Livro Texto - Unidade I biologia molecular

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Autores: Prof. Giovani Bravin Peres
 Profa. Débora Conte Kimura Lichtenecker
 Profa. Roberta Sessa Stilhano Yamaguchi
Colaboradores: Prof. Flavio Buratti Gonçalves
 Profa. Laura Cristina da Cruz Dominciano
Biologia Molecular 
Aplicada à Biomedicina
Professores conteudistas: Giovani Bravin Peres / Débora Conte Kimura 
Lichtenecker / Roberta Sessa Stilhano Yamaguchi
Giovani Bravin Peres
É bacharel em Ciências Biológicas – Modalidade Médica pela Unifesp (2009), mestre (2012) e doutor em Ciências 
(2016) pelo programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular da Unifesp, e Especialista em Administração de 
Empresas pela FGV (2014). Possui experiência em pesquisa acadêmica, na área de bioquímica e biologia molecular; 
no ensino, atuando no ensino superior e pré-vestibular e com autoria e tradução de material didático; e liderança 
e gestão, atuando como coordenador e diretor geral do Cursinho Universitário Jeannine Aboulafia. Desde 2015 é 
professor titular da UNIP, no Programa de Pós-Graduação em Patologia Ambiental e Experimental e no curso de 
Graduação em Biomedicina.
Débora Conte Kimura Lichtenecker
É bacharel em Ciências Biológicas – Modalidade Médica pela Unifesp (2008), mestre (2011) e doutora em Ciências 
(2017) pelo programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular da Unifesp. Possui experiência em pesquisa acadêmica 
na área de Bioquímica e Biologia Molecular. Desde 2015, é professora titular da UNIP no curso de graduação em 
Biomedicina e trabalha como biomédica pesquisadora no Laboratório de Fisiologia Renal da Unifesp.
Roberta Sessa Stilhano Yamaguchi
Bacharel em Ciências Biológicas – Modalidade Médica pela Unifesp (2008). Durante a graduação, desenvolveu 
projeto de iniciação científica em Biologia Molecular. Mestre (2011) e doutora (2015) em Ciências pela Unifesp, com 
ênfase em Biologia Molecular. Pós-doutorado (2018) em Biomedical Engineering na UC-Davis e em Farmacologia 
(2018) na Unifesp. É professora titular da UNIP desde 2015. É professora assistente na Faculdade de Ciências Médicas 
da Santa Casa de São Paulo (FCMSCSP) desde 2018. É membro da Comissão Científica da FCMSCSP e desenvolve 
pesquisa científica nas áreas de terapia gênica e celular. É membro colaborador do programa de Pós-graduação em 
Ciências da Saúde na FCMSCSP.
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permissão escrita da Universidade Paulista.
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
P437b Peres, Giovani Bravin.
Biologia Molecular Aplicada à Biomedicina / Giovani Bravin 
Peres, Débora Conte Kimura Lichtenecker, Roberta Sessa Stilhano 
Yamaguchi. – São Paulo: Editora Sol, 2020.
260 p., il.
Nota: este volume está publicado nos Cadernos de Estudos e 
Pesquisas da UNIP, Série Didática, ISSN 1517-9230.
1. Biologia molecular. 2. Diagnóstico. 3. Tratamento. I. Peres, 
Giovani Bravin. II. Lichtenecker, Débora Conte Kimura. III. Yamaguchi, 
Roberta Sessa Stilhano. IV. Título.
CDU 576.3
U508.60 – 20
Prof. Dr. João Carlos Di Genio
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Unip Interativa – EaD
Profa. Elisabete Brihy 
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Prof. Dr. Luiz Felipe Scabar
Prof. Ivan Daliberto Frugoli
 Material Didático – EaD
 Comissão editorial: 
 Dra. Angélica L. Carlini (UNIP)
 Dr. Ivan Dias da Motta (CESUMAR)
 Dra. Kátia Mosorov Alonso (UFMT)
 Apoio:
 Profa. Cláudia Regina Baptista – EaD
 Profa. Deise Alcantara Carreiro – Comissão de Qualificação e Avaliação de Cursos
 Projeto gráfico:
 Prof. Alexandre Ponzetto
 Revisão:
 Bruno Barros
 Giovanna Oliveira
Sumário
Biologia Molecular Aplicada à Biomedicina
APRESENTAÇÃO ......................................................................................................................................................8
INTRODUÇÃO ...........................................................................................................................................................8
Unidade I
1 PRINCÍPIOS DA BIOLOGIA MOLECULAR DO GENE ............................................................................. 11
1.1 Os cromossomos contêm tanto ácidos nucleicos quanto proteínas .............................. 29
1.2 Estrutura de ordem superior do DNA .......................................................................................... 46
1.2.1 Estrutura dos cromossomos em bactérias .................................................................................... 51
1.2.2 Estrutura dos cromossomos em eucariotos ................................................................................. 52
1.3 O dogma central da biologia molecular ..................................................................................... 61
2 REPLICAÇÃO E MANUTENÇÃO DO DNA ................................................................................................. 67
2.1 Replicação do DNA: uma visão geral ........................................................................................... 67
2.1.1 Replicação do DNA em bactérias ..................................................................................................... 78
2.1.2 Replicação do DNA em eucariotos .................................................................................................. 81
2.2 Danos no DNA e mutações .............................................................................................................. 86
2.3 Mecanismos de reparo do DNA ...................................................................................................... 97
2.3.1 Mecanismos de reversão direta da lesão no DNA ..................................................................... 98
2.3.2 Reparo por excisão de base ..............................................................................................................101
2.3.3 Reparo por excisão de nucleotídeos .............................................................................................103
2.3.4 Síntese translesão (bypass) ............................................................................................................... 110
2.3.5 Reparo de quebra na dupla fita .......................................................................................................111
3 SÍNTESE E PROCESSAMENTO DE RNA ..................................................................................................113
3.1 Visão geral da transcrição em bactérias ...................................................................................114
3.2 Visão geral da transcrição em eucariotos ................................................................................119
3.3 Processamento do mRNA em eucariotos .................................................................................123
4 SÍNTESE E PROCESSAMENTO DE PROTEÍNAS.....................................................................................128
4.1 Visão geral da biossíntese de proteínas ....................................................................................132
4.2 A importância do processamento de proteínas .....................................................................137
Unidade II
5 NOÇÕES GERAIS DE TÉCNICAS DE BIOLOGIA MOLECULAR .........................................................145
5.1 Extração de ácidos nucleicos .........................................................................................................145
5.1.1 Extração de DNA .................................................................................................................................. 145
5.1.2 Extração de RNA ..................................................................................................................................147
5.2 Reação de polimerização em cadeia (PCR) ..............................................................................147
5.2.1 PCR em tempo real ............................................................................................................................. 150
5.3 Clivagem de DNA com endonucleases de restrição .............................................................151
5.4 Análise de DNA por eletroforese em géis de agarose ..........................................................152
5.5 Hibridização ..........................................................................................................................................154
5.6 Southern blot, northern blotting e western blot ..................................................................156
6 TÉCNICAS DE BIOLOGIA MOLECULAR APLICADAS À PESQUISA E 
AO DIAGNÓSTICO ..............................................................................................................................................159
6.1 Técnicas de biologia molecular aplicadas ao diagnóstico 
clínico-laboratorial de doenças infecto-parasitárias, malignas e genéticas ..........................159
6.1.1 Doenças infecto-parasitárias .......................................................................................................... 159
6.1.2 Doenças malignas ................................................................................................................................ 164
6.1.3 Doenças genéticas ............................................................................................................................... 166
6.2 Detecção de agentes patogênicos no ambiente e em alimentos ...................................166
6.2.1 Conceitos gerais ................................................................................................................................... 166
6.2.2 Os agentes patogênicos nos alimentos e no ambiente ....................................................... 167
6.2.3 Molecular .................................................................................................................................................170
Unidade III
7 TÉCNICAS DE BIOLOGIA MOLECULAR APLICADAS À TERAPIA E AO 
TRATAMENTO DE DOENÇAS...........................................................................................................................181
7.1 Polimorfismos moleculares ............................................................................................................181
7.1.1 Polimorfismos nucleotídicos individuais .................................................................................... 182
7.1.2 Polimorfismos por inserção-deleção ........................................................................................... 183
7.1.3 Polimorfismos por número de cópias .......................................................................................... 185
7.1.4 Origem das mutações ........................................................................................................................ 186
7.1.5 Polimorfismos moleculares e doenças ........................................................................................ 188
7.2 Técnicas de detecção de mutações gênicas ............................................................................189
7.2.1 Cariótipo .................................................................................................................................................. 189
7.2.2 Hibridização in situ por fluorescência (Fish) ..............................................................................191
7.2.3 Hibridização genômica comparativa (CGH) .............................................................................. 192
7.2.4 Polymerase chain reaction (PCR) e suas variantes ............................................................... 193
7.2.5 Restriction fragment length polymorphism (RFLP) ............................................................... 199
7.2.6 Sequenciamento de DNA ................................................................................................................. 199
7.3 Testes de paternidade e forense ...................................................................................................201
7.3.1 A impressão digital de DNA ..............................................................................................................201
7.3.2 A coleta e processamento das amostras .................................................................................... 203
7.3.3 Procedimentos para a análise do DNA ........................................................................................ 205
7.3.4 Identificação de restos humanos .................................................................................................. 206
7.3.5 Investigação de paternidade ............................................................................................................207
7.4 Avaliação da combinação de tecidos para transplantes ....................................................208
7.4.1 Conceitos gerais ................................................................................................................................... 208
7.4.2 Nomenclatura HLA ..............................................................................................................................210
7.4.3 Tipagem de HLA e influência na doação de órgãos ................................................................ 211
7.4.4 Tipagem de HLA por sorologia ........................................................................................................ 211
7.4.5 Tipagem de HLA por primers sequência-específica ................................................................212
7.4.6 Tipagem de HLA por sonda de oligonucleotídeo sequência específica ..........................213
7.4.7 Tipagem de HLA por sequenciamento .........................................................................................214
7.4.8 Sequenciamento de última geração para tipagem de HLA .................................................215
7.4.9 HLAs avaliados nos transplantes ....................................................................................................216
7.5 Noções de terapia gênica ................................................................................................................217
7.5.1 Histórico ...................................................................................................................................................218
7.5.2 Vetores não virais ..................................................................................................................................221
7.5.3 Vetores virais .......................................................................................................................................... 223
8 MANEJO LABORATORIAL ............................................................................................................................227
8.1 Normas ...................................................................................................................................................228
8.2 Laboratório ............................................................................................................................................228
8.3 Equipamentos ......................................................................................................................................229
8.4 Recursos humanos .............................................................................................................................230
8.5 Segurança ..............................................................................................................................................230
8.6 Recepção e identificação de amostras ......................................................................................2318.7 Documentação e procedimentos .................................................................................................231
8.8 Validação dos testes realizados no laboratório ......................................................................232
8.9 Elaboração de laudos ........................................................................................................................232
8
APRESENTAÇÃO
A biologia celular e molecular é uma das áreas das ciências da vida que avançam mais rapidamente, 
sendo que progressos significativos são constatados em intervalos relativamente curtos de tempo. 
