aplicacao-biologia-molecular-diagnostico-laboratorial-1

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Aula 01
Natália Gindri Fiorenza
Maria Paula de Souza Sampaio
Aplicação da 
Biologia Molecular 
no Diagnóstico 
Laboratorial
Diretor Executivo 
DAVID LIRA STEPHEN BARROS
Diretora Editorial 
ANDRÉA CÉSAR PEDROSA
Projeto Gráfico 
MANUELA CÉSAR ARRUDA
Autor 
EDUARDO NASCIMENTO DE ARRUDA
Desenvolvedor 
CAIO BENTO GOMES DOS SANTOS
NATÁLIA FIORENZA
Olá. Meu nome é Natália Fiorenza. Sou formada em Ciências 
Biológicas, com mestrado e doutorado na área de Ciências da Saúde. 
Passei por diferentes laboratórios de pesquisa, publicando trabalhos 
científicos e participando de muitos Congressos e Cursos em diferentes 
áreas de saúde e educação. Fui professora universitária e tutora durante 
4 anos do curso de medicina, onde me conectei com minha paixão pela 
docência e por metodologias ativas de ensino. Sou ávida por aprender e 
ensinar e por trocar conhecimentos quer na area científico-acadêmica, 
quer na área de desenvolvimento humano e autoconhecimento. Recebi 
com muita alegria o convite da Editora Telesapiens para integrar seu 
elenco de autores independentes, pois tenho como propósito transmitir 
aquilo que sei e auxiliar outras pessoas no início de sua jornada 
profissional. Estarei com você nessa caminhada de muito estudo e 
trabalho. Conte comigo!
MARIA PAULA SAMPAIO
Meu nome é Maria Paula, sou graduada em Biomedicina, 
habilitada em Citopatologia. Além da prática com a minha habilitação, 
pude realizar um curso avançado em Citopatologia Cérvico-Vaginal. 
Atualmente, sou voluntária de um projeto de pesquisa na Fundação 
Oswaldo Cruz (FIOCRUZ) sobre Patologia Mamária Comparada, onde fiz 
iniciação científica por um ano. Em minha jornada de estudante pude 
participar ativamente de congressos e projetos de estudo, e sempre 
tive uma paixão por ensinar. Junto com Natália, pretendo transmitir todo 
o ensinamento que obtive até aqui, buscando sempre aprender mais. 
Estamos juntos nesse aprendizado!
Autoras
INTRODUÇÃO: 
para o início do 
desenvolvimen-
to de uma nova 
competência;
DEFINIÇÃO: 
houver necessidade 
de se apresentar 
um novo conceito;
NOTA: 
quando forem 
necessários obser-
vações ou comple-
mentações para o 
seu conhecimento;
IMPORTANTE: 
as observações 
escritas tiveram 
que ser prioriza-
das para você;
EXPLICANDO 
MELHOR: 
algo precisa ser 
melhor explicado 
ou detalhado;
VOCÊ SABIA? 
curiosidades e inda-
gações lúdicas sobre 
o tema em estudo, 
se forem necessárias;
SAIBA MAIS: 
textos, referências 
bibliográficas e 
links para aprofun-
damento do seu 
conhecimento;
REFLITA: 
se houver a neces-
sidade de chamar a 
atenção sobre algo 
a ser refletido ou 
discutido sobre;
ACESSE: 
se for preciso aces-
sar um ou mais sites 
para fazer download, 
assistir vídeos, ler 
textos, ouvir podcast;
RESUMINDO: 
quando for preciso 
se fazer um resumo 
acumulativo das 
últimas abordagens;
ATIVIDADES: 
quando alguma ativi-
dade de autoapren-
dizagem for aplicada;
TESTANDO: 
quando o desen-
volvimento de uma 
competência for 
concluído e questões 
forem explicadas;
Iconográficos
Olá. Meu nome é Manuela César de Arruda. Sou a responsável pelo pro-
jeto gráfico de seu material. Esses ícones irão aparecer em sua trilha de 
aprendizagem toda vez que:
SUMÁRIO
Estrutura e propriedades do material genético 10
A descoberta do DNA 10
Lei da Hereditariedade de Mendel 11
Especulações sobre o gene e sua descoberta 12
Estrutura do DNA 14
Pareamento de bases 16
Conformações do DNA 16
Fluxo de informação genética 20
Replicação do DNA 22
Mecanismo da DNA-polimerase 23
Término da replicação 27
Telômero e a telomerase 28
A transcrição do RNA em eucariotos 29
A transcrição do RNA em procariotos 31
RNA mensageiro 32
Tradução proteica 34
Iniciação da tradução 36
Elongação proteica 37
Código genético, suas características e a determinação da cadeia 
proteica 39
Características do código genético 39
Expressão gênica de células eucariotas e procariotas 42
Regulação gênica dos eucariotos 43
Interação entre proteínas regulatórias e DNA 44
Metilação do promotor 46
Splicing alternativo 46
Regulação da estabilidade do mRNA 47
miRNA e siRNA 47
Regulação gênica nos procariotos 47
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial 7
UNIDADE
01
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial8
Você sabia que a área da Biologia Molecular abrange variados 
temas que envolvem estrutura, organização e função de diversas 
moléculas? Essas moléculas estão presentes em todos os seres vivos 
e é de extrema importância o conhecimento da funcionalidade de cada 
uma. O entendimento de processos que ocorrem desde o estudo do 
genoma dos organismos até a síntese de proteínas, entre os materiais 
genéticos, será essencial para o aprendizado. Para que tudo fique claro, 
primeiramente, será introduzida uma temática voltada para os primeiros 
estudos dessas moléculas, com importantes descobrimentos históricos. 
Até que sejam explicados os processos que envolvem a biologia 
molecular. Entendeu? Ao longo desta unidade letiva você vai mergulhar 
neste universo!
INTRODUÇÃO
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial 9
Seja muito bem-vindo à Unidade 1. Nosso objetivo é auxiliar você 
no desenvolvimento das seguintes competências profissionais até o 
término desta etapa de estudos:
1. Compreender a estrutura da molécula elementar da heredita-
riedade e a trajetória até a sua descoberta.
2. Entender a maquinaria celular de garantia do fluxo de 
informação genética.
3. Conhecer a respeito do código genético, suas características 
e a determinação da cadeia proteica.
4. Aprender sobre a expressão gênica de células eucariotas e 
procariotas.
Então? Preparado para uma viagem rumo ao conhecimento? Ao 
trabalho!
OBJETIVOS
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial10
Estrutura e propriedades do material 
genético
INTRODUÇÃO:
Durante o capítulo, você irá mergulhar na complexa trajetória 
caminhada por cientistas de toda área (geneticista, biólogos, 
matemáticos, bioquímicos, físicos...) até a descoberta do DNA 
e de sua estrutura helicoidal. Entenderá a morfologia do DNA, 
postulada por Watson e Crick, que os laurearam ao Nobel 
em 1962, e compreenderá a função de cada unidade dessa 
molécula afim de manter a estabilidade estrutural e funcional. A 
compreensão dessa etapa inicial é extremamente importante 
para o entendimento de seus processos fisiológicos que 
formam a base para a manutenção da complexidade de 
cada organismo e da hereditariedade. E então? Motivado para 
desenvolver essa competência? Então vamos lá. Avante!
A descoberta do DNA
A genética sempre foi discutida, mesmo quando desconheciam o 
que era genética, pois a humanidade se questionava como era possível 
um homem e uma mulher gerar um outro ser humano. Perguntavam-se 
qual era o fator responsável pela característica herdada dos pais pelo 
filho, como era a formação de um embrião, seria um pequeno humano 
dentro de um espermatozoide (homúnculo) ou um zigoto amorfo que 
ia se formando aos poucos até gerar um organismo complexo? Seria 
possível o filho de um homem sem braço nascer com um braço, ou ele 
nasceria sem o mesmo braço que o progenitor não tinha? Todas essas 
perguntas foram feitas, desde a época de Aristóteles e culminou nas leis 
da hereditariedade (hoje Leis de Mendel). 
SAIBA MAIS:
O austríaco Gregor Johann Mendel, monge, biólogo e botânico 
postulou as leis da hereditariedade ao realizar cruzamentos 
entre ervilhas com diversas características (cor: amarelo 
e verde; aspecto: liso e rugoso...) e descobrir que o fator da 
hereditariedade, na verdade, era transmitido em unidades 
autorreplicáveis (posteriormente denominado de gene).
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial 11
Lei da Hereditariedade de Mendel
Mendel era um jovem disciplinado, laborioso e respeitoso que 
entrara no mosteiro de Brno para estudar ciências da natureza. Naquela 
época, acreditava-se muito na misturade fluídos de dois seres, macho 
e fêmea, que acabaria levando na geração de um intermediário entre 
eles. Por exemplo, se o pai era alto e a mãe baixa, o filho teria uma 
altura média. Apesar de ser um raciocínio óbvio para a época, era ainda 
assim totalmente equivocado, já que, isso não explicava o caso de uma 
ovelha negra nascida de duas brancas. Um caso bem incomum, já que 
duas ovelhas brancas tendem a ter um descendente com pele branca. 
