolas. Reciclagem e preservação 
da natureza, por exemplo, são conteúdos abordados já na Educação Infantil. Hoje já 
existem escolas infantis focadas na educação ambiental, assim como escolas de nível 
Fundamental e Médio com projetos e programas sustentáveis consolidados. Os 
exemplos são muitos, e certamente o biólogo licenciado, colocando em prática os 
conhecimentos técnicos adquiridos no curso de ciências biológicas, contribuirá 
primeiramente para a formação de cidadãos mais conscientes e, a seguir, para um 
desenvolvimento mais saudável da nossa sociedade. 
A educação ambiental, de acordo com as Diretrizes Curriculares Nacionais para 
a Educação Ambiental (BRASIL, 2012, art. 2°): 
 
[...] é uma dimensão da educação, é atividade intencional da prática social, 
que deve imprimir ao desenvolvimento individual um caráter social em sua 
relação com a natureza e com os outros seres humanos, visando 
potencializar essa atividade humana com a finalidade de torná-la plena de 
prática social e de ética ambiental. 
 
A educação ambiental já é uma realidade. O estado do Paraná, por exemplo, 
tornou obrigatória a educação ambiental nos currículos de todas as escolas a partir 
de 2014. Em 2017, ocorreu a capacitação de professores e técnicos pedagógicos de 
Núcleos Regionais de Educação, com foco na preservação e proteção dos recursos 
hídricos. Acesse o link e descubra mais detalhes sobre o processo de capacitação e 
formação de educadores ambientais (AGÊNCIA DE NOTÍCIAS DO PARANÁ, 2017). 
 
11.3 Projetos de conscientização ambiental nas escolas 
 
Existem muitos grupos de biólogos que se dispõem a atuar fazendo projetos de 
educação ambiental nas escolas. Esses projetos têm o objetivo de contribuir ao ensino 
de ciências, trabalhando temas importantes como a sustentabilidade e outros que nem 
sempre são abordados de forma direta ou mais prática no conteúdo programático das 
escolas. Pela conscientização ambiental, alguns aspectos importantes podem ser 
trabalhados, como a questão dos resíduos, assim como é possível contribuir para uma 
sociedade ambientalmente mais saudável por meio de boas práticas que levem a uma 
 
82 
 
melhor qualidade de vida. Assim, biólogos autônomos podem entrar no mercado pela 
prestação desse tipo de serviços nas escolas ou fora delas, fazendo parcerias com 
instituições de ensino, para que o conhecimento não se resuma apenas à sala de aula, 
mas para que os alunos possam colocar em prática seu aprendizado. Muitas podem 
ser as abordagens, como a questão das hortas urbanas e permacultura, capacitando 
esses alunos ao plantio de alimentos orgânicos e mais saudáveis. Por meio de um 
projeto de reciclagem de materiais utilizados pelos próprios alunos em suas casas ou 
mesmo na escola, de compostagem dos resíduos da sua hortinha comunitária na 
escola ou dos resíduos na casa do aluno, faz-se com que ele seja, ainda, autor de 
conscientização, estimulando-o a agir na sensibilização da família. 
 
11.4 A docência no ensino básico 
 
O ensino básico é composto pela educação infantil, ensino fundamental e 
ensino médio, e o biólogo licenciado pode atuar em qualquer um desses níveis de 
ensino. Com os Parâmetros Curriculares Nacionais, o profissional dessa área deverá 
ter a competência de lecionar conteúdos de Biologia aliada a temas transversais 
importantes para o desenvolvimento do cidadão. Na educação contemporânea, o 
ensino de Ciências Naturais é uma das áreas em que se pode reconstruir a relação 
ser humano/natureza em outros termos, contribuindo para o desenvolvimento de uma 
consciência social e planetária (BRASIL, 1998). O professor de ciências deve estar 
habilitado para atuar nas áreas de Física, Química e Biologia e desenvolver os 
seguintes conteúdos ao longo do ensinofundamental, conforme o MEC: “Ambiente”; 
“Ser humano e saúde”; “Recursos tecnológicos”; “Terra e Universo”. 
As aulas de ciências devem ser participativas, e o profissional deve incentivar 
a problematização de assuntos envolvendo o ambiente e as relações do ser humano 
com esse ambiente. Existem várias modalidades didáticas, tais como: aulas 
expositivas, em que o professor se torna um transmissor de conhecimentos; 
discussões, em que a capacidade de debate e o conhecimento são ampliados; aulas 
práticas, que são para todas as idades e permitem ao aluno ver os mecanismos 
funcionando; excursões, simulações, instruções individualizadas e projetos, bem 
como variantes e complementos destes, como a utilização dos meios multissensoriais, 
das tecnologias educacionais e de recursos como os mapas conceituais (CONDE; 
 