Assim, este campo pode parecer assustador, em função do vasto conteúdo e da necessidade de 
constante atualização. 
Como é de se esperar, não é objetivo deste volume apresentar a última evidência desta enorme e 
produtiva área de pesquisa, pois é característica própria de um livro o distanciamento temporal entre 
os últimos avanços e o tempo de sua publicação; mais ainda, nem todos os últimos avanços já foram 
confirmados e aceitos pela comunidade científica internacional.
Assim, apresentamos instrumentos para que estudantes tenham acesso a informações básicas, 
clínicas e aplicadas da biologia celular e molecular.
O objetivo deste livro-texto é bastante concreto: fornecer conceitos-chaves que ajudem os estudantes 
a entenderem e assimilarem os princípios do fluxo informacional intracelular, desde organismos simples, 
como bactérias, até metazoários como o ser humano. Além disso, este volume visa apresentar o estado 
de arte de técnicas desenvolvidas com base no conhecimento adquirido no campo molecular e que são 
aplicadas em pesquisa básica, em pesquisa clínica e nas áreas de diagnóstico. Trata-se de uma ciência 
básica que fornece subsídios e ferramentas para outras grandes ciências, sendo, portanto, de grande 
importância para a formação e atuação profissional do biomédico. 
Ao final deste estudo, o aluno deverá ser capaz de compreender como a informação armazenada 
no DNA das células pode ser acessada e manifestada, como os avanços nesse campo contribuem para 
o melhor entendimento do estado saúde-doença, ter ciência das técnicas moleculares mais utilizadas 
e suas aplicabilidades nas diferentes áreas de atuação do biomédico, além de desenvolver habilidades 
necessárias à execução e à interpretação destas metodologias. 
INTRODUÇÃO
A compreensão da biologia molecular das células é uma área dinâmica de pesquisa que é fundamental 
para todas as ciências biológicas. Isto é verdade não somente do ponto de vista da pesquisa básica, mas 
também com respeito a um número crescente de aplicações práticas na agricultura, na biotecnologia e 
na medicina. As aplicações médicas fornecem exemplos muito interessantes, com novos métodos para 
prevenção e tratamento tornados possíveis a partir de uma crescente compreensão das bases celulares 
e moleculares de muitas doenças humanas.
Nestas últimas décadas, um número significativo de informações em nível médico-biológico tem 
chegado ao alcance de profissionais dessa área. É claro que a velocidade da pesquisa desta área impede 
que uma obra deste porte apresente os últimos artigos ou as mais recentes descobertas, mas é nossa 
intenção que o leitor desenvolva uma base científica suficientemente sólida para melhor compreender 
e discernir as novas informações.
9
O desafio principal é como dominar os conceitos fundamentais sem ser atropelado por detalhes. 
Os estudantes precisam entender os princípios da biologia celular e molecular, para então apreciar os 
avanços, em vez de simplesmente memorizar informações. Ao mesmo tempo, o material de estudo 
precisa apresentar profundidade necessária e suficiente para, além de fornecer um alicerce adequado à 
formação, propor questionamentos e reflexões que promovam a busca por mais respostas.
11
BIOLOGIA MOLECULAR APLICADA À BIOMEDICINA
Unidade I
1 PRINCÍPIOS DA BIOLOGIA MOLECULAR DO GENE
Estima-se que mais de dez milhões – talvez cem milhões – de espécies habitem atualmente a Terra, 
e que muitas já tenham vivido no passado e estejam, hoje, extintas. Apesar da enorme diversidade entre 
esses seres vivos, nossos ancestrais notaram que todas as coisas vivas tinham algo em comum. Muitos 
se dedicaram a definir e explicar o que era a vida e como se desenvolvia a partir da matéria.
Há pouco mais de trezentos anos, o mundo mal conseguia livrar-se de superstições, começando 
apenas a enrubescer de sua ignorância. Era um mundo onde a ciência iniciava seus primeiros passos, 
modestos e tortuosos. Ciência que significa apenas a procura da verdade por meio de uma cuidadosa 
observação e de um pensamento claro. Era um mundo que queimava Servet, por ter ousado abrir 
e examinar um cadáver; que aprisionava Galileu por toda a vida, por ter ousado provar que a Terra 
girava em volta do Sol. Assim era o mundo quando Leeuwenhoek nasceu. Dotado de verdadeiro amor e 
obstinação pela lapidação de lentes, ele ouvira dizer que quando se lapidavam cuidadosamente lentes 
muito pequenas de vidro claro, poder-se-iam ver coisas muito maiores do que elas apareciam a olho nu. 
Naqueles tempos, os homens educados falavam latim, mas Leeuwenhoek apenas sabia lê-lo, e sua 
única literatura era a Bíblia em holandês. Essa sua ignorância ajudou-o muito, porque o impediu de 
ler toda a ridicularia conhecida dos seus tempos. Tinha que confiar nos seus próprios olhos, nos seus 
próprios pensamentos, nos seus próprios julgamentos. Tendo construído o primeiro microscópio, esse 
comerciante curioso começava a olhar com suas lentes tudo que podia apanhar. Examinava, durante 
horas, a estrutura de pelos de carneiros, de castor, e de outros bichos, cuja finura ficava transformada 
em grandes e rudes blocos, embaixo de seus pedacinhos de vidro. Dissecava delicadamente a cabeça 
de uma mosca, cujo cérebro colocava sob as agulhas finas de seu microscópio. Olhava o aguilhão de 
uma abelha ou a perna de um piolho muitas e muitas vezes. Deixava esses exemplares durante meses 
alfinetados ao seu estranho microscópio e, para olhar outras coisas, construiu novos equipamentos, 
chegando a possuir centenas deles. Depois voltava aos exemplares anteriores para corrigir seus primeiros 
erros. Nunca escreveu uma palavra sobre o que via, nem fez um desenho, antes de que centenas de 
observações lhe provassem que, nas condições dadas, ele sempre via a mesma coisa.
12
Unidade I
A) B) 
Figura 1 – A) O microscópio de Leeuwenhoek. Uma réplica construída do microscópio de Leeuwenhoek e 
B) esquematização da observação de um espécime com o aparelho
Em Delft (Holanda), sua cidade natal, vivia um homem a quem os lordes da Royal Society de Londres 
tinham feito membro correspondente – era Regnier de Graaf, que lhes tinha descrito coisas interessantes 
num ovário humano. Leeuwenhoek consentiu que de Graaf olhasse através de suas engenhocas. O 
que de Graaf viu, ao aumentar-lhe o poder de visão cerca de 250 vezes, fê-lo envergonhar-se de sua 
própria celebridade, e apressou-se em escrever à Royal Society para que os grandes revolucionários da 
ciência entrassem em comunicação com Leeuwenhoek. Toda essa pesquisa em ferrões de abelhas, pelos 
de bigode, entre outras trivialidades, era necessária para prepará-lo para o surpreendente dia quando 
espiou, através de seu microscópio, uma gota de água de chuva coletada a partir de um balde em seu 
jardim. Leeuwenhoek contemplava pela primeira vez um mundo novo e misterioso, com milhares de 
entes minúsculos, muitos deles mais importantes para a humanidade do que os enormes elefantes que 
maravilharam Alexandre, o Grande. Espécies de seres vivos percorriam grandes distâncias no mundo 
tomado pela gota d’água!
“Às vezes elas param; ficam quietas sobre um só ponto; depois giram dando voltas com a mesma 
rapidez com que vemos um pião girar. O círculo que elas descrevem não é maior do que um fino grão 
de areia” (LEEUWENHOEK apud DE KRUIF, 2002, p. 9) Assim escrevia Leeuwenhoek. Com simplicidade 
ele lhes descreviasua própria admiração. Longamente, página após página, numa escrita soberbamente 
nítida, com palavras comuns, ele lhes contava que se podia colocar um milhão desses pequenos animais 
dentro de um único grão de areia. Leeuwenhoek enviou várias cartas à Royal Society narrando suas 
observações microscópicas. Ele viu protozoários, espermatozoides, hemácias através de capilares, nervos, 
células musculares, células de plantas e bactérias extraídas de sua própria boca (PATIL, 2012).
13
BIOLOGIA MOLECULAR APLICADA À BIOMEDICINA
Figura 2 – Os pequenos animais de Leeuwenhoek. Desenhos de Leeuwenhoek retratando 
animálculos (animalcules, pequenos animais, em latim), em uma carta à Royal Society
Suas cartas foram traduzidas e lidas perante aqueles sábios céticos que não acreditavam mais no 
misticismo e na obscuridade, produzindo uma verdadeira revolução naquela sociedade de pesquisadores. 