Entretanto, se esse descendente nascer com pele escura, significa dizer 
que dentro da linhagem dessas ovelhas, houve um cruzamento, no 
mínimo, entre uma ovelha branca com uma ovelha negra. Tal pensamento 
descarta completamente a teoria da mistura e é justamente nessa linha 
de raciocínio que os experimentos de Mendel com as ervilhas seguem. 
Os experimentos de Mendel se baseavam no cruzamento de 
ervilhas com características distintas, como coloração (amarelo ou verde), 
formato da semente (liso rugoso), forma da vagem (cheia ou enrugada) 
e comprimento da haste (longo ou curto), trazendo descendentes 
denominados de geração F1. Durante os cruzamentos, ele percebeu 
que algumas características eram dominantes e outras eram recessivas. 
O cruzamento das gerações F1 com F1 gerou na proporção de 75% dos 
descendentes dominantes e 25% recessivos. Após muitos cruzamentos, 
ele percebeu que essa proporção sempre era de 3:1. 
Cruzando os F2, notou que os descendentes (F3) eram progênies 
puras, ou seja, todos os descendentes F2 com traços recessivos, geraram 
descendentes totalmente recessivos, e os dominantes dividiram-se 
em dois: 1/3 era puro, somente características dominantes, já os 2/3 
restantes tinham características mistas. A partir daí, Mendel constatou 
que cada ervilha continha 2 fatores para uma única característica (gene), 
sendo cada fator (alelo) herdado do pai e da mãe, podendo ser recessivos 
ou dominantes, denominando assim um genótipo, para a geração de 
um fenótipo. Por exemplo, uma ervilha rugosa (rr) é fecundada com 
uma lisa (RR), gerando uma ervilha filha (Rr) lisa. O genótipo dessa 
ervilha é heterozigoto para a característica (fenótipo) “formato da 
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial12
semente” gerando uma ervilha lisa. Para que uma ervilha, desse mesmo 
cruzamento, seja rugosa, o genótipo dela deve ser homozigoto (rr) para 
o fenótipo rugoso, já que rugoso é uma característica recessiva.
Com esses dados revolucionários em mãos, depois de milhões 
de cruzamentos, Mendel publicou dois artigos: “Ensaio com plantas 
híbridas” e “Hierácias obtidas pela fecundação artificial” e apresentou-os, 
em 1865, em dois encontros da Sociedade de História Natural de Brno. 
Apesar da genialidade, o trabalho de Mendel foi deixado de lado por 
décadas, sendo encontrado e difundido somente a partir de 1900 por 
um biólogo inglês, William Bateson, em Londres. Em 1902, Bateson 
nomeou o termo “genética” para designar o estudo da hereditariedade.
Especulações sobre o gene e sua descoberta 
Após a difusão mundial das leis da hereditariedade de Mendel, 
o mundo científico entrou em uma corrida em busca da molécula da 
hereditariedade. Essa corrida atraiu cientistas de diversas áreas de 
atuação, como a matemática e a física, e atiçou o desejo de muitos 
outros, incluindo os que não estavam na área científica, em aplicar a 
tática de Mendel, porém em humanos. 
O conceito de Eugenia foi postulado por Francis Galton, em 1883, a 
partir da teoria da evolução das espécies de Darwin, para ideologizar uma 
raça superior e evoluída. Com a união das leis de Mendel e a teoria das 
espécies, muito se especulava sobre o cruzamento de genes “superiores”, 
como os que davam força física e inteligência, para a criação de uma raça 
humana superior e livre de doenças. A partir dessa concepção, alguns países 
começaram programas de esterilização gênicas para retirar os direitos de 
pessoas consideradas como “imbecis” de gerarem descendentes férteis, 
espalhando o “gene impuro”. Essa mesma lógica levou à criação do 
Nazismo, gerando em todos os seus males já muito bem discutidos. 
Entretanto, uma das grandes descobertas que futuramente iria 
impactar positivamente na descoberta do DNA foi a transformação bacteriana, 
ao descobrir que bactérias podem mudar sua forma ou ter funções diferentes 
quando incubadas com extratos de bactérias mortas. Essa descoberta, feita 
por Federick Griffith, demonstrou que aquela transformação bacteriana 
só foi um sucesso por cona da presença da molécula da hereditariedade, 
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial 13
desconhecida e que muitos chamavam de inútil. O DNA já era conhecido, 
assim como os cromossomos e os ácidos nucleicos, entretanto, se pensava 
que o DNA servia somente para dar suporte aos nucleossomos, mas que as 
proteínas eram as verdadeiras moléculas responsáveis pela hereditariedade. 
Até que em 1944 um cientista chamado Oswald Avery publicou um artigo 
abordando que a molécula que gerava a transformação bacteriana era o 
DNA e não as proteínas, como se pensavam. 
A partir de então, os cientistas focaram suas atenções no Ácido 
Desoxirribonucleico (DNA) para entender sua estrutura. A partir de 1950, 
uma mulher chamada Rosalind Franklin começara a trabalhar com 
máquina de difração de raios X para identificar a estrutura do DNA. Apesar 
dos esforços, a primeiro impacto seus resultados não estavam dando 
muito progresso, devido a forma helicoidal, até então não conhecida, do 
DNA. Até que ela descobriu que o DNA possui conformações diferentes a 
depender da umidade. Utilizando essa lógica, ela conseguiu desenvolver 
um mecanismo engenhoso que elevava a umidade dentro da câmara 
onde o DNA estava, através de uma técnica que borbulhava hidrogênio 
em água salgada. Devido as propriedades químicas do DNA (debatidas 
melhor mais para frente), Rosalind conseguiu obter fibras de DNA em 
uma conformação excelente que lhe permitiu ótimas fotografias. Em 
uma corrida para identificar a estrutura do DNA, com isso, ela disparou 
na frente de um pesquisador da mesma instituição e que trabalhava com 
o mesmo princípio de difração de raios X, Maurice Wilkins. 
Em uma palestra, Wilkins mostrou um dos resultados da difração 
de raios X em DNA para o público. Apesar da imagem não ter obtido 
uma melhor qualidade, foi o suficiente para agradar o biólogo James 
D Watson e animá-lo a entrar nessa corrida à estrutura do DNA. Pouco 
tempo depois, conheceu seu parceiro de laboratório, Francis Crick, e 
então começaram pensar em uma metodologia para desvendar a 
estrutura do DNA. A partir da leitura do artigo de Linus Pauling sobre 
a conformação de hélice de uma proteína, Watson e Crick decidiram 
criar uma esquematização da molécula de DNA a partir da imagem 
de difração de raios X de Maurice Wilkins e Rosalind Franklin e uma 
montagem de palitos e bolinhas, tomando como consideração o “senso 
comum” – qual molécula gostaria de ficar próxima de quem. 
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial14
Seus primeiros modelos foram duramente criticados por Rosalind, 
já que eles tinham proposto a tripla hélice e um modelo invertido da hoje 
conhecida cadeia helicoidal do DNA (os fosfatos da cadeia voltados para 
“dentro”). Rosalind foi brilhante com suas fotografias, entretanto, o maior dos 
seus problemas foi a dificuldade interpretativa da imagem gerada. Como 
ela não conseguia interpretar seus dados, então acabou perdendo a corrida 
para a estrutura molecular do DNA, finalizada, proposta por Watson e Crick. 
Um outro trabalho que foi de grande ajuda aos dois geneticistas, foi o de 
Erwin Chargaff, em 1950, o qual identificou que as bases nitrogenadas A e 
T estavam presentes em proporções idênticas na cadeia do DNA, assim 
como C e G. Sendo assim, esse trabalho deu a ideia a Watson de que as 
bases fiquem pareadas, umas de frente às outras, e a cadeia de açúcar que 
contémo fosfato ficasse na parte externa, funcionando como a espinha 
dorsal da molécula. Assim, a estrutura da molécula de DNA estava pronta e 
perfeita para ser difundida ao mundo inteiro. 
VOCÊ SABIA?
Em 1953 eles finalizaram o trabalho e em 1962 ganharam o 
prêmio Nobel de fisiologia ou Medicina: James D. Watson, 
Francis Crick e Maurice Wilkins, apesar de os resultados 
virem, em sua grande importância, das imagens obtidas da 
difração de raios X e das duras críticas de Rosalind Franklin, 
que acabou não sendo laureada ao prêmio e muito menos 
a homenagem póstumas.
Estrutura do DNA 
Apesar de descoberto a estrutura do DNA, as perguntas não 
cessaram, muito pelo contrário, muito se questionava sobre qual 
característica ela possui que a denomina molécula da hereditariedade? 
Qual característica da dupla hélice lhe permitia conter o código da vida? 
Como esse código era transcrito e traduzido para a forma e função de 
um microrganismo? Porque duas hélices e não uma, três ou quatro? 
Porque a conexão das bases nitrogenadas? Muitas pesquisas foram 
montadas com base nessas perguntas, a fim de desvendar os mistérios 
do DNA, afinal, apesar de descoberta a sua estrutura molecular, tudo 
aquilo era só o começo. 
