AULA 3

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A biologia molecular aplicada 
à bioinformática
Aula 3: PLANOS DE AULA 4 e 5
Prof. Melise Silveira
Indicação de leitura
Replicação do DNA: https://pt.khanacademy.org/science/biology/dna-as-the-genetic-material/dna-
replication/a/molecular-mechanism-of-dna-replication
Transcrição e processamento do RNA. Disponível em
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/3005345/mod_resource/content/1/BiologiaMolecular_texto04
%20%288%29final.pdf
Síntese de proteínas. Disponível em
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/3005466/mod_resource/content/1/BiologiaMolecular_texto07
final%20%283%29.pdf
Biologia Evolutiva
https://uab.ufsc.br/biologia/files/2020/08/Gen%c3%a9tica-Evolutiva.pdf
Capítulos 5 e 6.
https://pt.khanacademy.org/science/biology/dna-as-the-genetic-material/dna-replication/a/molecular-mechanism-of-dna-replication
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/3005345/mod_resource/content/1/BiologiaMolecular_texto04 %288%29final.pdf
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/3005466/mod_resource/content/1/BiologiaMolecular_texto07final %283%29.pdf
https://uab.ufsc.br/biologia/files/2020/08/Gen%c3%a9tica-Evolutiva.pdf
https://uab.ufsc.br/biologia/files/2020/08/Gen%c3%a9tica-Evolutiva.pdf
O dogma central da biologia molecular
O dogma central
Organização do DNA
Organização do DNA
A unidade (monômero) das moléculas de ácido nucléicos (polímeros) são os NUCLEOTÍDEOS.
Vários nucleotídeos se ligam (ligação fosfodiéster) para formar uma fita.
De nucleotídeo ao DNA
Organização do DNA
Correspondência no DNA 
A T 
C G
A unidade (monômero) das moléculas de ácido nucléicos (polímeros) são os NUCLEOTÍDEOS.
Vários nucleotídeos se ligam (ligação fosfodiéster) para formar uma fita.
Duas fitas se ligam por pontes de hidrogênio.
2 pontes de H
3 pontes de H
Replicação do DNA
Replicação do DNA
As fitas do DNA são anti-paralelas:
Uma fita começa no grupamento fosfato (5’) e termina no OH (3’) da pentose (açúcar). 
A outra fita começa no OH (3’) e termina no fosfoto (5’).
Replicação do DNA
As fitas do DNA são anti-paralelas:
Uma fita começa no grupamento fosfato (5’) e termina no OH (3’) 
A outra fita começa no OH (3’) e termina no fosfoto (5’)
Uma nova fita de DNA é sintetizada SEMPRE no sentido 5’-> 3’.
A enzima responsável por ligar os nucleotídeos é DNA polimerase. 
A síntese de proteínas
A síntese de proteínas
Gene
codificar RNAm codificar outros tipos de RNA
Traduzidos em proteínas Funções estruturais, 
de transporte de 
aminoácidos ou 
reguladoras.
um segmento específico do DNA que contém o 
código que pode...
A síntese de proteínas
1º passo: Transcrição do DNA
DNA -> RNAm
A adição de nucleotídeos na fita de RNA é feita pela enzima RNA polimerase (se liga no sítio promotor)
Fonte: https://pt.khanacademy.org/
Sítio de reconhecimento
promotor
Região transcrita : Gene
RNA 
polimerase
Fita simples molde
RNA 
polimerase
Cadeia codificadora
Cadeia molde
A síntese de proteínas
1º passo: Transcrição do DNA
DNA -> RNAm
A adição de nucleotídeos na fita de RNA é feita pela enzima RNA polimerase (se liga no sítio promotor)
-A fita codificada tem a sequencia similar ao RNAm, o gene está nela;
-A fita molde serve como referência para a RNA polimerase;
-Tanto a sequencia na fita 5’-3’ (+) quanto a sequencia na fita 3’-5’ (-) podem ser codificadoras (conter o gene).
A síntese de proteínas
2º passo: Tradução do DNA
RNAm -> Proteína
O RNAm viaja até encontrar os ribossomos;
O RNAt traz o aminoácido que será adicionado à cadeia da proteína.