Os cientistas lhe pediram instruções sobre como ele construíra seus microscópios, mas isto lhe ofendera e 
seus segredos jamais foram revelados. À vista disso, a Royal Society deu a Robert Hooke e Nehemiah Grew 
a incumbência de construir um microscópio e averiguar os relatos do holandês. No dia 15 de novembro de 
1677, os membros da academia finalmente puderam observar as “bestas” contidas em uma gota d’água, 
conforme descrito por Leeuwenhoek. Um pouco mais tarde, a Royal Society o incluiu como um de seus 
membros, mandando-lhe um magnífico diploma de associado dentro de uma caixa de prata. Até o final de 
sua vida, aos 91 anos, Leeuwenhoek continuou a mandar-lhes a sua mistura habitual de conversa fiada e 
ciência. Mas mandar-lhes um microscópio? Isso seria impossível enquanto vivesse.
Tal como se deu com Leeuwenhoek, o jovem Spallanzani teve que lutar contra projetos de família 
para tornar-se um pesquisador. Antes de completar 30 anos, foi nomeado professor da Universidade 
de Reggio, onde os alunos entusiasmados o ouviam com olhos arregalados. Foi aí que iniciou suas 
pesquisas a respeito dos misteriosos seres que Leeuwenhoek descobrira. Os minúsculos animais surgiram 
envolvidos numa questão estranha, que separou os homens da ciência numa luta furiosa, e, se não 
fosse essa razão, talvez eles tivessem permanecido por centenas de anos como simples curiosidades, ou 
mesmo esquecidos completamente.
O motivo dessa luta, que fazia com que bons amigos se odiassem, com que professores tentassem 
quebrar as cabeças de padres, era, em suma, o seguinte: podem os seres vivos ser gerados espontaneamente? 
Ou é preciso que todo ser vivo tenha pai e mãe?
No tempo de Spallanzani, o partido mais popular era aquele que defendia a hipótese de haver 
geração espontânea. A maioria dos homens inteligentes acreditava que muitos animais não tinham 
antepassados. Os cientistas também eram dessa opinião. O naturalista inglês Alexander Ross (apud 
TURNER, 2018, p. 91), anunciava eruditamente: 
14
Unidade I
duvidar que as vespas e abelhas nascem do estrume das vacas é duvidar da 
experiência, da razão e do bom-senso. Mesmo animais mais complicados, 
como ratos, não precisam de pai e mãe. Se alguém tiver dúvidas, vá ao 
Egito, e lá verá as quantidades de camundongos que infestam os campos 
– nascidos da lama do Rio Nilo – para grande calamidade dos habitantes!
Os grandes progressos da ciência são muitas vezes devidos a preconceitos, a ideias não científicas 
que brotam da cabeça de cientistas apenas por oposição à insensatez supersticiosa dominante. Para 
Spallanzani, era absurdo pensar que animais – e até mesmo os seres microscópicos de Leeuwenhoek – 
pudessem nascer acidentalmente de trapos velhos ou de imundices.
Certa noite, Spallanzani deparou-se com um livro que falava da superstição dominante a respeito da 
geração de larvas e moscas. Contava que até os homens mais cultos ainda acreditavam que elas pudessem 
nascer da carne putrefata. Os olhos de Spallanzani quase saltaram de admiração ao ler uma pequena experiência 
que liquidava com esse absurdo, de uma vez por todas. O autor do livro, Francesco Redi (1626-1697), resolvera 
o assunto com simplicidade. Pedaços de carne foram colocados em frascos: um ficou descoberto, o outro 
coberto com uma tampa de cortiça e o terceiro coberto com um pedaço de gaze. No jarro aberto, apareceram 
muitas larvas, que logo se transformaram em moscas. Nos jarros cobertos, nada de larvas, nem moscas na 
carne – uma simples questão de não deixar as moscas mães pousarem sobre a carne.
Inspirado por Redi, Spallanzani resolveu pôr em prática tais ensinamentos, não com moscas, mas 
com organismos microscópicos. Por essa ocasião, em 1745, John Needham enviou à Royal Society 
os resultados a que chegara. Relatou-lhes que enchera uma garrafa com caldo de carne de carneiro, 
arrolhara-a bem e aquecera-a em cinzas quentes, com a esperança de eliminar todos os microrganismos 
existentes no caldo. Ele então selou os frascos, e, após alguns dias, observou o meio turvar. Ao coletar 
uma gota desta amostra, verificou incontáveis criaturas microscópicas. Needham concluiu que os novos 
microrganismos haviam sido gerados espontaneamente a partir da matéria morta. Na verdade, contudo, 
ele provavelmente não fervera o caldo tempo suficiente para eliminar todos os microrganismos iniciais 
(MANCINI; NIGRO; IPPOLITO, 2007).
Larva
Larvas
Frasco aberto Frasco selado com 
tampa de cortiça
Frasco selado com gaze
Moscas entram 
no frasco
Moscas não 
entram no frasco
Moscas não 
entram no frasco
Larvas eclodem de 
ovos na carne
Sem ovos, larvas não 
eclodem na carne
Larvas eclodem de 
ovos sobre a gaze
Figura 3 – O experimento de Redi: larvas de moscas apareceram apenas na carne 
putrefata do frasco aberto, mas não dos frascos tampados
15
BIOLOGIA MOLECULAR APLICADA À BIOMEDICINA
Spallanzani, porém, ao ler a notícia da interessante experiência que Needham fizera, criando 
microrganismos em caldo de carne, franziu a testa, pensativo. Começou a fazer experiências e a ponderar 
conscienciosamente as suas próprias interpretações. Munido de muitos balões grandes, de gargalos 
largos, conduziu centenas de experimentos utilizando-se de caldos nutritivos diversos. Para fechar os 
balões, reticente de que as rolhas não tivessem bastante firmeza, derreteu os gargalos dos balões na 
chama, de modo a selá-los com o próprio vidro. Diante de um caldeirão de água fervente, parte dos 
balões foi fervida por alguns minutos, enquanto outros, durante uma hora. Muito cuidadoso, manteve 
ainda uma duplicata de balões com caldo, simplesmente arrolhados, tal como fizera Needham, em vez 
de fechados à chama e lacrados.
Dias depois, examinou gotas do caldo retirado dos balões selados que haviam fervido durante uma 
hora. Nada encontrou. Voltou-se para os balões que haviam fervido durante poucos minutos apenas. 
Quebrou-lhes os gargalos, colocou gotas desse caldo sobre a platina do microscópio e viu aqui e ali, um 
ou outro germe nadando. Nada, absolutamente nada poderia ter entrado do exterior, entretanto havia 
pequenos seres. Provavelmente suportaram a temperatura da água fervendo durante aqueles minutos. 
Por fim, voltou-se para os balões apenas arrolhados. Tirou as rolhas, uma por uma, e mais uma vez 
coletou gotas dos caldos para observar ao microscópio. Os balões arrolhados – e não lacrados ao fogo – 
continham caldo que abundava de germes vivos, mesmo as garrafas fervidas durante uma hora. Isto só 
podia significar que os germes contidos nos balões de Needham provinham do ar exterior (CAPANNA, 1999).
Needham e George-Louis Leclerc, o conde de Buffon, começaram a inventar uma grande teoria 
sobre o aparecimento da vida, uma bela filosofia que todos podiam compreender e que satisfazia tanto 
os mais devotos quanto os mais irônicos. Essa teoria ignorava as evidências de Spallanzani. Certa vez, 
Needham chegou a declarar que a experiência de Spallanzani era falha, porque ao aquecer as garrafas 
durante uma hora, o calor enfraquecia e neutralizava a “força vegetativa” – a causa de tudo, uma força 
vital capaz de criarmicrorganismos no caldo nutritivo –, impedindo-a, assim, de continuar a gerar 
pequenos animais.
Se houvesse uma força vital que ao ser aquecida impedisse a geração da vida, Spallanzani procurara 
destruí-la por completo. Numa série de experimentos sarcásticos e elegantes, chegou a conclusões que 
derrubavam essa teoria: 1) o caldo nutritivo de balões fervidos durante duas horas continha grande 
quantidade de microrganismos, caso os frascos fossem arrolhados em vez de selados, ou seja, enquanto 
se empregassem rolhas para fechar os balões, os germes do ar poderiam penetrar, contaminando 
o líquido; 2) caso sementes fossem tostadas, até se reduzirem a uma cinza escura – supostamente 
eliminando a tal força vegetativa –, ainda assim os caldos preparados a partir deste carvão fervilhariam 
de pequeníssimos organismos, dias depois.
Uma vez certo de que suas experiências tinham destruído a bela teoria de Needham sobre a geração 
espontânea da vida, Spallanzani estava agora convencido de que mesmo os micróbios tinham provindo 
sempre de outros que os antecederam. Tinha certeza também de que um micróbio sempre conservava a 
mesma espécie de seus pais, da mesma forma que uma zebra não se transforma em girafa. Havia uma 
sequência na ciência dos animais, da mesma forma que havia um ritmo no movimento das estrelas. 
16
Unidade I
Ao longo dos anos, Spallanzani perguntava-se como tais microrganismos se multiplicariam. Muitas 
vezes observara os micróbios dispostos dois a dois, colados um ao outro. Horace-Bénédict de Saussure, 
após observar os hábitos de reprodução de animálculos, afirmou que o fato de dois micróbios se 
apresentarem unidos não significaria que se juntaram para se reproduzir. Pelo contrário, esses dois seres 
nada mais eram do que um animálculo envelhecido, dividindo-se em duas partes. Segundo ele, este 
seria o único meio de reprodução dos micróbios (HEILBRON, 2003). 
Figura 4 – Desenhos originais de Saussure retratando a divisão 
de microrganismos vista através de um microscópio
Maravilhado com o relato de de Saussure, Spallanzani realizou um experimento engenhoso. 
Cuidadosamente colocou uma gota de caldo de cultura, cheia de microrganismos, sobre uma lâmina 
de vidro limpa. Com uso de um tubo capilar limpo, colocou, em seguida, uma segunda gota de caldo 
estéril ao lado da primeira. Tomou uma agulha, muito fina e limpa, introduziu-a cuidadosamente no 
caldo e fez um pequeno canal unindo as duas gotas. Rapidamente, focalizou seu microscópio sobre a 
passagem entre as gotas e observou até que um único animálculo se movesse em direção à gota estéril. 