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial 15
No final de seu artigo, Watson acrescentou na última linha “Não nos 
escapou a possibilidade de que o pareamento específico que postulamos 
sugere de imediato um possível mecanismo de cópia para o material 
genético”. Apesar de tantas perguntas no ar, uma coisa tinha ficado claro, 
ao menos para ele: a simetria que uma cadeia tem com a outra pode 
servir de base para a geração de outra estrutura semelhante. Entretanto, 
não se sabia como e não se tinha a total certeza do porquê. A estrutura 
do DNA, quando explorada, consegue ser autoexplicativa para algumas 
situações, como por exemplo a técnica de Rosalind que levou em uma 
conformação mais estável da molécula, permitindo ótimos retratos.
As cadeias nucleotídicas presentes no DNA
O DNA é composto por cadeias nucleotídicas, que são divididos 
em (I) uma cadeia de açúcar pentâmera denominada de desoxirribose 
(2’-desoxirribose), a qual está conectada a (II) uma cadeia fosfato 
negativamente carregada, na posição do carbono 5’ e uma (III) base 
nitrogenada que pode ser uma purina ou pirimidina. Essa base é conectada 
à pentose através de uma ligação glicosídica, retirando o grupo hidroxila 
(OH-) do carbono 1’ da pentose um hidrogênio da base nitrogenada. 
O açúcar pentose se chama “desoxirribose” por conta da ausência 
de uma hidroxila na posição 2’ do açúcar. 
Quando a pentose está ligada somente à base nitrogenada, 
ela é chamada de nucleosídio, entretanto, para gerar um nucleotídeo, 
precisa ter uma ligação fosfoester entre o carbono 5’, liberando água do 
composto e adicionando o fosfato. 
Cada nucleotídeo é interligado entre si através de ligações 
fosfodiéster. Essas ligações são feitas através da interação entre um 
fosfato com dois nucleotídeos, uma ligação com a hidroxila do carbono 
3’, vindo de baixo, e a outra com a hidroxila do carbono 5’, vindo de cima, 
formando uma longa cadeia de DNA que vai do sentido 5’-3’, de baixo 
para cima. Essa cadeia tem complementariedade com uma cadeia 
antiparalela, 3’-5’ (de cabeça para baixo) com orientação espacial para 
a direita (dextrogira). Devido à geometria espacial que os açúcares se 
projetam dos pares de base, acaba formando fendas mais abertas ou 
mais estreitas. A mais estreita tem uma angulação de 120º, enquanto 
que a fenda mais aberta tem uma angulação de 240°.
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial16
Pareamento de bases
Como já dito anteriormente, os pares de bases existentes são 
classificados em purinas – Adenina (A) e Guanina (G) – e pirimidinas – Citosina 
(C) e Timina (T). As purinas se diferenciam das pirimidinas pelo número 
de anéis cíclicos. As purinas possuem 2 anéis cíclicos, já as pirimidinas 
possuem somente um. Apesar das bases se complementarem, em alguns 
momentos elas podem assumir conformações tautoméricas diferentes, 
ou seja, a posição do hidrogênio nas pirimidinas pode mudar, levando 
à base adotar uma forma diferente (imino) da sua forma preferencial 
(amino) que é capaz de realizar ligações de complementaridade de 
bases. A mesma coisa funciona para as purinas, onde há a modificação 
da conformação ceto para enol por conta de posição alterada do 
oxigênio. Essa mudança de conformação favorece eventos indesejáveis 
como erros durante a síntese do DNA. No entanto, são logo reparadas 
durante o processo da replicação do DNA, devido a função revisora da 
DNA polimerase. Quando as bases estão na conformação normal, elas 
seguem a regra de Ghargaff, onde a proporção de A é muito semelhante 
à de T e a de C à de G, devido a interação entre A e t e C e G. A ligação entre 
as bases é por ligação de hidrogênio, onde as ligações C-G possuem 
uma maior estabilidade térmica, devido à quantidade de ligações feitas 
(3) entre ambos ser maior do que a interação A-T. 
Conformações do DNA
Durante os experimentos para a visualização do DNA, alongados 
em fibras finas para serem detectados por difração de raios X, revelou-
se, inicialmente, a existência de 2 formas do DNA: A e B. A forma 
observada por Rosalind Franklin em seus experimentos, foi a do DNA 
B, que sob condições de umidade elevada, acabou adotando uma 
formação rigorosamente semelhante à estrutura do DNA sob condições 
fisiológicas. Isso por dois motivos: (I) a umidade criada levou ao 
posicionamento da água entre os aceptores e receptores de hidrogênio 
entre as ligações promovidas pelas bases nitrogenadas, formando uma 
cadeia altamente semelhante à cadeia de DNA presente no núcleo das 
células. Quando a molécula de DNA está em meio aquoso, as pontes 
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial 17
de hidrogênio geradas entre os pares de bases e as moléculas de água 
(antes de gerar as pontes de hidrogênio entre os pares de base) formam 
uma variação de energia livre no sistema, dando assim a estabilidade 
da dupla hélice. (II) A outra possível explicação seria o fato de borbulhar 
a água salgada, possivelmente água + NaCl ou outro sal que tenha um 
cátion monovalente, fazer com que o sal presente interaja com o elétron 
livre do fosfato da cadeia de DNA, estabilizando-o eletricamente, 
permitindo uma maior interação com a cadeia complementar. 
A forma B apresenta 10 pares de base por volta e uma ampla fenda 
maior. Já a estrutura A é encontrada em meios de baixa umidade, com 11 
pares de bases por volta e suas fendas estão alteradas em relação a B. 
A maioria do DNA dos seres vivos estão na conformação B, 
entretanto, a interação com algumas proteínas gera a conformação A.
Além disso, a forma A é semelhante a uma estrutura formada 
por dupla cadeia de RNA pareada. Entretanto, apesar do formato B 
apresentar uma estrutura ideal, ela ainda pode diferir do DNA presente 
nas células. Primeiro, o DNA real é muito mais torcido do que da forma B, 
apresentando 10,5 pares de bases por volta. Segundo, a forma B é uma 
estrutura proporcional, enquanto que o DNA real não é perfeitamente 
regular, apresentando várias variações em sua estrutura em relação aos 
pares de base. A rotação do DNA real nunca é exatamente o mesmo para 
todos, já que o DNA pode apresentar uma disposição de hélice torcida, 
levando-a a girar no sentido anti-horário. Assim, as hélices de DNA 
nunca são duplas-hélices perfeitamente regulares. Sua conformação 
exata depende de qual par de bases está presente ao longo da cadeia. 
O DNA Z é quando o DNA está em uma conformação semelhante a um 
ziguezague, isso porque os pareamentos entre as bases estão de uma 
forma que leva à cadeia de DNA tomar uma orientação para esquerda 
(levogira). Em solução, os resíduos alternados de purina e pirimidina só 
atingem a conformação levogira quando há umapresença maciça de 
íons carga positiva (como os cátions monovalentes), que são capazes de 
cobrir o fosfato negativo da cadeia.
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial18
Desnaturação do DNA
A característica da ligação entre os pares de base do DNA dá brechas 
a muitas técnicas em biologia molecular utilizarem o DNA para amplificação 
de um gene ou hibridização a partir de uma molécula de DNA ou RNA. Sob 
temperaturas elevadas (100°C) ou sob condições de pH elevado, as fitas 
complementares de DNA se desnaturam, ocorrendo a separação das fitas 
complementares em duas fitas desassociadas. Embora as fitas possam 
ser separadas, sob processos de resfriamento, as fitas conseguem voltar 
à conformação natural, como acontece com as proteínas. A desnaturação 
pode ocorrer também em ambientes com baixas taxas de sais monovalentes, 
já que sem que haja sais para estabilizar a carga negativa do fosfato, ambas 
as cadeias tendem a se dissociarem por repulsão eletroestática. 
Estrutura dos cromossomos e os telômeros 
O DNA, em células eucariotas, fica armazenado no núcleo 
celular, em forma altamente condensada e aglomerada, denominada de 
cromossomos. Nas células do organismo humano, por exemplo, pode 
ser encontrada dois tipos de células: haploides e diploides. As células 
diploides possuem duas cópias de um mesmo cromossomo. 
Em um ser humano, as células somáticas (do corpo) possuem 
2 cópias de um mesmo cromossomo, totalizando 46 cromossomos, 
caracterizando as células diploides. As células que fazem parte 
da fecundação (gametas – óvulos ou espermatozoides), possuem 
somente uma cópia dos cromossomos, totalizando 23 cromossomos, 
caracterizando as células haploides. 
Esses cromossomos são estruturas que, em divisão, são 
completamente condensados e, em não período divisório, possuem 
partes bem condensadas e partes não condensadas, sendo chamadas 
agora de cromatina. As partes bem condensadas são chamadas de 
heterocromatina, já as não condensadas são chamadas de eucromatina. 