83 
 
LIMA; BAY, 2014). As aulas também podem ser trabalhadas também por 
experimentos em laboratório que comprovem certos conceitos da Biologia, da Física 
e da Química. Na educação infantil, e nos primeiros ciclos do ensino fundamental, as 
crianças começam a desenvolver sua capacidade de entendimento sobre o ambiente 
e suas relações com a natureza, portanto é importante que as aulas possibilitem o 
contato com animais e plantas para que o aluno possa entender a importância de cada 
ser vivo (Figura 2). Nos últimos anos, a saída de campo foi uma das modalidades 
didáticas que começou a ganhar destaque nas aulas de ciências. Por ser realizada 
em ambientes naturais, essa atividade estimula a curiosidade dos alunos e 
proporciona uma aprendizagem mais significativa em virtude de o professor ter 
disponível diversos recursos naturais (OLIVEIRA; ANTUNES; SOARES, 2012). Essas 
saídas podem ser realizadas em todos os níveis do ensino, desde saídas com crianças 
para sítios eco pedagógicos até saídas com adolescentes para ambientes com trilhas 
extensas, cachoeiras, lugares de altitude etc. 
 
 
Fonte: Goodluz / Sutterstock.com 
 
Em educação, a utilização de um programa que estimula a atividade 
psicomotora, especialmente por meio do jogo, permite que o desempenho psicomotor 
da criança, enquanto joga, alcance níveis que só mesmo a motivação intrínseca 
consegue. Ao mesmo tempo, favorece a concentração, a atenção, o engajamento e a 
imaginação. Como consequência, a criança fica mais calma, relaxada e aprende a 
pensar, estimulando sua inteligência. Nesse contexto, precisamos elucidar os pontos 
 
84 
 
de contato com a realidade a fim de que o jogo seja significativo para a criança. Por 
meio da observação do desempenho das crianças com seus jogos, podemos avaliar 
o nível de seu desenvolvimento motor e cognitivo. No lúdico, manifestam-se suas 
potencialidades, e, ao observá-las, poderemos enriquecer sua aprendizagem, 
fornecendo, por meio dos jogos, os “nutrientes” para seu desenvolvimento, ou seja, 
brincando e jogando a criança terá oportunidade de desenvolver capacidades 
indispensáveis à sua futura formação e atuação profissional, tais como: atenção, 
afetividade, concentração e outras habilidades perceptuais psicomotoras (ALVES, 
2010). 
Outro recurso muito poderoso é a utilização de filmes e documentários sobre 
Ciências e Biologia durante as aulas, pois existem no mercado diversos filmes 
didáticos que proporcionam material para discussões de conteúdos específicos. 
Existem filmes e documentários com assuntos diversos, tanto os didáticos quanto os 
filmes comerciais. Eles permitem tratar qualquer conteúdo por meio de um debate 
posterior. Essa metodologia de ensino possui muito impacto sobre os alunos, pois 
permite a reflexão sobre o ambiente, os problemas que o homem é capaz de gerar e 
de que forma ele pode ser afetado por todos esses problemas que ele mesmo causa. 
No ensino de ciências, os filmes apresentam um papel significativo na divulgação e 
disseminação de conceitos científicos sob os mais diversos enfoques, de forma 
multidisciplinar e contextualizada, pondo em circulação e aproximando conceitos 
sobre ciência ao cotidiano das pessoas (SOUZA; GUIMARÃES, 2013). 
As Orientações Curriculares para o ensino médio de Ciências da Natureza, 
Matemática e suas Tecnologias, em seu capítulo sobre Biologia, indicam o ensino por 
meio de projetos (CONDE; LIMA; BAY, 2014). Esses projetos, além de contribuir na 
aprendizagem dos conteúdos, também contribuem para a formação de hábitos, 
atitudes e pensamento crítico em relação a situações com as quais eles podem se 
deparar ao longo da vida. Os projetos são feitos em grupo, o que permite que os 
conceitos possam ser trocados entre o coletivo e discutidos, flexibilizando o 
pensamento e exercitando o trabalho em equipe e a autoconfiança. Ainda em relação 
ao ensino médio, o MEC destaca que, cotidianamente, a população — embora sujeita 
a toda sorte de propagandas e campanhas, e mesmo diante da variedade de 
informações e posicionamentos — sente-se pouco confiante para opinar sobre temas 
polêmicos e que podem interferir diretamente em suas condições de vida, como o uso 
 