Assim feito, rompeu a ligação entre as gotas. Agora, seria capaz de observar aquele único ser isolado. 
Subitamente, um espetáculo estranho sobressaltou-o: o micróbio – que tinha a forma de um pequeno 
bastão – começou a ficar fino, cada vez mais fino na parte central. Por fim, duas partes estavam ligadas 
apenas por um fio singelo, para, então, se separarem. Dois animaizinhos, que não se diferenciavam 
em forma daquele original, deslizavam elegantemente onde, antes, havia apenas um. Em questão de 
minutos, esses dois dividiram-se outra vez (NEEDHAM, 1970).
Tal como Spallanzani, Pasteur não podia acreditar que os microrganismos simplesmente pudessem 
nascer da matéria inanimada. Quando cresciam, seja sobre caldos nutritivos, leite ou manteiga, deveriam 
prover do ar. Ele supunha o ar cheio, assim, de coisas invisíveis. Inserindo algodão estéril dentro de 
pequenos tubos de vidro, ele colocou uma bomba de sucção em uma de suas extremidades e instalou 
a outra extremidade para o lado externo de uma janela, aspirando o ar do jardim, através do algodão. 
Depois, procurou contar cuidadosamente o número de micróbios retidos no algodão. Se pedaços desse 
algodão fossem transferidos para meios de cultura estéreis, tais microrganismos se multiplicariam. 
Entretanto, se esse sistema de sucção permitisse que o ar filtrado fosse aquecido, os micróbios retidos 
no algodão seriam mortos pelo calor e, portanto, nada cresceria se transferido a um meio de cultura.
Os defensores da geração espontânea exclamavam que ao aquecer o ar, tal força vital era destruída. 
Aquilo que o caldo precisaria para gerar animálculos era ar natural. Por volta de 1860, a Academia 
17
BIOLOGIA MOLECULAR APLICADA À BIOMEDICINA
de Ciências Francesa decidiu dar um prêmio ao cientista que pudesse sanar de vez a questão da 
espontaneidade ou não da vida, de forma inequívoca. Pasteur procurou inventar meios de introduzir 
ar não aquecido em um caldo fervido – e, assim mesmo, evitar vê-lo cheio de seres microscópicos. 
Mas como fazê-lo? Um dia, ao conversar com um velho professor seu – Antoine Jérôme Balard –, uma 
solução começou a tomar corpo. Balar sugeriu que, após adicionar o caldo dentro do frasco, Pasteur 
amolecesse o vidro do gargalo no seu maçarico e esticasse o gargalo para fora e para baixo, de modo a 
transformá-lo num pequeno tubo, retorcendo-o tal como um cisne quando dobra o pescoço, deixando, 
contudo, a extremidade do tubo aberta.
Figura 5 – Balão com pescoço de cisne de Pasteur. Com auxílio desses frascos, os experimentos 
de Pasteur puderam, por fim, derrubar a teoria da geração espontânea
Com uso dos balões com pescoço de cisne, o ar não aquecido seria capaz de entrar na solução estéril. 
Entretanto, os microrganismos presentes no ar se depositariam ao longo do pescoço em forma de S, 
não atingindo o meio nutritivo. Se o pescoço do frasco, contudo, fosse quebrado, microrganismos do ar 
poderiam atingir a solução e se multiplicar. Pasteur finalmente derrubara a teoria da geração espontânea. 
Anos mais tarde, recontando seu famoso experimento do balão com pescoço de cisne, afirmou que “a 
vida é um germe e um germe é vida. Nunca a doutrina da geração espontânea se recuperará do golpe 
mortal dessa experiência simples” (PASTEUR apud VALLERY-RADOT, 1902, p. 109). 
A unidade básica dos seres vivos é a célula. Embora o termo tenha sido cunhado por Robert Hooke, 
a teoria celular foi formulada em 1839 (em oposição à geração espontânea) e é creditada a Matthias 
Schleiden e Theodor Schwann (HAJDU, 2002), que estabeleceram que “a célula é a unidade estrutural e 
funcional dos seres vivos”, além de “reter uma existência ambígua, distintamente como uma entidade 
e como um bloco de construção de organismos” (apud RHOAD, 2007). Rudolf Virchow, um importante 
patologista, complementou a teoria postulando, em 1855, que “todas as células vêm de células 
preexistentes” (apud KUIPER, 2010, p. 28). Os organismos vivos podem ser classificados de acordo com 
as estruturas internas das células, em dois grupos: os eucariotos e os procariotos. Os protozoários, as 
plantas, os fungos e os animais são eucariotos; as bactérias e as arqueias são procariotos. Os procariotos 
não possuem um núcleo compartimentado para abrigar seu material genético. No núcleo das células 
eucarióticas e na região nucleoide das procarióticas estão armazenadas as informações genéticas do 
organismo, responsáveis pela manutenção e transmissão de suas características.
18
Unidade I
 Observação
Os eucariotos (do grego eu, “verdadeiro” ou “real”, e karyon, “núcleo”) 
possuem o material nuclear envolto por uma membrana dupla, o envelope 
nuclear. Já aquelas sem envelope nuclear são os procariotos (do grego 
pro, “antes”).
Dois grandes grupos de procariotos podem ser distinguidos: as arqueias (do grego arche, “origem”) 
e as bactérias. Esses dois grupos distintos divergiram bem cedo na história da vida na Terra, antes 
mesmo de os eucariotos divergirem como um grupo separado.
As arqueias foram descobertas originalmente em ambientes mais extremos, como águas salgadas, 
águas quentes, pântanos e regiões profundas de oceanos. Atualmente se sabe que estão amplamente 
presentes nos ambientes menos extremos, desde solos e lagos ao interior do estômago de bovinos. 
As arqueias, entretanto, estão mais proximamente relacionadas com os eucariotos do que com as 
bactérias. Embora sua morfologia e metabolismoenergético sejam mais semelhantes aos das bactérias 
mais comuns, em nível molecular assemelham-se aos eucariotos, principalmente com relação à 
maquinaria de manipulação da informação gênica (replicação, transcrição e tradução). Todos os 
organismos eucariotos surgiram da mesma ramificação que deram origem às arqueias. A figura seguinte 
apresenta uma esquematização dos maiores domínios do mundo vivo.
Árvore filogenética da vida
Aquifex
Thermotoga
Planctomyces
Pyrodicticum
Thermoproteus
T. celer
Methanococcus
Methanobacterium
Methanosarcina
Halophiles
Cyanobacteria
Proteobacteria
Entamoebidea
Mycetozoa
Animais
Fungos
Plantas
Ciliados
Flagelados
Trichomonadida
Microsporidia
Diplomonadida
Spirochetes
Bactéria Archaea Eukaria
Gram 
positivas
Bactérias verdes 
filamentosas
Bacteroides 
cytophaga
Figura 6 – As três maiores divisões (domínios) do mundo vivo. Esta árvore filogenética, baseia-se na análise 
do sequenciamento de RNA ribossomal e indica a separação de bactérias, arqueias e eucariotos
Fósseis mais antigos do que 1,5 bilhão de anos estão limitados àqueles organismos pequenos e 
relativamente simples, semelhantes na forma e no tamanho dos procariotos modernos. Iniciando-se 
há cerca de 1,5 bilhão de anos, os registros fósseis começam a mostrar evidências de organismos mais 
complexos e maiores.
19
BIOLOGIA MOLECULAR APLICADA À BIOMEDICINA
 Observação
Detalhes da via evolucionária dos procariotos para os eucariotos não 
podem ser deduzidos apenas a partir dos registros fósseis, entretanto 
comparações morfológicas e bioquímicas de organismos modernos 
sugerem uma sequência razoável de eventos consistentes com a 
evidência fóssil.
M
ilh
õe
s 
de
 a
no
s 
at
rá
s
3000
2000
1500
0
500
Diversificação de 
eucariotos multicellares 
(plantas, fungos, animais)
1000
Algas vermelhas e 
verdes endossimbiontes 
(mitocôndria, plastídeos)
2500
Bactéria aeróbica 
Desenvolvimento de atmosfera rica 
em O2
3500
Cianobactérias fotossíntetizantes 
produtoras de O2 e bactérias sulfurosas 
fotossintetizantes, metanógenos
4000 Formação de oceanos e continentes
4500 Formação da Terra
Figura 7 – Pontos de referência na evolução da vida na Terra
20
Unidade I
Os primeiros naturalistas compreendiam bem as similaridades e diferenças entre as espécies de 
seres vivos, sendo que Carl von Linné desenvolveu um sistema hierárquico de classificação que é usado 
até hoje. Charles Darwin e seus contemporâneos foram os primeiros a associar a estrutura hierárquica 
de classificação com a árvore da vida, dispondo dos esparsos registros fósseis da época. Darwin 
eloquentemente descreveu um processo de descendência com modificações, ou evolução, no qual os 
organismos ou se adaptavam a pressões seletivas do ambiente, ou então pereceriam ao longo do tempo.
Três alterações principais devem ter ocorrido quando os procariotos deram origem aos eucariotos: 
1) as células adquiriram mais material genético – surgiram mecanismos que o dobraram e o 
associaram com proteínas específicas, compactando-o em discretos complexos – os cromossomos, 
dividindo-os igualmente entre as células-filhas durante a divisão celular; 2) um sistema de membranas 
intracelulares se desenvolveu, à medida que as células tornaram-se maiores – essas membranas 
permitiram a compartimentalização de regiões no interior das células, possibilitando, assim, o estabelecimento 
de organelas; 3) associações endossimbióticas tornaram-se permanentes – algumas bactérias aeróbicas 
evoluíram para as mitocôndrias dos eucariotos modernos e algumas cianobactérias fotossintetizantes 
tornaram-se os plastídios, tais como os cloroplastos das células vegetais.