A condensação das cromatinas será mais explicada no capítulo de 
regulação gênica. O DNA está inserido nessa cromatina a partir de sua 
união com uma estrutura proteica formada por um octâmero, chamada 
de histonas. A união de DNA + histonas forma os nucleossomos ou 
nucleoproteína. Quando em divisão celular, os cromossomos podem 
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial 19
ser visualizados e são divididos em: centrômeros, o centro de cada 
cromossomo, que divide em duas partes, as cromátides e os telômeros, 
porções de material genético que fica no topo de cada cromossomo. 
Os telômeros são regiões que contêm sequências de DNA 
“TTAGG” repetidas várias vezes na porção superior de cada cromossomo. 
Os telômeros atuam protegendo os genes internos do cromossomo 
ao desgaste a cada ciclo replicativo. Essa parte do entendimento dos 
telômeros e da telomerase ficarão para o próximo capítulo, depois que 
vocês compreenderem o processo replicativo do DNA.
ACESSE:
Quer se aprofundar neste tema? Recomendamos o acesso à 
seguinte fonte de consulta e aprofundamento: Artigo: “O ensino 
de Genética no nível médio: a importância da contextualização 
histórica dos experimentos de Mendel para o raciocínio sobre 
os mecanismos da hereditariedade” (BRANDAO & FERREIRA), 
acessível pelo link: https://bit.ly/31ZdeBI
RESUMINDO:
E então? Gostou do que lhe mostramos? Aprendeu mesmo 
tudinho? Agora, só para termos certeza de que você 
realmente entendeu o tema de estudo deste capítulo, 
vamos resumir tudo o que vimos. Você deve ter visto que 
Mendel descobriu e descreveu os fatores hereditários, 
primeiramente, em 1865. Conheceu sobre os estudos que 
foram realizados ao longo dos anos, que foram necessários 
para aprimorar os conhecimentos que temos hoje. Viu 
que a hereditariedade é controlada pelos cromossomos e 
que os genes possuem formas distintas, que são os alelos. 
Entendeu como aconteceram os processos e estudos que 
foram desenvolvidos para compreender a estrutura dos 
genes e mecanismo de controle das características celulares. 
Conheceu sobre a estrutura do DNA, a molécula que será 
frequentemente abordada nos próximos capítulos e próximas 
unidades, bem como as cadeias de nucleotídeos que estão 
presentes. Aprendeu sobre a estrutura dos cromossomos 
e telômeros. Viu também que normalmente os genes são 
muito estáveis. E todos os assuntos abordados até aqui serão 
cruciais para o entendimento dos próximos capítulos.
https://bit.ly/31ZdeBI
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial20
Fluxo de informação genética
INTRODUÇÃO:
Ao término deste capítulo você será capaz de entender 
como funciona o processo de fluxo de informação 
genética. Isto será fundamental para entender sobre as 
etapas da replicação e principais moléculas envolvidas 
nesse processo. E então? Motivado para desenvolver esta 
competência? Então vamos lá. Avante!
O material genético armazena informações necessárias para 
organizar e produzir os processos que ocorrem nos seres vivos. Os 
organismos possuem estruturas celulares e material genético composto 
por ácido desoxirribonucleico (DNA) ou ácido ribonucleico (RNA), sendo 
que essas moléculas são polímeros constituídos por quatro tipos de 
nucleotídeos, que irão se diferenciar com relação às bases nitrogenadas, 
no RNA, a base pirimídica uracila está presente no lugar da timina. O 
RNA é uma molécula composta por fita simples e seus nucleotídeos 
estão ligados covalentemente por ligações fosfodiester3’-5’. O DNA 
se diferencia do RNA pelo açúcar composto em sua estrutura, sendo 
o açúcar desoxirribose do DNA e ribose do RNA. Observou-se que o 
RNA não possuía as mesmas quantidades de bases adenina-uracila e 
guanina-citosina, e então, foi suposto que essa molécula não possuía 
dupla hélice. Todavia, o RNA presente em solução molda uma arquitetura 
tridimensional formada por regiões de dupla hélice onde há sequência 
de bases complementares, causada pelo seu dobramento em si mesma.
Figura 1: Fórmula estrutural da ribose contendo uma hidroxila (OH) adicional, 
comparando-a com a fórmula da desoxirribose
Fonte: http://bit.ly/2OSn43o
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial 21
As moléculas do RNA, diferentes das de DNA, são capazes de 
catalisar reações biológicas e são chamadas de ribozimas quando atuam 
como enzimas catalisadoras.
As células eucariotas são mais complexas e maiores que as células 
procariotas e os seus genomas também são maiores e mais complexos. 
Toda a complexidade presente nos genomas e nas células eucariotas 
leva a diferenças radicais nas funções celulares. O dogma central da 
biologia molecular foi suposto em 1958, por Francis Crick, explicando 
como ocorre o fluxo de informações do código genético. O dogma 
resume os principais mecanismos de funcionamento dos genes na 
célula, definindo que a informação genética e os genes são perpetuados 
através da replicação do DNA, demonstrando esse processo.
Figura 2: O dogma central da biologia
Fonte: http://bit.ly/2OSn43o
Algumas mudanças já foram feitas nesse dogma, devido aos 
estudos realizados que permitiram descobrir que algumas enzimas são 
capazes de utilizar o RNA para produzir DNA, como as transcriptases 
reversas, e descobriram classes de moléculas de RNA que não 
conseguem ser traduzidas. 
As células possuem diversos tipos de RNA, sendo que os tipos 
podem ser divididos em RNA funcionais e RNA que contém a informação 
genética necessária para a síntese proteica. Na tabela abaixo, veremos 
resumidamente os tipos de RNA e suas respectivas funções.
Tabela 1: Principais tipos de RNA produzidos nas células.
Tipo de RNA Função
RNA mensageiro (mRNA). Codificam proteínas.
RNA ribossomal (rRNA).
Compõe a estrutura básica do ribossomo e 
catalisa a síntese proteica.
RNA transportador 
(tRNA).
Funciona como adaptador entre o mRNA e 
os aminoácidos.
Aplicação da Biologia Molecular noDiagnóstico Laboratorial22
Pequenos RNAs 
nucleares (snRNA).
Atuam em uma série de processos 
nucleares, como o splicing do pré-mRNA.
Pequenos RNAs 
nucleolares (snoRNA).
Utilizados para processar e modificar 
quimicamente os rRNAs. 
Pequenos RNAs de Cajal 
(scaRNAs).
Utilizados para modificar snoRNAs e 
snRNAs.
microRNAs (miRNAs).
Regulam a expressão gênica pelo bloqueio 
da tradução de mRNAs selecionados.
Pequenos RNAs de 
interferência (siRNAs).
Desligam a expressão de genes pela 
degradação direta de mRNAs selecionados 
e pelo estabelecimento de estruturas de 
cromatina compacta.
Outros RNAs não-
codificantes.
Atuam em processos celulares, como 
síntese de telômeros, inativação do 
cromossomo X, transporte de proteínas para 
o retículo endoplasmático.
Replicação do DNA
Quando a dupla hélice foi descoberta, Watson tinha percebido que 
a maior característica envolvendo a fita, a sua complementaridade com 
uma fita inversa, poderia significar uma capacidade de se auto replicar 
para gerar uma outra dupla hélice de DNA. Afinal, o dogma central 
proposto por Crick previa que a informação genética contida no DNA 
teria que ser expressada em forma de uma proteína e como a progênies 
de cada célula tinha a mesma capacidade de geração de uma proteína 
a partir do DNA, então essa molécula teria a necessidade de passar por 
um processo de replicação para, assim, repassar a informação adiante. 
A replicação do DNA ocorre quando a célula está entrando em 
processo de mitose ou meiose, mais necessariamente na fase G2 da 
interfase. Nessa etapa, o conteúdo de material genético se duplica, 
gerando cromossomos duplicados para que a nova célula possa receber 
sua quantidade ideal de cromossomos. 
O processo replicativo é denominado como um processo semicon-
servativo. Entretanto, até que isso tenha sido descoberto, se pensava 
que a replicação poderia ser, além de semiconservativa, conservativa e 
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial 23
dispersa. O processo ser semiconservativo, significa dizer que uma fita 
de DNA vai gerar em duas fitas de DNA sendo que, nelas duas, haverá 
a fita que foi molde para o processo replicativo. Sendo assim, é como se 
a molécula precursora de DNA se repartisse e agora cada fita está nas 2 
novas dupla fitas. Para que a replicação ocorra, a DNA polimerase precisa 
ancorar em uma região específica chamada de origem da replicação. Essa 
região se caracteriza por sequencias nucleotídicas específicas metiladas 
e que tem a capacidade de se ligarem a proteínas específicas, que por 
sua vez, irá iniciar o processo replicativo do DNA.
Nos eucariotos podem haver mais de uma origem da replicação 
durante o processo, sendo aberta mais de uma forquilha da replicação 
que podem se encontrar e formar uma única forquilha, podendo ela tomar 
um sentido bidirecional, sendo assim as DNA polimerases podendo atuar 
para ambas as direções. 