Fonte: https://pt.khanacademy.org/
Cadeia de 
proteína 
crescente
Aminoácidos
Ribossomos
RNAt
Subunidade 
maior
Subunidade 
menor
O Código Genético
Exemplos de códigos
O Código Genético
Código genético
Código binário (linguagem de máquina)
➢Os códons são constituídos por três nucleotídeos:
Ex:
Início de um RNAm hipotético e sua tradução de acordo com o código:
AUG UGG UCC ... UAA
M W S
O Código Genético
O códon: código que indica qual aminoácido será adicionado à cadeia da proteína sendo 
sintetizada.
STOP
Stop códon: sinaliza 
que nenhum outro 
aminoácido será 
adicionado. FIM da 
síntese.
A sequencia do RNAm pode ter 3 “quadros de leitura”
O Código Genético
Quadros de leitura no código genético: é um trio, que não se sobrepõe, todos os RNAm tem 3 
quadros de leituras potenciais, destacados na figura por cores diferentes. O trio, e 
consequentemente os aminoácidos, são diferentes em cada quadro de leitura.
Redundância/Degenerado, NÃO ambiguidade e Oscilação
O Código Genético
Redundância NÃO
ambiguidade
Wooble
Pares de bases atípicos podem se 
formar na terceira posição do 
códon, um fenômeno conhecido 
como oscilação
Universalidade do Código Genético
O Código Genético
➢ Todos os seres vivos utilizam o 
mesmo código genético para 
codificar os aminoácidos; 
➢ Comprova a Teoria da Evolução 
de Darwin.
Temos um provável ancestral 
comum de todos os seres 
vivos.
A vida é Open Source
O Código Genético
➢ Linguagem quaternária: enquanto computadores falam binário, a vida fala 
uma linguagem quaternária (A,T, C e G);
➢ Vírus: podem modificar o DNA (HIV, Herpes) assim como vírus web afetam o 
computador;
➢ Duplicidade: que serve como “molde” (A-T e C-G) ;
➢ Significado do código: proteínas;
➢ Redundância: um aminoácido é codificado por MAIS DE UM códon;
➢ Não ambiguidade: um códon só codifica para UM aminoácido;
➢ Oscilação: A variação responsável pela redundância está sempre na terceira
base do códon;
➢ Universalidade: código é comum a todos seres vivos: consegue “ler” 
qualquer genoma;
DESAFIO DO FUTURO BIOINFORMATA
Com base nos conhecimentos 
adquiridos até aqui, explique as 
representações desse programa ao 
“ler” um fragmento de DNA 
sequenciado:
1. Regiões destacadas em vermelho;
2. Regiões destacadas em verde.
Evolução dos Genomas
Tipos de Mutações
➢Substituição ;
➢Deleção / Inserção;
Evolução dos Genomas
Mutações: alterações na sequência 
de bases nitrogenadas do material 
genético de um organismo. “Erros”.
Tipos de Mutações gênicas- Substituição
➢Troca de uma nucleotídeo por outro;
➢Pode produzir mudança no código.
Evolução dos Genomas
➢ Silenciosa
Não altera o aminoácido
➢ Mudança de sentido
Altera o aminoácido 
STOP
➢ Sem sentido
Codifica um STOP códon
Evolução dos Genomas
Tipos de Mutações gênicas- Substituição
Substituição com Mudança de Sentido
Evolução dos Genomas
Tipos de Mutações gênicas- Substituição
➢ Regiões que codificam para genes representam de 3 a 5% de genomas em humanos;
➢ Substituições em regiões que não codificam proteínas promovem as variações na espécie.
SNPs- Single Nucleotide Polymorphisms
(Polimorfismo de Nucleotídeos Únicos)
Podem ser usados para:
➢ Relações de parentesco;
➢ Análise forense;
➢ Resposta individual à drogas;
➢ ...
Tipos de Mutações gênicas- Deleção / Inserção
➢Uma parte do DNA é perdida/ inserida
Evolução dos Genomas
Normal
Inserção de A
Frameshift
Mudança no 
quadro de leitura
Duplicação
➢Duplicação pode ocorrer em um gene ou em um segmento do DNA;
➢É frequente durante a evolução;
➢Genes depois diferenciam a sequência e consequente a função da proteína para ter mais chance de se 
manterem no DNA daquele organismo;
➢Pseudogenes- mudanças inativadoras: proteína não pode mais ser produzida.