As células eucarióticas típicas são muito maiores do que as células procarióticas. Aquelas comumente 
têm de 5 a 100 µm de diâmetro, enquanto estas possuem de 1 a 10 µm. Muitos eucariotos são 
organismos unicelulares, dos quais, entre os mais simples, destacam-se as leveduras. Contudo, 
outros eucariotos unicelulares são células muito mais complexas: os protistas. Tais organismos são 
especializados para realizar uma grande variedade de ações, incluindo a fotossíntese, o deslocamento, 
a captura e a ingestão de alimento. As amebas são exemplos dotados de alta mobilidade por meio de 
extensões citoplasmáticas chamadas pseudópodes. Outros eucariotos unicelulares – como espécies 
do gênero Euglena – contêm cloroplastos e são capazes de realizar fotossíntese.
Mitocôndria Ovócito humano
Célula 
vegetal
Ovócito 
de sapo
Bactéria
100 nm 1 µm 10 µm 100 µm 1 mm
Tamanhos relativos em uma escala logarítmica
Célula 
animal
Figura 8 – Ilustração esquemática de células e organelas. As células de plantas usualmente possuem de 10 a 100 µm de 
diâmetro, maiores do que as células animais, que variam de 5 a 30 µm, em geral. Entre algumas exceções, destacam-se os 
ovócitos: o ovócito humano está entre as células com maior diâmetro no corpo humano, enquanto um ovócito de 
sapo pode ser visível a olho nu, bactérias geralmente são bem menores, com diâmetro entre 1 e 10 µm 
21
BIOLOGIA MOLECULAR APLICADA À BIOMEDICINA
Os organismos multicelulares evoluíram a partir de eucariotos unicelulares. Alguns desses formam 
agregados multicelulares que parecem representar uma transição evolucionária entre células individuais 
e organismos multicelulares. Por exemplo, as células das algas verdes unicelulares do gênero Volvox, 
descritas pela primeira vez por Leeuwenhoek, associam-se umas às outras formando colônias esféricas 
de até 50.000 células. O aumento da especialização celular direcionou a transição de agregados coloniais 
para verdadeiros organismos multicelulares. A contínua especialização celular e a divisão do trabalho 
entre as células do organismo levaram à complexidade e diversidade observadas entre os diferentes 
tipos de células que compõem as plantas e os animais atuais.
A) B)
Figura 9 – Exemplos de algas unicelulares. Esquematização de Euglena viridis, um organismo unicelular de vida livre (A) e algas 
unicelulares do gênero Volvox associam-se umas com as outras para formarem colônias multicelulares (B)
Nos primórdios, os seres humanos domesticaram animais ou cultivaram plantas e sempre procuraram 
desenvolver algumas características especiais por meio de cruzamentos seletivos. Entretanto, não se 
conseguia prever, com certeza, os padrões da hereditariedade. A definição desses padrões deve ser 
atribuída ao esforço de um cientista que elaborou os fundamentos para o entendimento de como os 
organismos herdavam suas características. Isso foi realizado, pela primeira vez, pelo monge austríaco 
Gregor Johann Mendel.
 Mendel utilizou a ervilha – Pisum sativum – que é fácil de cultivar e tem características 
bem distintas, ou caracteres (termo de Mendel), que são fáceis de observar. Esses caracteres (ou 
fenótipos), presentes em pares contrastantes, incluem sementes que são amarelas ou verdes, lisas 
ou rugosas; plantas que são baixas ou altas (haste curta ou longa), e as pétalas das flores, que 
podem ser de cor rosa ou branca. Mendel cruzou linhagens com determinados caracteres por muitas 
gerações até que elas não mais mostrassem variações naquele caractere – os descendentes dessas 
“plantas puras” sempre apresentaram, por exemplo, ou sementes verdes ou amarelas. Algumas das 
observações que Mendel considerou úteis para o seu trabalho haviam sido feitas pelo botânico 
alemão Joseph Gottlieb Kölreuter, no final do século XVIII. Kölreuter estudou muitas plantas por 
polinização cruzada e produziu híbridos (descendentes de pais geneticamente diferentes). Apesar 
de alguns de seus híbridos apresentarem características intermediárias entre os pais (seguindo o 
22
Unidade I
pensamento vigente na época), outros não eram intermediários, mas se pareciam muito com um 
dos pais.
Durante um período de nove anos, Mendel investigou os princípios básicos da hereditariedade, 
cruzando ervilhas de diferentes morfologias e examinando seus descendentes (geração F1), contando o 
númerode plantas que mostrou um ou o outro caractere. Por exemplo, no cruzamento de ervilhas que 
possuíam sementes amarelas com ervilhas que possuíam sementes verdes, toda a progênie apresentava 
sementes amarelas. Esse caractere (fenótipo), portanto, foi denominado dominante, enquanto aquele 
que não apareceu na geração F1 foi chamado de recessivo. 
Quadro 1 – Resultados da geração F1 de todos os cruzamentos mendelianos 
nos quais os genitores diferiam por uma característica
Fenótipo parental Geração F1
1. Sementes lisas vs rugosas Todas lisas
2. Sementes amarelas vs verdes Todas amarelas
3. Pétalas púrpuras vs brancas Todas púrpuras
4. Vagens infladas vs murchas Todas infladas
5. Vagens verdes vs amarelas Todas verdes
6. Flores axiais vs terminais Todas axiais
7. Caules longos vs curtos Todos longos
Fonte: Griffiths et al. (2002, p. 29).
Mendel interpretou corretamente seus resultados: os vários caracteres eram controlados por 
fatores discretos (agora chamados de genes), uma cópia oriunda do progenitor masculino e outra 
do progenitor feminino. Por exemplo, as linhagens puras de ervilhas lisas possuíam duas versões 
(ou alelos) dos genes que manifestavam tal caractere (AA), enquanto as linhagens puras de ervilhas 
rugosas possuíam duas cópias (aa) daqueles outros alelos. Cada gameta possuía apenas uma cópia 
de um alelo (A ou a), sendo que no cruzamento entre AA e aa, as plantas da geração F1 possuíam 
todas ambos os alelos (Aa). As sementes eram lisas porque essa característica era dominante sobre a 
outra. A característica manifestada é denominada fenótipo, enquanto a composição genética deste 
indivíduo é chamada de genótipo. Indivíduos com fenótipos idênticos podem possuir deferentes 
genótipos. O termo homozigoto se refere a um par de genes no qual ambos os alelos são idênticos 
(por exemplo, AA ou aa). Por outro lado, aqueles pares em que os alelos maternos e paternos são 
diferentes (Aa) são chamados de heterozigotos.
 Lembrete
O genótipo de um organismo é a informação que codifica todas 
as características particulares do organismo; o fenótipo refere-se às 
propriedades reais, expressas.
23
BIOLOGIA MOLECULAR APLICADA À BIOMEDICINA
Mendel então cruzou a geração F1 para produzir uma geração F2. Diferentemente do resultado 
obtido com o cruzamento das linhagens “puras”, a geração F2 era constituída de plantas com fenótipos 
dominantes e recessivos: por exemplo, para cor da semente, havia em média três plantas com sementes 
amarelas para cada planta com sementes verdes na geração F2. Essa relação de 3:1 na geração F2 foi 
mantida para outros pares de caracteres dominantes e recessivos. 
Tabela 1 – Resultados da geração F2 de todos os cruzamentos entre indivíduos 
da geração F1 nos quais os genitores diferiam por uma característica
Geração F2 Proporção
1 5.474 lisas; 1.850 rugosas 2,96:1
2 6.022 amarelas; 2.001 verdes 3,01:1
3 705 púrpuras; 224 brancas 3,15:1
4 822 infladas; 299 murchas 2,95:1
5 428 verdes; 152 amarelas 2,82:1
6 651 axiais; 207 terminais 3,14:1
7 787 longas; 277 curtas 2,84:1
Fonte: Griffiths et al. (2002 p. 29).
O reaparecimento dos caracteres recessivos na geração F2 indica que os alelos recessivos não foram 
modificados nem perdidos na geração F1, mas que os genes dominantes e recessivos são independentemente 
transmitidos, e, portanto, segregados independentemente durante a formação dos gametas. Esse princípio é 
descrito como a primeira lei de Mendel.
 Observação
Primeira lei de Mendel: os dois membros de um par de genes se 
segregam um do outro para os gametas; assim, metade dos gametas leva 
um membro do par e a outra metade dos gametas leva o outro membro 
do par.
Finalmente ele analisou as consequências do cruzamento entre linhagens de plantas que 
tinham dois caracteres contrastantes: por exemplo, plantas altas com sementes amarelas 
foram cruzadas com plantas baixas com sementes verdes. Todos os descendentes da geração 
F1 foram plantas altas com sementes amarelas (fenótipo alto dominante em relação a baixo, 
e fenótipo amarelo dominante em relação a verde). Na geração F2, todas as quatro possíveis 
combinações apareceram: 1) plantas altas, sementes amarelas; 2) plantas altas, sementes verdes; 
3) plantas baixas, sementes amarelas; 4) plantas baixas, sementes verdes. Parecia que diferentes 
caracteres eram transmitidos de forma independente (segregação independente). Além disso, 
24
Unidade I
essa série de quatro caracteres sempre apareceu, em média, na proporção de 9:3:3:1. O princípio 
da segregação independente é conhecido como segunda lei de Mendel, que hoje encontra uma 
versão moderna.
 Observação
Segunda lei de Mendel: pares diferentes de genes se segregam 
independentemente na formação dos gametas (GRIFFITHS et al., 2002).
 Lembrete
Nós hoje sabemos que essa definição da “segunda lei” é verdadeira 
apenas em alguns casos. A maioria dos casos de independência é observada 
para genes em cromossomos diferentes. Os genes no mesmo cromossomo, 
em geral, não se segregam independentemente. Assim, a versão moderna 
da segunda lei de Mendel é: os pares de genes em cromossomos separados 
se distribuem independentemente na meiose.