Mecanismo da DNA-polimerase
Tanto em procariotos, quanto em eucariotos, o operador 
responsável pelo processo replicativo é a DNA-polimerase. As DNA-
polimerases podem ter suas diferenças entre procariotos e eucariotos, 
mas suas funções são praticamente as mesmas: adição de nucleotídeos 
no sentido 5’-3’, remoção de nucleotídeos no sentido 3’-5’ ou 5’-3’ e função 
revisadora, apesar de essas polimerases nos eucariotos exercerem 
atividades adicionais. A DNA-polimerase utiliza um único sítio ativo para 
catalisar a adição de 4 desoxinucleosídeos trifosfatados A, T, C, G. A 
adição desses nucleotídeos na cadeia acontece por meio da geometria 
praticamente idêntica que os pares de bases têm A:T e C:G. 
EXPLICANDO MELHOR:
Um A:C não seria permitido o encaixe pela DNA-polimerase, 
porque pares de bases incorretas em contato não teriam 
a conformação ideal tanto para reação fosfodiester entre 
o carbono 3’ de um nucleotídeo e o trifosfato do novo 
nucleotídeo.
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial24
Apesar disso, essa interação levaria em reduções drásticas nas 
taxas de adição de nucleotídeos devido ao alinhamento cataliticamente 
desses substratos. 
Além do mais, as DNA-polimerases possuem a capacidade de 
distinguirem os desoxiribonucleosídeos (dNTPs) dos ribonucleosídeos 
(rNTPs) através da presença do OH- no carbono 2’. Isso por conta de 
uma inibição estérica, já que a DNA-polimerase possui resíduos de 
aminoácidos que normalmente fazem contato com o anel de açúcar 
da dNTP através de interações de van der Waals. E com a presença do 
OH a mais, acaba “não tendo espaço” para que o rNTP se acomode. 
Entretanto, a troca nesses aminoácidos gera uma capacidade reduzida 
da polimerase em discriminar os dNTPs dos rNTPs.
As DNA-polimerases são enzimas processivas, com a capacidade 
de adicionar uma enorme quantidade de nucleotídeos por segundo. 
Por exemplo, nos procariotos a principal polimerase responsável pela 
replicação é a DNA-polimerase III, por possuir uma alta capacidade 
processiva, adicionando 1.000 pares de base por segundo, significando 
que ao final da reação, ela terá adicionado mais de 500.000 pares de base. 
A taxa de incorporação de um nucleotídeo incorreto fica drasticamente 
reduzida (cerca de 10.000 vezes reduzida) em relação a um pareamento 
correto de bases. Apesar da DNA-polimerase III ser eficientemente 
processiva, outras DNA-polimerases não possuem uma velocidade tão 
imensa na incorporação do nucleotídeo, como a DNA-polimerase I das 
bactérias. Essa DNA-polimerase possui, além da capacidade de adição 
5’-3’, a habilidade exonucleásica 3’-5’, que representa a função revisora 
e reparadora quando um nucleotídeo é adicionado de forma incorreta, 
e a função 5’-3’ exonucleásica, devido a sua participação na retirada 
de fragmentos de primers (iniciadores) tanto da fita líder, quanto da fita 
tardia. A DNA-polimerase II das bactérias possui capacidade de adição 
nucleotídica e função exonuclease 5’-3’.
IMPORTANTE:
As DNA-polimerases dos eucariotos não se diferem 
em suas funções, algumas, porém exercem função nos 
eucariotos que não exercem nos procariotos.
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial 25
A polimerase Y que participa da replicação do DNA mitocondrial 
e a polimerase a que realiza a síntese dos primers, fechamento dos 
espaços e a replicação do DNA (mais para frente essas características 
serão mais discutidas). 
Síntese do DNA
Para que aconteça a replicação do material genético, é necessário 
que a dupla fita de DNA se separe, formando assim dois moldes de 
DNA para formar suas cadeias moldes complementares. A união de 
duas fitas moldes recém-separadas e da fita não replicada totalmente é 
denominada de forquilha da replicação. 
A abertura da forquilha de replicação só é possível com a atuação 
de uma enzima chamada helicase. A primeira barreira encontrada pela 
célula para a efetiva replicação é superar a natureza antiparalela do 
DNA que chega a ser incompatível com a ação da DNA-polimerase. A 
polimerase tem a capacidade de sintetizar uma nova fita simples de DNA 
no sentido 5’-3’ de forma contínua na fita principal, chamada de fita líder. 
Essa fita líder tem orientação 3’-5’. Entretanto, pela complementariedade 
antiparalela, existe também uma fita com orientação 5’-3’, a antiparalela, 
que dificulta a atuação da polimerase. Não tem como a polimerase 
exercer uma síntese simultânea no sentido 5’-3’ nas duas fitas, afinal, é 
impossível montar uma fita com sentido 5’-3’ com complementariedade 
a outra fita com o mesmo sentido. Portanto, para superar essa barreira, 
a DNA-polimerase é capaz de gerar fragmentos de DNA, denominados 
de fragmentos de Okazaki, na fita antiparalela, fita tardia. 
Figura 3: O sentido da replicação do DNA
Fonte: http://bit.ly/2DjStX6
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial26
Entretanto, a DNA-polimerase só pode começar a adicionar 
qualquer nucleotídeo caso tenha uma sequência nucleotídica já aderidaao molde. Isso por conta da sua função revisora, que só a permite 
adicionar novos nucleotídeos, caso o anterior esteja bem interligado. 
Devido a isso, entrará uma RNA-polimerase, a primase, especializada em 
adicionar um molde primário de RNA à cadeia de DNA, chamado primer. 
O primer sendo adicionado na fita molde permite que a DNA-polimerase 
adicione os nucleotídeos correspondentes. Entretanto, na fita líder, esse 
processo será contínuo, mas na tardia, ela será fragmentada: a primase 
será responsável por inserir vários fragmentos separados de primer ao 
longo da fita tardia, permitindo que a DNA-polimerase acrescente mini 
sequências de DNA por vez na fita tardia. Então, o movimento da DNA-
polimerase será de ida, polimerizando em uma fita contínua que terá 
um único primer, e parando para polimerizar pequenos fragmentos, 
como se tivesse “retardando” o processo da polimerase, por isso a fita 
antiparalela ser chamada de fita tardia.
VOCÊ SABIA?
Existe um motivo para que não seja possível a formação 
de uma fita de DNA no sentido 3’-5’: Além da conformação 
interna da DNA-polimerase, a reação fosfodiester só ocorre 
no sentido 5’-3’ porque o grupo trifosfato do nucleotídeo fica 
anexado ao carbono 5’ do açúcar e será a energia contida 
dentro das ligações entre os fosfatos que vai levar na união 
do fosfato presente no carbono 5’ de um nucleotídeo com 
o carbono 3’ de outro nucleotídeo. Essa reação vai gerar a 
liberação de energia para a união dos dois nucleotídeos e 
uma molécula de pirofosfato contendo duas moléculas de 
fosfato. Portanto, por mais que, de alguma forma, tentem 
realizar suma síntese de sentido 5’-3’ em uma fita com o 
sentido 5’-3’, ao invés dessa síntese acompanhar a fita líder, 
ela se tornaria uma nova síntese, possivelmente mediada 
por uma outra DNA-polimerase, pois tomaria um sentido 
diferente da fita líder.
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial 27
Figura 4: Processo replicativo do DNA
Fonte: pixabay
As primases têm a capacidade de sintetizar uma fita de RNA a 
partir de um trímero de ssDNA (single strand DNA) – GTA. A atividade da 
primase é bastante aumentada quando ela se associa à helicase. 
Existem outras proteínas essenciais para a replicação do DNA: 
proteínas de ligação à fita simples de DNA têm a função de manter a 
dupla fita separada uma das outras; e DNA girase (topoisomerase II) 
tem a função de aliviar a tensão causada pela helicase, ao abrir o DNA 
levando em um aumento da tensão na dupla hélice fechada. 
Término da replicação 
Após o alongamento, a replicação precisa ser finalizada e, 
dependendo da célula, ela vai terminar de duas formas diferentes: para 
os procariotos, a replicação só finaliza quando a DNA-polimerase se 
encontra com sequências terminadoras TerB, TerD, TerA, entre outros. 
Essas sequências estão dispostas tanto para uma replicação em sentido 
horário, quanto para sentido anti-horário. Já em eucariotos, a replicação 
se estende por todo o DNA (de uma extremidade a outra), chegando 
até o telômero. Não há uma região terminadora, há o “final de linha” 
literalmente para a replicação. 
Para que a replicação seja encerrada, os primers precisam 
ser removidos de ambas as fitas do DNA molde. Para isso, entrará 
em ação uma enzima chamada RNase H e uma enzima com função 
exonuclease 5’-3’. A RNase H é uma enzima que cliva o RNA a partir da 
junção nucleotídica ribose-ribose, ou seja, ela irá clivar todo o trecho 
https://pixabay.com/pt/vectors/diagrama-dna-biologia-rotulado-41531/
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial28
do RNA exceto o ultimo nucleotídeo ligado diretamente ao DNA. Por 
isso que entrará em ação a exonuclease 5’-3’, tipo a DNA-polimerase I 
bacteriana, que irá remover o ultimo nucleotídeo que restou do RNA. Na 
fita líder, esse processo acontecerá uma vez só, entretanto, na fita tardia, 
esse procedimento ocorrerá várias vezes por conta dos fragmentos 
de Okazaki. Entretanto, ao retirar os antigos trechos de primer, restam 
pequenos espaços entre cada pedaço de fita montada. Então, a DNA-
polimerase irá criar os restantes de DNA que restam a partir das fitas 
fragmentadas, deixando somente uma “quebra” entre os nucleotídeos 
recém-criados com os fragmentos anteriores. Por isso, uma enzima 
chamada de DNA-ligase promoverá a ligação entre esses nucleotídeos 
“quebrados”, finalizando a replicação, gerando duas fitas em um processo 
semiconservativo. 