85 
 
de transgênicos, a clonagem, a reprodução assistida, entre outros assuntos. A lista de 
exemplos é interminável, e vai desde problemas domésticos até aqueles que atingem 
toda a população. O ensino de Biologia deveria nortear o posicionamento do aluno 
frente a essas questões, além de outras, como as suas ações do dia a dia: os cuidados 
com corpo, com a alimentação, com a sexualidade etc. (BRASIL, 2006, p. 17). 
Além dos conteúdos de Biologia, Física e Química, o profissional deve estar 
preparado para trabalhar de forma intrínseca os temas transversais dispostos pelo 
MEC nos Parâmetros Curriculares Nacionais. Os temas apresentados são: Ética, 
Pluralidade Cultural, Meio Ambiente, Saúde e Orientação Sexual e Temas Locais. 
A biologia celular é de fundamental importância para a compreensão dos 
processos biológicos básicos que participam da composição e do funcionamento dos 
seres vivos, mas seu ensino na escola costuma privilegiar a nomenclatura das 
estruturas e os fenômenos celulares no lugar dos seus significados e da 
contextualização deles. 
É necessária uma revisão no currículo nos cursos de licenciatura em Ciências 
Biológicas para que os conteúdos sejam abordados de forma mais integradora, 
associando teoria e prática, juntas e não com cargas horárias independentes. 
Também deve ser estimulada a busca por recursos e modalidades didáticas 
alternativas para que os futuros professores de Ciências e de Biologia pensem novas 
perspectivas de ensino de biologia celular, tornando sua prática pedagógica realmente 
mais efetiva. 
 
 
Fonte: https://www.labresearch.com.br/ 
 
 
86 
 
REFERÊNCIAS 
 
BIBLIOGRAFIA BÁSICA 
 
JUNQUEIRA, Luiz Carlos Uchoa. Biologia celular e molecular. 8. ed. Rio de Janeiro: 
Guanabara Koogan, 2005. 332p., il. (algumas col.), 28 cm. Inclui bibliografia e índice. 
 
DE ROBERTIS, E. M. F. Biologia celular e molecular. Rio de Janeiro: Guanabara 
Koogan, 2008. 14ed. 
 
KARP, G. Biologia celular e molecular.3ed. Barueri: Manole, 2005. 
 
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR 
 
ALBERTS, B. et al. Biologia molecular da célula. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. 
 
CHANDAR, N.; VISELLI, S. Biologia celular e molecular ilustrada. Porto Alegre: 
Artmed, 2015. 
 
ILLUMINA. Introduction to SBS Technology. 2018. Disponível em: . Acesso em: 02 
out. 2018. 
 
LODISH, H. et al. Biologia celular e molecular. 7. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014. 
 
METZKER, M. L. Sequencing technologies: the next generation. Nature Reviews 
Genetics, v. 11, n. 1, p. 31-46, jan. 2010. doi: 10.1038/nrg2626 
 
ROSA, Helen da. Divisão celular: mitose e meiose. SAGAH, Soluções Educacionais 
Integradas, 2018. 
 
SUBTIL, Fernanda Teixeira. Biologia Molecular e Sequenciamento de DNA. 
SAGAH, Soluções Educacionais Integradas, 2018. 
 
WATSON, J. D. et al. Biologia molecular do gene. 7. ed. Porto Alegre: Artmed, 2015. 
 
ZAHA, A.; FERREIRA, H. B.; PASSAGLIA,L. M. P. (Org.). Biologia molecular 
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