Os resultados de Mendel descrevendo o padrão de transmissão de caracteres em ervilhas e suas 
conclusões acerca dos princípios da hereditariedade foram apresentados em uma conferência em 
1865 e publicados em 1866. Apesar de essa publicação ter sido distribuída a várias bibliotecas e 
separatas terem sido enviadas a renomados biólogos da época, suas descobertas foram ignoradas, 
ou porque as bases físicas de sua teoria só foram entendidas após a descoberta da meiose ou 
porque os biólogos não estavam habituados a pensar em termos matemáticos. Em 1900, 16 anos 
após a morte de Mendel, três pesquisadores diferentes – o holandês Hugo de Vries, o alemão 
Carl Erich Correns e o austríaco Erich von Tschermak-Seysenegg – chegaram a conclusões 
semelhantes a partir de experimentos independentes, redescobrindo a publicação original de 
Mendel (GRIFFITHS et al., 2002; WATSON et al., 2009; SCHOR; BOIM; SANTOS, 2003).
Em 1868, Ernst Haeckel observou que o espermatozoide consistia em grande parte de material 
nuclear, postulando que o núcleo seria responsável pela hereditariedade (WATSON et al., 2013). 
Entretanto, o papel dos cromossomos como portadores da informação genética era desconhecido 
à época e os processos de mitose e meiose ainda seriam descritos alguns anos depois (GRIBBIN, 
2004). Em 1876, Oscar Hertwig observou a fertilização em ouriços do mar e relatou a fusão dos 
núcleos do espermatozoide e do ovócito, fornecendo a base para a transmissão hereditária. Os 
desenhos da fusão dos pronúcleos masculino e feminino em camundongo, de Johannes Sobotta 
em 1895, são tão precisos que poderiam ilustrar qualquer livro-texto dos dias de hoje (CLIFT; 
SCHUH, 2013). 
25
BIOLOGIA MOLECULAR APLICADA À BIOMEDICINA
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Figura 10 – História da descoberta da fertilização. Esquematizações da fusão de pronúcleos masculino 
e feminino e início da primeira divisão celular mitótica do zigoto, por Sobotta (1895) 
Em 1903, Walter Sutton (SUTTON, 1903), um geneticista americano, publicou um artigo intitulado 
The Chromosomes in Heredity (Os Cromossomos na Hereditariedade). Nesse artigo, Sutton enfatizou 
que um conjunto de cromossomos diploide consistia, na verdade, em dois conjuntos (haploides) 
morfologicamente semelhantes, sendo que durante a meiose cada gameta receberia apenas um 
de cada cromossomo homólogo. Ele então usou este fato para explicar os resultados de Mendel, 
e afirmou que os cromossomos podem se constituir na base física das leis da hereditariedade de 
Mendel (WATSON, 2013). Durante a mitose, a partição dos cromossomos é exata: cada célula recebe 
uma cópia de cada cromossomo. Por outro lado, na meiose, o número de cromossomos é reduzido 
à metade. O processo de fecundação restaura o número de cromossomos característico das células 
somáticas de cada espécie, sendo que um cromossomo de cadapar vem do pai, e outro, da mãe. 
Portanto, os cromossomos comportam-se exatamente como deveriam se fossem responsáveis pelos 
genes de Mendel.
Se os cromossomos são os portadores dos genes, seria então possível associar a herança de um 
fenótipo específico com os cromossomos. A primeira característica a ser atribuída aos cromossomos 
foi a sexual. Em 1905, Nettie M. Stevens e Edmund B. Wilson descobriram os cromossomos sexuais. 
Esses pesquisadores demonstraram que um cromossomo, chamado X, está presente em duas cópias 
nas células somáticas das fêmeas, mas apenas em uma cópia nas dos machos, que também carregam o 
cromossomo Y, morfologicamente distinto.
26
Unidade I
E)
C)
A)
F)
D)
B)
Figura 11 – Cromossomos sexuais da mosca varejeira, Calliphora vomitoria. Mostram os cromossomos de células somáticas, 
respectivamente, de machos e fêmeas. Existem cinco pares de cromossomos autossômicos e um par de cromossomos sexuais 
(A e B). O macho tem o cromossomo X mais longo e o cromossomo Y mais curto e a fêmea tem dois cromossomos X (C). 
Durante a meiose, os cromossomos X e Y se unem, mostrando que são homólogos (D) e se separam de forma que os 
espermatozoides contêm um número haploide de autossomos e ou o cromossomo Y (E) ou o cromossomo X (F)
Era natural especular, então, que todas as características, não apenas as que determinam o sexo, 
estivessem localizadas nos cromossomos. Durante os anos de 1910 e 1915, trabalhos do grupo de 
Thomas H. Morgan usando a mosca-da-fruta, Drosophila melanogaster, demonstraram a relação de 
uma característica e o sexo. Ao cruzar moscas de olhos vermelhos entre si, Morgan observou um 
único macho de olhos brancos. Quando esse macho de olhos brancos foi cruzado com uma fêmea 
de olhos vermelhos, toda a progênie (geração F1) apresentou olhos vermelhos (machos ou fêmeas), 
concluindo-se que olhos brancos eram recessivos. Contudo, quando machos e fêmeas da geração F1 
foram cruzados entre si, Morgan notou, na geração F2, que todas as fêmeas tinham olhos vermelhos 
(Xw+Xw, 50% do total de moscas), metade dos machos tinham olhos vermelhos (Xw+Y, 25% do total) e 
metade dos machos tinham olhos brancos (XwY, 25% do total). A razão, independentemente do sexo, 
era de 3:1 quanto à cor dos olhos (vermelhos:brancos), mas o branco havia sido observado apenas 
nos olhos de machos.
O branco dos olhos não era uma característica limitada aos machos, pois fêmeas de olhos brancos 
poderiam ser obtidas se as moscas fêmeas de F1 (heterozigotas, X
w+Xw) fossem cruzadas com os 
machos de olhos brancos (XwY). A explicação para esses dados era que o gene para a cor dos olhos, 
assim como o que determina o sexo, precisa se localizar no cromossomo X. Como as fêmeas têm dois 
cromossomos X, olhos brancos em fêmeas só poderiam ser observados se ambos os cromossomos X 
portassem o gene mutado (XwXw); os machos, por outro lado, têm apenas um cromossomo X (e um 
cromossomo Y). 
27
BIOLOGIA MOLECULAR APLICADA À BIOMEDICINA
 Saiba mais
A mosca Drosophila melanogaster tem sido um dos mais importantes 
organismos de pesquisa em genética. Seu curto ciclo de vida contribui para 
sua utilidade quanto a isso. Entretanto, o mecanismo de determinação sexual 
nessa mosca difere do de mamíferos. Na mosca-das-frutas há fêmeas XX e 
machos XY, contudo é o número de cromossomos X que determina o sexo: dois 
X resultam em fêmea e um X resulta em macho. Nos mamíferos, a presença do 
Y determina masculinidade, e a ausência de um Y determina feminilidade.
Para mais informações, consulte:
GRIFFITHS, J. F. et al. Introdução à genética. 7. ed. Guanabara Koogan, 2002.
Geração P
Branco ♂
(XWY)
Vermelho ♀
(XW+YW+)
x
A)
 
Geração F1
Vermelho ♂
(XW+Y)
Vermelho ♀
(XW+YW)
x
B)
Geração F2
Vermelho ♂
(XW+Y)
Branco ♂
(XWY)
Vermelho ♀
(XW+YW)
C)
Figura 12 – Experimento de Morgan com a Drosophila macho de olhos brancos. A Drosophila macho é menor do que a fêmea, e a 
cor dos olhos do tipo selvagem de ambos os sexos é vermelha. O simbolismo na figura é moderno, não aquele usado por Morgan 
originalmente. X e Y representam, respectivamente, os cromossomos X e Y, e os índices W+ e W representam a cor dos olhos 
vermelha e branca, respectivamente (A). Inicialmente, um macho de olhos brancos foi posto para cruzar com uma fêmea de olhos 
vermelhos (Geração P – parental); como resultado desse cruzamento surgiu a geração F1, na qual tanto machos quanto fêmeas eram 
todos portadores de olhos vermelhos. Isso indicava que o branco era recessivo em relação ao vermelho (B). Os machos e as fêmeas 
da geração F1 foram então cruzados um com o outro. Moscas de olhos brancos reapareceram na geração F2 (C), mas eram todos 
machos. Isso sugeriu que a cor dos olhos estava de alguma forma associada ao sexo nesses organismos
Nos anos seguintes, muitos outros mutantes foram observados no cromossomo sexual ou nos 
cromossomos autossômicos de Drosophila melanogaster. Durante outros estudos, muitos exemplos 
mostraram uma tendência de duas características serem sempre herdadas juntas, ou ligadas, isto é, os 
tais genes estavam no mesmo cromossomo. Isso foi um marco histórico e um poderoso argumento para 
a teoria cromossomal da hereditariedade.
28
Unidade I
Dois genes em um mesmo cromossomo, entretanto, nem sempre segregam juntos. Isso acontece 
em consequência da troca física entre pares de cromossomos homólogos quando pareados durante a 
meiose (mecanismo denominado crossing-over ou permutação). Quanto mais próximos dois genes 
estiverem em um mesmo cromossomo, maior a chance de serem segregados juntos; por outro lado, 
quanto mais distantes estiverem um do outro, maior a chance de haver uma recombinação de genes 
entre os cromossomos homólogos. A base citológica desses eventos foi descrita pela primeira vez pelo 
citologista belga Frans A. Janssens (JANSSENS, 1909) e a teoria desenvolvida por Morgan nos anos 
seguintes, em seus estudos sobre hereditariedade em Drosophila.