Telômero e a telomerase
Então, chegou a hora de comentar sobre a ação das telomerases 
nos telômeros e como isso ajuda em evitar danos maiores e permanentes 
ao DNA dos eucariotos. 
A replicação do DNA dos eucariotos abrange o DNA inteiro, ou 
seja, ele acontece somente quando a célula entra em divisão celular. 
Porém, há uma outra barreira que a célula precisa superar: o DNA 
dos eucariotos possui extremidades e a replicação só acontece na 
presença de fragmentos de RNA (primers), mas quando esses primers 
são removidos do DNA, nas extremidades das fitas tardia e líder, há um 
espaço em branco, “uma parte faltando”. Essa “parte faltando” pode 
interferir no armazenamento da informação genética, porque cada 
vez que o DNA se replicar e quando os primers saíssem do DNA, não 
teria como repor esses conteúdos, já que seria uma reação de adição 
do sentido 3’-5’, levando ao encurtamento gradativo do cromossomo 
humano. A célula iria perdendo trechos de DNA e informação gênica, já 
que não teria como repor essa parte. Entretanto, a ação da telomerase 
repõe essa “parte em falta” do DNA. 
Os telômeros são sequências de DNA compostas de repetições 
em tandem de uma sequência rica em T e G. 
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial 29
A telomerase é uma enzima que em sua estrutura contém proteína 
e RNA, sendo assim denominada uma ribonucleoproteína. Assim como 
toda DNA-polimerase, ela é capaz de alongar o DNA no sentido 5’-3’, 
entretanto, ela possui uma atividade diferenciada por não precisar de 
um molde de RNA como base para adicionar as bases nitrogenadas. O 
componente RNA pertencente a essa polimerase serve como modelo 
para acrescentar novas bases nitrogenadas na sequência a partir do 
carbono 3’ do telômero. Acrescentará nucleotídeos do sentido 5’-3’, 
alongará a sequência no sentido 3’ e formará uma fita de DNA muito mais 
alongada, porém fita simples. Essa DNA-polimerase da telomerase faz 
parte de uma classe de DNA-polimerases chamadas de transcriptase 
reversa, que usa um molde de RNA para produzir DNA. Em seguida, a 
telomerase desliga-se do DNA formado e religa-se para gerar uma DNA 
complementar ao DNA recém-formado, a partir de um primer. Tendo 
recuperado o fragmento em falta, o primer e a sequência estendida 
sairão do DNA.
A transcrição do RNA em eucariotos
As enzimas que catalisam a síntese de RNA são chamadas 
de polimerases, que utilizam como molde a fita de DNA, processo 
chamado de transcrição. Essas polimerases conseguem iniciar uma 
nova cadeia de RNA, a partir desse molde, sem precisar de um primer 
(iniciador), o que não ocorre com o DNA. Os seres eucariotos possuem 
3 tipos de polimerases enquanto os seres procariotos possuem apenas 
1, e o processo de transcrição é basicamente o mesmo nos dois tipos 
celulares. 
EXPLICANDO MELHOR:
Ou seja, são sequência padrões para diferentes seres vivos 
com células eucarióticas que se repetem ao decorrer dos 
telômeros – por exemplo: 5’-TTAGGG-3’ que se repetem 
bastante. Portanto, depois de cada replicação, essa parte do 
telômero, na nova fita de DNA, fica em falta, necessitando 
a ação de uma DNA-polimerase diferenciada chamada 
telomerase.
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial30
Os tipos de polimerase de RNA presentes nos eucariotos trazem 
mais complexidade, sendo cada uma responsável pela transcrição de um 
conjunto de genes específicos. As polimerases I, II e III do RNA precisam 
do auxílio de várias proteínas adicionais,os fatores gerais de transcrição 
(GTFs), que devem estar ligadas anteriormente ao promotor para que haja 
um posicionamento correto da polimerase e inicie a transcrição. A RNA-
polimerase 1 transcreve genes do rRNA, a RNA-polimerase II transcreve 
todos os genes que codificam proteínas, além de genes que codificam 
snoRNA, miRNA, siRNA e a maioria dos genes de snRNA, por fim, a RNA-
polimerase III transcreve genes de tRNA, rRNA 5S, alguns snRNA e genes 
de outros pequenos RNAs. A transcrição inicia-se quando a polimerase 
se liga a uma sequência especial de DNA (promotor), que está localizada 
no início de um gene. No sítio de iniciação está presente a primeira base 
de DNA a ser transcrita em RNA, a partir daí a polimerase se locomove ao 
longo do molde, fazendo a síntese de RNA, até alcançar uma sequência 
de terminalização da transcrição. Uma unidade de transcrição é composta 
pela sequência de DNA transcrita em uma única molécula de RNA. 
VOCÊ SABIA?
As células contêm grandes quantidades de polimerase do 
RNA e suas concentrações são reguladas individualmente 
de acordo com a taxa de crescimento da célula.
IMPORTANTE:
O processo de transcrição do RNA é altamente seletivo, 
apenas uma pequena quantidade de genes é copiada em 
RNA em um dado momento.
Para cada gene, apenas uma das cadeias do DNA é utilizada 
como molde na transcrição, e essa cadeia pode variar entre os genes. 
A transcrição será sempre iniciada na extremidade 3’ da cadeia molde 
(5’ do RNA transcrito) e finalizada na ponta 5’ do DNA molde (3’ do RNA 
transcrito), isso servirá para qualquer gene. O início da transcrição pela 
RNA-polimerase II se dá a partir da atração dessa polimerase através 
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial 31
dos GTFs, posicionando-a onde iniciará a transcrição, esse processo 
é chamado de pré-iniciação. Quando a sequência nucleotídica de 
promotores é alinhada, pode-se observar sequências conservadas. 
A TATA Box é uma dessas sequências alinhadas, rica por adenina e 
timina, e é reconhecido por uma proteína TBP (tata binding protein). O 
RNA-polimerase II possui uma cauda proteica (CTD – carboxi-terminal 
domain) que está localizada no local onde o RNA transcrito aparece. O 
término da fase e a transcrição para a fase de alongamento do transcrito 
estão relacionados com a fosforilação da cauda. 
A cauda CTD é muito importante em outras fases da síntese e 
amadurecimento do mRNA.
Figura 5: Ilustração de transcrição de RNA 
Fonte: http://bit.ly/2QTFp2D
A transcrição do RNA em procariotos 
As etapas da transcrição do RNA em procariotos se diferem das 
etapas que ocorrem em eucariotos. Primeiro ocorre o reconhecimento 
do molde do DNA, onde as moléculas livres de polimerases do RNA 
se chocam ao acaso com o DNA e podem se ligar fracamente. A 
transcrição inicia-se quando o primeiro nucleotídeo trifosfatado, com a 
ação da polimerase, posiciona-se sobre a cadeia molde do DNA. Essa 
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial32
fase termina quando a polimerase estende a síntese e segue para a fase 
de alongamento. A fase de alongamento ocorre quando os fatores de 
alongamento são associados à polimerase, se movem ao longo do DNA, 
alongando a molécula de RNA. Quando ocorre essa locomoção pelo 
DNA, a polimerase desenrola a hélice, deixando um novo segmento 
exposto. A fase do término está relacionada com o reconhecimento de 
uma sequência sinalizadora, que indica quando a transcrição deve parar. 
IMPORTANTE:
Enquanto nos seres eucariotos os promotores possuem 
quantidades variadas e podem ocorrer em diferentes tipos 
de sequências consenso, em bactérias os promotores 
possuem as mesmas sequências consenso (localizadas nas 
posições -10 e -35). Além disso, a iniciação procariótica não 
possui necessidade de ligação ao DNA de várias proteínas, 
antes da ligação da polimerase.
RNA mensageiro 
São os RNAs que contêm informação para a síntese proteica, nos 
eucariontes a síntese e a maturação desses RNAs mensageiros ocorrem 
apenas no núcleo, já nos procariontes o mRNA é transcrito e traduzido 
em um único compartimento celular. 