Evolução dos Genomas
Duplicação do gene
Evolução da sequência
Pseudogene
Conservação
Neofuncionalização
Especialização
Subfuncionalização Perde uma função
Ganha uma função
Assume outra função
Mantém a mesma função.
Perde todas as funções.
https://www.youtube.com/watch?v=z9HIYjRRaDE
Quais podem ser consequências dessas alterações do 
DNA ?
Evolução dos Genomas
Evolução dos Genomas
1.Especiação:
Processo evolutivo pelo qual novas espécies surgem.
*espécie é a menor unidade evolutiva e independente.
➢Divisão de uma espécie em duas reprodutivamente isoladas.
As mudanças genéticas, a seleção 
natural, isolamento e ausênciade 
“troca” de genes entre populações 
levam juntos ao fenômeno da 
especiação!
Conceito biológico: “Se populações de 
organismos não hibridizam regularmente 
na natureza, ou se quando o fazem são 
incapazes de produzir prole fértil, então 
essas populações estão reprodutivamente 
isoladas e são consideradas boas 
espécies.” 
Ernst Mayr em 1942
Evolução dos Genomas
Especiação:
Processo evolutivo pelo qual novas espécies 
surgem ...
... as novas espécies compartilham características 
com os ancestrais.
Essas características são determinas pelo genes 
herdados!!
Evolução dos Genomas
Genes herdados a
partir do mesmo ancestral são HOMÓLOGOS.
Homologia não significa igualdade,
simplesmente origem comum!
Evolução dos Genomas
Existem diferentes maneiras dos genes se 
diferenciarem: TIPOS DE HOMOLOGIA:
- Ortólogos: genes que divergiram por 
especiação (outra espécie)
- Cada descendente possui uma 
cópia do gene 
- Tendência à conservar função
- Parálogos: genes que divergiram por 
duplicação
- Genes parálogos estão presentes 
em mais de uma cópia
- Após a duplicação a função tende a 
mudar
https://www.youtube.com/watch?v=eFECFriS_4Q
Evolução dos Genomas
Características compartilhadas sem história evolutiva em comum são chamadas 
de análogas.
Genes são análogos quando suas sequências de nucleotídeos são muito diferentes, 
apesar de codificarem proteínas com a mesma função.
Expressão gênica
Expressão gênica
A expressão génica é o processo pelo qual a informação 
hereditária contida em um gene (sequência de nucleotídeos) é 
utilizada de modo a formar um produto génico funcional, tal 
como proteínas ou RNA.
Expressão gênica
Todos os genes são usados sempre?
A ESTUDAR ALUNA
NÃO PREFERE GOSTA MENINA TEM
VONTADE DE SAIR
PREFERE GOSTA
Forme uma frase com essas palavras. Não 
precisa usar todas.
Expressão gênica
Todos os genes são usados sempre?
A ESTUDAR ALUNA
NÃO PREFERE GOSTA MENINA TEM
VONTADE DE SAIR
PREFERE GOSTA
Forme uma frase com essas palavras. Não 
precisa usar todas.
Existe um controle dos genes que serão 
transcritos e traduzidos, a depender das 
condições a qual a célula esta exposta.
Expressão gênica
Em quais condições cada produto gênico é produzido?
RNAm
proteínas
Um neurônio e uma 
célula hepática
compartilham o 
mesmo genoma. 
1. Controlando quando e como um determinado gene é transcrito (controle transcricional);
2. Controlando como o transcrito de RNA é submetido a splicing ou é processado (controle 
do processamento de RNA);
3. Selecionando quais mRNAs no citoplasma são traduzidos pelos ribossomos (controle 
traducional);
4. Desestabilizando seletivamente certas moléculas de mRNA no citoplasma (controle da 
degradação do mRNA);
5. Ativando, inativando, degradando ou compartimentalizando seletivamente moléculas
de proteína específicas após a sua produção (controle da atividade proteica) 
Expressão gênica
Em que momento a expressão do gene é regulada?