A)
B)
Schéma XXI Schéma XXII Schéma XXIII Schéma XXIV
C) D)
B
B
b
B
A
A
a
a
a
A
b
b
Figura 13 – Desenhos do artigo de Janssen (1909) ilustrando a troca de segmentos cromossomais em configurações chamadas 
quiasmas. “Schéma (esquema) XXI”: representação de um único quiasma entre cromossomos homólogos AB (preto) e ab (branco); 
“Schéma (esquema) XXII” representa as quatro cromátides (dos cromossomos AB e ab) e o sítio onde, segundo Janssens, ocorreria 
a quebra e troca recíproca entre duas cromátides, na fase de diplóteno da prófase I. “Schéma (esquema) XXIII”: representação 
em anáfase I. “Schéma (esquema) XXIV”: ilustração da consequência da troca entre duas das quatro cromátides (A). Ilustração de 
Janssen representando a presença de dois quiasmas (setas) (B). Microscopia representativa do evento ilustrado em C; as bolas escuras 
correspondem aos centrômeros e os quiasmas estão destacados pelas setas (C). Representação de múltiplos quiasmas (setas); as 
pontas de setas avulsas indicam sobreposição de duas cromátides sem ocorrência de troca entre elas (D)
 Observação
Quiasma (grego khiasma) refere-se a algo que se dispõe de forma 
cruzada. Em genética, um quiasma é o ponto de contato, o elo físico, entre 
duas cromátides não irmãs de cromossomos homólogos.
No início do século XX, determinou-se, portanto, que os cromossomos eram os portadores (físicos) da 
informação genética. Mas qual seria a natureza química das moléculas responsáveis por tais estruturas?
29
BIOLOGIA MOLECULAR APLICADA À BIOMEDICINA
 Lembrete
Cromossomos são estruturas contendo DNA que transportam 
fisicamente a informação hereditária. Genes são segmentos de DNA que 
codificam produtos funcionais.
1.1 Os cromossomos contêm tanto ácidos nucleicos quanto proteínas
A análise da natureza química dos cromossomos precedeu qualquer conhecimento de seu papel na 
hereditariedade. Durante os anos em que Mendel estudava as ervilhas, o médico suíço Friedrich Miescher 
tentava identificar a composição química dos núcleos celulares. Em 1869, Miescherisolou núcleos de 
células brancas degeneradas a partir do pus de bandagens removidas de ferimentos de soldados (FRIXIONE; 
RUIZ-ZAMARRIPA, 2019). Ele identificou um material contendo fósforo que, por causa de sua origem, 
chamou de nucleína (terminologia não mais utilizada). A nucleína de Miescher era uma mistura de 
proteínas carregadas positivamente e um material ácido que, em 1889, Richard Altman (ALTMANN 
apud FRIXIONE; RUIZ-ZAMARRIPA, 2019) chamou de ácido nucleico (do alemão, nucleinsäure).
Ao longo dos anos seguintes, Albrecht Kossel, um futuro ganhador do Prêmio Nobel de Medicina (em 
1910) por suas contribuições acerca da química celular, descobriu a existência das bases nitrogenadas 
(guanina, adenina, timina, citosina e, por fim, uracila), como componentes dos ácidos nucleicos.
CH
6
53
2
1
4
CHHC
N
N
H
C
4
51
2
3
6
HC
N
N
H
C
C
N
7
8
9
CH
N
H
C
Pirimidina
A)
Purina
Adenina
B)
Guanina
4
51
2
3
6
HC
N
N
C
C
N
7
8
9
CH
NH2
N
H
C 4
51
2
3
6HN
N
C
C
O
N
7
8
9
CH
H2N
N
H
CC
C)
Timina
6
53
2
4HN C
C
O
O
CH
CH3
C
N
H
1
Citosina
6
53
2
4
C
O
CH
CH
NH2
C
N
N
H
1
Uracila
6
53
2
4
C
O
CH
CH
O
C
HN
N
H
1
Figura 14 – As bases nitrogenadas dos ácidos nucleicos. As bases nitrogenadas são compostos orgânicos heterocíclicos, hidrofóbicos, 
essencialmente planares, e são classificadas como purinas (ou bases púricas) e pirimidinas (ou bases pirimídicas), em função de sua estrutura 
química; as purinas consistem em um anel pirimídico fundido a um anel imidazólico (A). Cinco bases nitrogenadas são comumente 
encontradas nos ácidos nucleicos: entre as purinas tem-se adenina e guanina (B); entre as pirimidinas, timina, citosina e uracila(C)
30
Unidade I
Eventualmente, duas principais categorias de ácidos nucleicos foram identificadas. A principal 
diferença entre essas macromoléculas – atualmente conhecidas como RNA e DNA – estava na sua 
composição química: uma base pirimídica era majoritariamente encontrada no RNA (uracila), enquanto 
outra estava presente apenas no DNA (timina); além disso, os componentes glicídicos também eram 
diferentes – Phoebus Levene (LEVENE, 1910) descobriu que o açúcar dos nucleotídeos que compõem 
o RNA era a ribose (daí a terminologia ácido ribonucleico), enquanto no DNA era a desoxirribose (daí o 
nome ácido desoxirribonucleico).
 Observação
Para que não haja confusão quanto à numeração dos átomos da base 
nitrogenada e do açúcar, os carbonos do açúcar são designados pelo 
número acrescido de “linha” (1’, 2’, e assim sucessivamente).
HO OH
OH
O
HO OH
OH OH
O
β-D-2-desoxirribose
Desoxirribonucleotídeo
Base nitrogenadaAçúcarFosfato
Ribonucleotídeo
β-D-ribose
A)
B)
C)
OH
H2N
O
N
N
OPHO
OH
O
N
N
OH OH
H2N
O
N
N
OPHO
OH
O
N
N
Figura 15 – Ácidos nucleicos são compostos por nucleotídeos. Os açúcares que fazem parte dos nucleotídeos são pentofuranoses: 
no DNA é a β-D-2-desoxirribose, enquanto no RNA, a β-D-ribose (A). O grupamento fosfato fica ligado ao carbono 5’ do açúcar e a 
base nitrogenada liga-se ao carbono 1’, através do OH glicosídico (B). Esquematização tridimensional de um desoxirribonucleotídeo: 
átomos de carbono estão representados em preto, oxigênio em vermelho, nitrogênio em azul, fósforo em roxo e hidrogênio em 
branco; ligações covalentes entre os átomos estão representadas por conectores verdes (C)
31
BIOLOGIA MOLECULAR APLICADA À BIOMEDICINA
 Lembrete
Nucleotídeos são compostos formados por um açúcar (pentose) 
ao qual se ligam um resíduo de ácido fosfórico (fosfato em sua forma 
desprotonada) e uma base nitrogenada.
Miescher e muitos outros suspeitavam que os ácidos nucleicos eram associados, de alguma 
forma, com a herança celular. Contudo, a grande maioria dos bioquímicos ainda acreditava, que 
os genes eram proteínas. É relativamente comum observar como a pesquisa em um campo das 
ciências biológicas contribui para outro, aparentemente não relacionado. Um exemplo disso é o 
trabalho do médico inglês Frederick Griffith. Em 1928, Griffith investigava a patogenicidade de um 
dos agentes causadores de pneumonia no homem, a bactéria Streptocuccus pneumoniae. Duas 
cepas distintas da mesma bactéria foram identificadas em cultura: uma que produzia colônias 
brilhantes e lisas (designadas S, do inglês smooth), e outra cujas colônias eram rugosas (designadas 
R, do inglês rough). Quando injetada em camundongos, a cepa S do pneumococo é letal, enquanto 
a cepa R é inócua. Em outras palavras, a cepa S é virulenta (causa doença) e a cepa R é não 
virulenta. Na tentativa de obter uma vacina contra a pneumonia, Griffith inoculou camundongos 
com pneumococos virulentos (cepa S) mortos pelo calor, e os animais não desenvolveram a 
doença. Entretanto, quando os animais foram inoculados com uma mistura de bactérias vivas não 
virulentas (cepa R) e bactérias mortas da cepa S, todos morreram de pneumonia. O sangue desses 
camundongos estava repleto de bactérias vivas, muitas das quais da cepa S. Griffith concluiu que 
alguma substância do organismo patogênico, não destruída pelo calor, poderia ser absorvida pelas 
células não virulentas. Essas novas bactérias virulentas mantinham sua patogenicidade quando 
isoladas e reinjetadas em camundongos. Esta mudança podia ser, portanto, herdada. Griffith 
não tentou identificar tal substância à época, chamando-a, apenas de “princípio transformante” 
(GRIFFITH, 1928).
32
Unidade I
A)
cepa S
Camundongos 
mortos
D)
cepa R
cepa S
Camundongos 
mortos
B) C)
cepa R cepa S
Camundongos 
vivos
Camundongos 
vivos
Figura 16 – O experimento de Griffith demonstrando a transformação do Streptococcus pneumoniae. Quando a cepa S era injetada 
em camundongo, ele morria (A). Quando a cepa R era injetada, a doença não aparecia (B) Se o pneumococo da cepa S morto pelo 
calor fosse inoculado no camundongo, a doença não se manifestava (C). A adição de bactérias virulentas mortas pelo calor a uma 
cepa não virulenta transformava-a permanentemente em uma bactéria virulenta e letal da cepa S (D)
Foi apenas em 1944, após dez anos de pesquisas, que a identificação da natureza química do 
“princípio transformante” seria elucidada, por meio dos experimentos de Oswald Avery e seus jovens 
colegas Maclyn McCarty e Colin MacLeod. Eles trataram extratos do “princípio transformante” obtidos a 
partir de bactérias da cepa S de Streptococcus pneumoniae com diferentes classes de enzimas, de modo 
a destruir diversos tipos de substâncias presentes naqueles extratos. Os pesquisadores concluíram que 
o fator de transformação era o DNA (AVERY; MACLEOD; MCCARTY, 1944). Não somente foi o DNA 
a molécula predominante em sua preparação, se esse fosse degradado, a atividade transformante era 
perdida. Todos os demais componentes eram dispensáveis.