Figura 6: Diferenças entre a estrutura do mRNA em seres eucariotos e procariotos
Fonte: http://bit.ly/2OSn43o
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial 33
Essa diferença entre os seres mostra que o mRNA em eucariontes é 
monocistrônico, ou seja, codifica para apenas uma cadeia polipeptídica (na 
maioria das vezes), enquanto em procariontes é policistrônico, codificando 
para várias proteínas, frequentemente. Os transcritos primários, moléculas 
mensageiras recém-sintetizadas pela polimerase II, foram originalmente 
denominados de RNA heterogêneo nuclear (hnRNA), pois possuíam uma 
grande variação em tamanho. Essa variação ocorre devido a presença 
de grandes sequências de nucleotídeos (íntrons) que se intercalam na 
sequência codificadora que será expressa, gerando blocos (éxons). O 
íntrons são retirados do transcrito através de splicing (recomposição). 
IMPORTANTE:
Reações como a adição de uma extremidade 5’CAP e da 
cauda de poli-A são necessárias para o funcionamento do 
mRNA maduro.
O processamento descreve as modificações co-transicionais 
(que ocorrem simultaneamente à transcrição do mRNA) aos quais os 
transcritos primários são submetidos, como adição de 5’CAP, cauda 
de poli-A e o splicing. Para produzir mRNA todo o segmento do gene 
é transcrito em uma longa molécula de RNA (pré-mRNA). Todas as 
sequências de íntrons são retiradas e os éxons são unidos entre si, antes 
que o RNA deixe o núcleo, deixando a molécula do RNA mais curta, 
com uma sequência codificadora sem interrupções. Os íntrons são 
removidos através de enzimas, as partículas responsáveis pelo splicing 
são chamadas de snRNPs e existem 5 tipos delas, cada uma carregando 
uma molécula de snRNA. Por fim, a molécula de mRNA maduro e 
funcional poderá deixar o núcleo e ser traduzida em proteínas. O splicing 
alternativo é o processo onde diversas proteínas podem ser sintetizadas 
a partir do mesmo gene, gerando isoformas proteicas. 
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial34
Figura 7: Transcrição e processamento de mRNA em eucariotos 
Fonte: http://bit.ly/2OKGZ3X
VOCÊ SABIA?
Apesar de se esperar, há algumas décadas, que deveríamos 
ter cerca de 100.000 genes codificados de proteínas, 
estima-se que há apenas cerca de 21.000 genes que 
codificam. Isso ocorre porque um mesmo mRNA primário 
pode sofrer splicing de diversas formas.
Tradução proteica
As proteínas são consideradas as moléculas funcionais do nosso 
organismo. Toda a informação genética contida no genoma humano, 
necessária para a formação de cada parte do corpo, tem que ser repassada 
para uma molécula capaz de exercer essas funções, as proteínas. 
O processo de fabricação das proteínas se resume na tradução da 
informação genética em uma ação, gerando uma molécula funcionante a 
partir de um grande livro de receitas moleculares, o DNA. Portanto, existe 
um processo gramatical onde a célula utiliza o alfabeto dela não extenso 
(A, C, G, T) para formar um enorme dicionário com palavras diferentes 
inclusas em uma finita combinação de letras para formar um significado.
Fazendo parte desse mecanismo de tradução proteica há 
moléculas anteriormente já ditas: tRNA, rRNA e mRNA, uma organela que 
funciona mais como uma máquina produtora de proteínas, o ribossomo, 
e outras proteínas auxiliadoras do processo, como as chaperonas, 
fatores de iniciação, elongação e terminação. A seguir, explicaremos 
detalhadamente as etapas da tradução.
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial 35
Estrutura do ribossomo
Os ribossomos são organelas que podem ou não estar anexadas 
em outra organela, o retículo endoplasmático. O ribossomo possui 
duas subunidades que podem variar de tamanho entre os eucariotos 
e procariotos. Nos procariotos a sua subunidade menor é a 30S ea 
maior 50S, já nos eucariotos, a subunidade menor é a 40S e a maior 50S. 
Essa organela se associa ao RNA ribossômico (rRNA) e a função dessa 
associação será mais detalhada pra frente. Os ribossomos possuem três 
sítios internos: sítio A, sítio de entrada do tRNA; sítio P, sítio de síntese 
proteica; e sítio E, sítio de saída do tRNA. Os ribossomos não ficam em 
sua forma ativa o tempo inteiro, por conta dos fatores de iniciação, que 
impedem que se juntem precocemente. Após a tradução, essas duas 
subunidades se separam.
RNA transportador (tRNA)
O tRNA tem a finalidade de transportar os aminoácidos até o sítio 
P dos ribossomos, para que haja a formação de uma cadeia proteica. 
Esse RNA possui uma conformação totalmente diferente. Eles possuem 
um formato de cruz, onde sua parte superior é dedicada à ligação do 
tRNA ao aminoácido alvo e a parte inferior é dedicada à sua ligação ao 
mRNA nos ribossomos.
Figura 8: Estrutura do RNA transportador 
Fonte: http://bit.ly/35xqDCs
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial36
A ligação do tRNA ao aminoácido é mediada por uma enzima 
chamada t-RNA aminoacil transferase, sendo cada uma dessa enzima 
específica para cada um dos 20 aminoácidos existentes. Sendo assim, 
a tryptophanyl t-RNA sintetase, por exemplo, é específica à ligação de 
um triptofano ao seu correspondente cognato tRNA e assim por diante. 
Como veremos mais pra frente, um aminoácido pode se ligar a mais 
de um tRNA, mas um tRNA só pode se ligar a um aminoácido. Essas 
enzimas possuem dois sítios, o do aminoácido e o do tRNA. Assim como 
a DNA-polimerase, a adição de um tRNA não cognato na enzima vai 
levar na diminuição do processo de adição do aminoácido ao tRNA, 
entretanto, a dissociação desse tRNA incorreto será muito mais rápida, 
o suficiente para o tRNA dissociar da enzima antes de se associar ao 
aminoácido. Porém, caso seja o tRNA correto, a associação será rápida, 
mas a dissociação lenta.
Na parte inferior do tRNA há o anticódon, essencial para a ligação 
ao códon do mRNA. Cada mRNA vai ser lido a partir de uma trinca de 
bases denominadas de códon. E ela só pode ser lida dessa forma, já 
que a trinca de base é equivalente à quantidade de aminoácidos 
existentes, 20, que podem ser inseridos na cadeia polipeptídica. Isso 
faz parte da característica do código genético, que será ainda mais 
discutida. Portanto, toda trinca de base do mRNA, códon, possui seu 
complementar, o anticódon. E será esse anticódon que irá se ligar ao 
mRNA no sítio A dos ribossomos, sendo os códons específicos a um 
único aminoácido. Os braços laterais do tRNA servirão para entrar em 
contato com o RNA ribossomal (rRNA), permitindo assim, sua entrada 
no ribossomo.
Iniciação da tradução
A tradução começa com a formação do mRNA e sua interação 
com o ribossomo. Essa interação vai diferir a depender do tipo celular. 
Nos procariotos, há uma sequência denominada de sequência de Shine-
Delgarno. São sequências que estão localizadas no mRNA antes do códon 
de iniciação, que geralmente é AUG. Essas sequências serão reconhecidas 
pelo rRNA 16S, essa interação vai permitir que o ribossomo consiga mover 
o mRNA para que ele fique no sítio exato ribossômico, que é o sítio P. 
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial 37
Apesar de o sítio A ser o de entrada, o primeiro aminoácido da cadeia é 
acrescentado na região P do ribossomo, e então, a partir daí os outros 
tRNA entram pelo sítio A. Antes que o mRNA interaja com a subunidade 
do ribossomo, essas subunidades estão ligadas a fatores de iniciação (IF), 
que impedem a união precoce das subunidades ribossomais.
Nos eucariotos não há a sequência de Shine-Delgarno, 
entretanto, o mRNA antes de sair do núcleo passa por modificações 
pós transcricionais, já mencionadas, como a adição da Cap5’ e PoliA 
nas extremidades do mRNA. Essas duas adições fazem o papel da 
sequência de Shine-Delgarno, ao elas interagirem com os fatores de 
iniciação presentes no ribossomo, que por sua vez irá interagir com a 
unidade 40S do ribossomo, posicionando o mRNA na região correta para 
a leitura durante a fase de elongação. 
Elongação proteica
A fase de elongação é idêntica tanto para procariotos quanto 
para eucariotos. Vai envolver fatores proteicos chamados de fatores de 
elongação (TU), que levar o tRNA ao ribossomo e dar energia para que 
a cadeia polipeptídica em crescimento desconecte do tRNA no sítio P e 
vá para o tRNA no sítio A. Esse fator estará acompanhando o tRNA até 
o sítio de entrada do ribossomo. Chegando no ribossomo, a molécula 
de GTP, que acompanha o TU, vai fornecer energia para que o peptídeo 
pré-formado no sítio P vá para o tRNA que acabara de chegar no sítio 
A e que está migrando para o sítio P em um processo denominado de 
transpeptização. Tendo o anticódon do tRNA interagido com o códon 
do mRNA e a cadeia pré-peptídica migrado ao recém-chegado tRNA, 
então o antigo tRNA sairá pelo sítio E e o anterior irá para o sítio P. Esse 
processo ocorre de forma progressiva até que a tradução termine. 