Proteínas reguladoras 
transcricionais: reconhecem 
sequências específicas de DNA 
que são frequentemente 
denominadas sequências
reguladoras, que se localizam 
ao lado dos genes que elas 
controlam.
Expressão gênica
CONTROLE TRANSCRICIONAL
Expressão gênica
Splicing do mRNA
→ Uma das características do genoma de eucariotos é que os genes podem ser 
fragmentados. O que significa isto? 
→ Num segmento do DNA, correspondente a um gene que codifica uma determinada proteína, são
encontradas
Regiões codificadoras (exons) alternando-se com regiões não-codificadoras (introns)
O transcrito resultante não é funcional e só poderá ser traduzido se for devidamente montado, descartando-
se os introns e unindo-se os exons em seqüência ordenada
Este tipo de modificação do transcrito primário é denominado "splicing" (cortar e colar; montagem) 
Ocorre dentro do núcleo
O transcrito processado e pronto para migrar para o citoplasma, recebe o nome de RNA mensageiro
CONTROLE DO PROCESSAMENTO DE RNA
Expressão gênica
Expressão gênica
→ Exons: 
Seqüências expressas (traduzidas em proteínas)
→ Introns: 
Seqüências intercaladas que são eliminadas na tradução
→ Sítios de splicing (splice-junctions)
Fronteiras onde ocorrem junções de exons e introns
Splicing do mRNA
62
Splicing
DNA
Transcrição
Pré RNAm
intron
exon
Expressão gênica
Splicing do mRNA
Pré RNAm
63
Tópicos em Bioinformática || Nome da aula
Expressão gênica
Splicing alternativo do mRNA
O splicing alternativo é um 
processo pelo qual os exons de 
um transcrito primário são 
ligados de diferentes maneiras 
durante o processamento do 
RNA, levando à síntese de 
proteínas distintas
Splicing alternativo 
contribui para 
diversificar o expressão 
dos genes.
Exercício prático
Imagine que a sequência de letras abaixo deve sofrer splicing. Qual a palavra resultante desse 
processo?
Os íntrons estão destacados em amarelo e o éxons sem cor.
CEGYAXRIOTÍSKOPEBNTSIGTHMO
Exercício prático
Imagine que a sequência de letras abaixo deve sofrer splicing. Qual a palavra resultante desse processo?
Os íntrons estão destacados em amarelo e o éxons sem cor.
CERTÍSSIMO
Exercício prático
Imagine que a sequência de letras abaixo deve sofrer splicing alternativo usando apenas 2 
exons. Quais são as possibilidades?
Os íntrons estão destacados em amarelo e o éxons sem cor.
CEGYAXRIOTÍSKOPEBNTSIGTHMO
Proteínas
Proteínas
Papel Biológico
➢Enzimas (catalizador);
➢Transporte (no sangue ou membrana);
➢Estrutural (sustentação e/ou proteção);
➢Regulatória (hormônios protéicos);
➢Contrátil (movimento);
➢Defesa (anticorpo e coagulação sanguínea);
➢Receptor de membrana (sinalização);
➢Armazenamento (de nutrientes , como ferro).
Proteínas
Unidade (monômeros): Aminoácidos
Proteínas
Polares e
Básicos
(carga +)
Apolares/
Hidrofóbicos
Polares e 
Ácidos 
(carga -)
Polares e
Não carregado
Unidade: Aminoácidos- Família de aminoácidos
Proteínas
Unidade: Aminoácidos
➢Tabela de Abreviações
Níveis de organização
Proteínas
Estrutura secundária:
• Arranjo regular repetitivo, 
formada somente pelos
átomos da ligação peptídica, 
através de pontes de H
Ex: alfa-hélices e folhas beta.
Estrutura primária: é a sequência dos 
aminoácidos na cadeia polipeptídica; 
mantida por ligações peptídicas
aminoácido
Base para os outros níveis
Estrutura terciária:
• Enovelamento de uma cadeia
polipeptídica como um todo;
• Ocorrem ligações entre os átomos
dos radicais R de todos os
aminoácidos da molécula
Estrutura quaternária:
• Associação de mais de uma
cadeia polipeptídica
x 4
Forma funcional final
➢O enovelamento de uma proteína é influenciado pelas características dos aminoácidos que à compõe.
Proteínas
Níveis de organização
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