Nos anos 1940, Max Delbrück, Salvador Luria e Alfred D. Hershey estudaram intensivamente um 
grupo de vírus (bacteriófagos) que se multiplicava dentro da bactéria Escherichia coli. Esses três 
pesquisadores receberam o Prêmio Nobel de Medicina em 1969 por suas descobertas acerca dos 
mecanismos de replicação e estrutura genética de vírus. Os bacteriófagos são adequados para estudos 
genéticos, pois uma única partícula infectante necessita somente de vinte minutos para produzir, dentro 
da célula hospedeira, milhares de novas partículas virais. Em 1952, Hershey e Martha Chase usaram 
o rastreamento com fósforo radioativo (32P) e o enxofre radioativo (35S) para mostrar que, quando o 
33
BIOLOGIA MOLECULAR APLICADA À BIOMEDICINA
bacteriófago T2 infecta a Eschericha coli, é o fósforo contido no DNA da partícula viral, e não o enxofre 
contido na proteína do capsídeo viral, que entra na célula hospedeira e fornece a informação genética 
para a replicação viral. Esse experimento forneceu a evidência independente de que o DNA transportava 
a informação genética (HERSHEY; CHASE, 1952).
Esses importantes experimentos iniciais e muitas outras linhas de evidência mostraram que o DNA é 
definitivamenteo componente cromossômico que possui a informação genética.
cepa SA)
B)
C)
R RS S S
Extrato do princípio ativo 
(DNA) de bactérias da cepa S
Controle sem extrato
Adição de 
pneumococos R em 
todos os tubos
Pneumococos rugosos transformados em 
lisos pelo DNA de pneumococos lisos
Pré-tratamento Nada Nada Tripsina RNase DNase
Figura 17 – O experimento de transformação de Avery, McCarty e MacLeod. Formas virulentas da bactéria Streptococcus pneumoniae 
(cepa S) foram cultivadas e extratos obtidos a partir do lisado celular foram preparados, até que uma fração enriquecida com o 
“elemento transformante” fosse obtida (A). O fator de transformação foi, então, incubado ou não com diferentes enzimas que agiam 
sobre diferentes substâncias, e em seguida pneumococos da cepa R foram adicionados às preparações (B). Sem nenhum extrato 
da bactéria do tipo S, a bactéria R continuou a produzir colônias rugosas; com DNA, as bactérias R foram transformadas, e então 
cresceram como colônias lisas em cultura. O pré-tratamento com enzimas proteolíticas (tripsina ou quimiotripsina) ou ribonuclease 
não produziu nenhum efeito, enquanto a atividade de transformação foi completamente abolida pelo tratamento com um extrato da 
mucosa de cachorro – conhecido por ser rico em enzimas capazes de degradar DNA (C) 
A patogenicidade das bactérias Streptococcus pneumoniae reflete a ação do gene cap (gene da 
cápsula), que codifica uma importante enzima envolvida na síntese da cápsula, que contém carboidratos 
e que envolve a maioria das bactérias causadoras de pneumonia. Quando o alelo S do gene da cápsula 
(capS) está presente, uma cápsula (necessária para a patogênese) é formada em torno da célula – a 
34
Unidade I
formação dessa cápsula confere uma aparência lisa às colônias formadas a partir dessas células. Quando 
o alelo R (capR) desse gene está presente, não há formação de cápsula, as células respectivas não são 
patogênicas, e as colônias dessas células possuem aspecto rugoso.
Figura 18 – Aspecto de colônias de S. pneumoniae em cultura. A presença da cápsula em torno das células confere uma aparência 
lisa (S) às colônias, enquanto na ausência da cápsula as colônias apresentam aspecto rugoso (R)
 Saiba mais
Para mais informações, consulte:
WATSON, J. D. et al. Molecular biology of the gene. 7. ed. São Francisco: 
Benjamin Cummings Publishing Company, 2013.
Para se conhecer profundamente a função de uma molécula biológica e como ela realiza tal 
função, é necessário conhecer a sua estrutura. Atualmente, muita atenção é dada para o estudo de 
como as moléculas interagem entre si. Sabia-se que o DNA era composto por nucleotídeos, mas como 
seria a sua estrutura?
Levene mostrou que tanto o DNA quanto o RNA eram constituídos de polinucleotídeos – conjunto 
de nucleotídeos covalentemente ligados. Apenas nos anos 1950, Alexander Todd e seus colaboradores 
puderam decifrar as ligações ésteres de fosfato que mantêm os nucleotídeos unidos. Essas ligações 
são sempre as mesmas, com um grupo fosfato ligado ao carbono 5’ de uma pentose ligado ao 
carbono 3’ da pentose adjacente. Assim, o grupo de Todd concluiu que as cadeias polinucleotídicas 
do DNA, assim como as cadeias polipeptídicas de proteínas, são moléculas estritamente lineares. 
Anos mais tarde, observou-se que o RNA também era uma cadeia linear altamente regular e que, tal 
como o DNA, também utilizava somente ligações fosfodiéster 3’→5’ para manter os seus nucleotídeos 
unidos (TODD, 1954).
35
BIOLOGIA MOLECULAR APLICADA À BIOMEDICINA
Extremidade 5’
Extremidade 3’
O
O
O
OH
Base
Base
Base
O
O
O
O
O
O
P
P
P
O-
O-
O-
O
O
O
5’
5’
5’
3’
3’
3’
Figura 19 – Os nucleotídeos da molécula de DNA são unidos por ligações fosfodiéster. Na cadeia polinucleotídica, os açúcares são 
unidos por ligações 3’→5’ fosfodiéster, formando o chamado “esqueleto de açúcar-fosfato” (backbone). As duas extremidades da 
cadeia são diferentes: uma tem um grupamento fosfato no carbono 5’ livre e a outra tem uma hidroxila no carbono 3’ livre. Essas 
extremidades são chamadas, respectivamente, 3’ e 5’
Tanto o DNA quanto o RNA contêm duas bases púricas principais, adenina (A) e guanina (G), e 
duas pirimídicas principais. Em ambos, DNA e RNA, uma das pirimidinas é a citosina (C), mas a segunda 
pirimidina principal é a timina (T) no DNA e a uracila (U) no RNA. Apenas raramente a timina ocorre 
no RNA ou a uracila no DNA. O quadro a seguir traz a nomenclatura dos nucleotídeos e nucleosídeos 
correspondentes a cada uma das bases nitrogenadas.
Quadro 2 – Nomenclatura dos nucleosídeos e nucleotídeos
Base 
nitrogenada Nucleosídeo* Nucleotídeo*
Ácido 
nucleico
Purinas
Adenina Adenosina Adenosina-5’-monofosfato RNA
Desoxiadenosina Desoxiadenosina-5’-monofosfato DNA
Guanina Guanosina Guanosina-5’-monofosfato RNA
Desoxiguanosina Desoxiguanosina-5’-monofosfato DNA
Pirimidinas
Citosina Citidina Citidina-5’-monofosfato RNA
Desoxicitidina Desoxicitidina-5’-monofosfato DNA
Timina Timidina ou desoxitimidina Timidina-5’-monofosfato ou desoxitimidina-5’-monofosfato DNA
Uracila Uridina Uridina-5’-monofosfato RNA
* Nucleosídeos e nucleotídeos são nomes genéricos e podem incluir ou não os prefixos “ribo-” ou “desoxirribo-“. Por exemplo, 
ambas as formas de nomear desoxirriboadenosina ou desoxiadenosina são aceitáveis (os nomes mais curtos são mais 
comumente usados). Note que timidina pode ser empregada em sinonímia à desoxitimidina; o nome ribotimidina é usado para 
descrever a ocorrência não usual de timina no RNA. Para a nomenclatura dos nucleotídeos, foram fornecidos exemplos com um 
fosfato (mono-); para dois ou três fosfatos seriam empregados os prefixos “di-“ e “tri-“, respectivamente.
Adaptado de: Nelson e Cox (2002).
36
Unidade I
 Lembrete
Os nucleotídeos possuem três componentes característicos: pentose, base 
nitrogenada e fosfato. A molécula sem o grupo fosfato é chamada nucleosídeo.
Embora os nucleotídeos contendo as principais purinas e pirimidinas sejam os mais comuns, tanto 
DNA quanto o RNA possuem algumas bases minoritárias. No DNA, as mais comuns dessas são formas 
metiladas das bases principais, mas em alguns DNAs virais certas bases podem ser hidroximetiladas 
ou glicosiladas. Bases alteradas ou não usuais nas moléculas de DNA frequentemente possuem papéis 
na regulação ou proteção da informação gênica ou podem indicar lesões químicas ocorridas. Bases 
minoritárias de muitos tipos também são encontradas nos RNAs (especialmente no RNA transportador).
O
HN
N
H
5
O
Pentose
O
H2N
N
7
N+
CH3
Pentose
N
HN
O
N
N
Pentose
N
HN
S
HN
N
4
O
Pentose
7 - metilguanosina
Inosina
B)
4 - tiouridina
Pseudo-uridina
NH2
N
N
5
O
CH2OH
Pentose
O
H3C
N
2
N
Pentose
N
HN
N
H
N2 - metilguanosina
NH2
N
N
5
O
CH3
Pentose
5 - metilcitidina
A)
5 - Hidroximetilcitidina
NH
CH3
N
6 N
Pentose
N
N
N6 - metiladenosina
Figura 20 – Algumas bases púricas e pirimídicas minoritárias, mostradas como nucleosídeos. Algumas bases minoritárias do DNA: 
a 5-metilcitidina e N2-metilguanosina ocorrem no DNA de animais superiores, a N6-metiladenosina no DNA de bactérias e a 
5-hidroximetilcitidina no DNA de bactérias infectadas com bacteriófagos (A). Algumas bases minoritárias encontradas nos RNAs: 
a inosina contém a base hipoxantina; a pseudo-uridina, tal como a uridina, contém uracila, mas distinguem-se no ponto de 
ligação à ribose – na uridina, a uracila é ligada à pentose por meio do N-1, o ponto normal da ligação para as pirimidinas; já na 
pseudo-uridina, é por meio do C-5 (B)
37
BIOLOGIA MOLECULAR APLICADA À BIOMEDICINA
A pista mais importante para decifrar a estrutura tridimensional do DNA veio do trabalho de Erwin 
Chargaff e seus colaboradores, ao final da década de 1940. Eles descobriram que as quatro bases 
nitrogenadas do DNA ocorrem em proporções variadas nos diferentes organismos e que as quantidades 
de certas bases estão aproximadamente relacionadas: independentemente da espécie, o