IMPORTANTE:
Há uma diferença na tradução nos eucariotos para os 
procariotos: a tradução nos procariotos ocorre de forma 
simultânea e rápida quando comparada aos eucariotos, ou 
seja, nas bactérias enquanto o mRNA é formado no citosol, 
os ribossomos já vão sintetizando a cadeia proteica, ao 
contrário dos eucariotos, que é um processo mais lento.
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial38
Terminação da tradução
O processo de elongação vai acontecendo até encontrar um 
códon específico, que na verdade podem ser 3 códons, para o término da 
tradução: UAG, UAA e UGA. Ao chegar nesse códon, nenhum aminoácido 
será introduzido e mais nenhum tRNA participará do processo, dando a vez 
ao fator de terminação interagir com um desses 3 códons, para quebrar 
a ligação da proteína com o tRNA no sítio P e desfazer o ribossomo, 
terminando a tradução. Em alguns casos, o mRNA pode ser degradado por 
RNases presentes no citosol. As proteínas formadas sofrerão processos pós-
traducionais envolvendo as chaperonas, capazes de pegar a cadeia linear 
proteica e enovela-las, dando-as a conformação ativa e outros processos 
como formações de pontes de sulfetos entre as subunidades, glicosilação, 
fosforilação, acetilação/metilação e adição de âncoras lipídicas também 
podem ocorrer, a depender da função da proteína recém-formada.
SAIBA MAIS:
Quer se aprofundar neste tema? Recomendamos o acesso 
à seguinte fonte de consulta e aprofundamento: Artigo: “A 
genética em transformação: crise e revisão do conceito de 
gene” (JOAQUIM & EL-HANI), acessível pelo link https://bit.
ly/2KPxnEv
RESUMINDO:
E então? Gostou do que lhe mostramos? Aprendeu 
mesmo tudinho? Agora, só para termos certeza de 
que você realmente entendeu o tema de estudo deste 
capítulo, vamos resumir tudo o que vimos. Você deve ter 
aprendido que, de acordo com o dogma central, o fluxo da 
informação gênica vai do DNA para o RNA e para a proteína. 
Aprendeu que o material genético pode ser constituído 
por DNA ou RNA, sendo que essas moléculas se diferem 
quanto ao açúcar presente em suas cadeias. A transmissão 
da informação genética envolve várias etapas, como 
transcrição, replicação e tradução. Em cada etapa dessa 
ocorrem processos biológicos que envolvem genes que 
possuem funções distintas, tais funções foram descritas 
nesse capítulo amplamente.
https://bit.ly/2KPxnEv
https://bit.ly/2KPxnEv
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial 39
Código genético, suas características e a 
determinação da cadeia proteica
RESUMINDO:
Também foi possível entender as principais diferenças 
entre os processos que ocorrem nos seres eucariotos e 
nos procariotos, além de conhecer a respeito dos tipos 
de RNAs que estão envolvidos durante todas as etapas 
(RNA mensageiro, RNA transportador, RNA ribossômico, 
entre outros). Conseguiu compreender a importância doconhecimento do código genético, que permite predizer as 
sequências que codificam as proteínas a partir da sequência 
molde de DNA.
INTRODUÇÃO:
O objetivo deste capítulo é apresentar a importância do 
código genético para a formação das moléculas ativas de 
todas as células vivas e dos vírus. No final desse capítulo, 
entenderá as leis do dogma central que dá significado a 
cada sequência nucleotídica de DNA que é repassada para 
o RNA e por final traduzida em proteína.
Características do código genético
Como introduzido anteriormente, o mRNA possui sequências 
que serão lidas em formas de trincas de base, chamadas de códons, 
pelo ribossomo. O segredo para a tradução proteica são as trincas 
de base, já que elas são correspondentes a 1 aminoácido. Mas por 
quê trincas de base? São 20 aminoácidos que serão utilizados pelas 
células para a produção das proteínas necessárias, portanto, caso 
fossem duplas de base, seriam 2 combinações de 4 pares de base (42) 
que daria 16 aminoácidos. 16 é um número insuficiente para abranger 
os 20 aminoácidos possivelmente utilizáveis. Portanto, quando pensa 
em 3 aminoácidos (43), o resultado vai gerar em 64 combinações de 
aminoácidos, podendo ser repetidos. 64 abrange os 20 aminoácidos e 
os 3 códons de parada, sendo o suficiente.
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial40
Figura 9: Código genético universal 
Fonte: http://bit.ly/35GiJqr
O código genético é degenerado
Cada aminoácido é capaz de se ligar na enzima t-RNA 
aminotransferase a tRNAs diferentes, entretanto, um tRNA só pode se ligar a 
um aminoácido. Levando isso à linguagem do código genético, dois códons 
diferentes podem gerar um mesmo aminoácido, por exemplo, a fenilalanina 
que pode ser traduzida tanto pelo UUU quanto pelo UUC. Essa característica 
degenerativa ajuda na manutenção da função fisiológica das proteínas 
celular, mesmo com a presença de um polimorfismo em um nucleotídeo.
Base oscilante
A base oscilante é quando um anticódon pode ser reconhecido 
por mais de um códon diferente, quando há uma alteração do último 
nucleotídeo da trinca. Por exemplo, quando o anticódon é C ele só vai 
reconhecer o G e quando for A só reconhecerá o U. 
Quando o anticódon for U, ele pode reconhecer 2 códons 
diferentes: o A e o G.
Quando o anticódon for o G, reconhece o C e o U. Quando o 
anticódon for I, ele pode reconhecer o A, U ou C. Essa é uma característica 
que ajuda a evitar que pequenas alterações no anticódon possam 
comprometer a tradução proteica. A interação entre o 3 anticódon com o 
3 códon sempre é fraca, por isso que existe a oscilação das bases.
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial 41
Janela de leitura e a continuidade do códon 
Uma das características do código genético é que ele é contínuo, 
ou seja, sempre será lido de trinca em trinca. Entretanto, o que vai 
depender se a leitura ocorrerá de forma certa é a janela de leitura (ou 
open Reading frame – ORF) do mRNA. Imagine uma sequência 5’-AUG CAC 
UUU ACU AAC CGU UAU UCC-3’ que é lida a partir do AUG, codificando o 
aminoácido metionina. Essa janela de leitura vai gerar em uma proteína X 
que é fisiológica para a célula. Entretanto, por alguma razão, o código de 
leitura pode ser alterado, sendo começado a ler a partir do UG, excluindo 
o A, ficando assim 5’- A/ UGC ACU UUA CUA ACC /GU – 3’. Sendo assim, 
traduzindo em uma proteína totalmente diferente do que era pra ter 
sido. Portanto, a mudança da janela de leitura leva a maior variabilidade 
proteica que uma mesma sequência de mRNA pode gerar.
Outra situação é a presença de inserções e deleções. As inserções 
são os acréscimos de bases na sequência de mRNA a partir do DNA. Isso 
pode acontecer a depender do tipo de reparo de DNA (reparo por não 
homologia) ou pelas transposições de DNA que normalmente acontece 
no genoma dos humanos, por exemplo. Então uma sequência de 
mRNA pode receber inserções aleatórias de bases, criando um códon 
de parada precoce, interrompendo a produção da proteína na metade. 
Deleções seguem a mesma lógica, mas a diferença é que deleções 
sofrem a perda de bases nitrogenadas.
O código genético é universal
Uma característica muito importante do código genético é que ele 
é universal, ou seja, o mesmo AUG que gera uma metionina em células 
humanas, gera em células da maioria dos seres vivos, salve algumas 
exceções. Significa dizer que um gene de organismo humano, como a 
insulina, pode ser produzido em outros seres vivos como bactérias.
SAIBA MAIS:
Quer se aprofundar neste tema? Recomendamos o acesso 
à seguinte fonte de consulta e aprofundamento: Tese: 
“Estrutura e evolução do código genético” (Sávio Torres de 
Farias), acessível pelo link https://bit.ly/2ZmRUEe
https://bit.ly/2ZmRUEe
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial42
RESUMINDO:
E então? Gostou do que lhe mostramos? Aprendeu mesmo 
tudinho? Agora, só para termos certeza de que você 
realmente entendeu o tema de estudo deste capítulo, vamos 
resumir tudo o que vimos. Você deve ter aprendido que existe 
um código genético que é composto pelas combinações 
que podem ser feitas com as trincas de base (códons), 
essas combinações feitas entre os aminoácidos podem 
gerar diversas proteínas. Entendeu que o código genético 
é degenerado, pois dois códons diferentes podem gerar 
um mesmo aminoácido. Além disso, entendeu que a base 
oscila quando um anticódon pode ser reconhecido por mais 
de um códon diferente, quando há uma alteração do último 
nucleotídeo da trinca. E que existe uma janela de leitura do 
código, que vai garantir que a leitura seja feita de maneira 
correta. Descobriu que podem haver acréscimos e perdas 
de base na sequência do mRNA a partir do DNA. Por fim, 
compreendeu que o código genético é universal, ou seja, um 
mesmo códon que gera um aminoácido em seres humanos 
pode gerar esse mesmo aminoácido em outros seres vivos.
Expressão gênica de células eucariotas e 
procariotas
INTRODUÇÃO:
Ao final deste capítulo, você entenderá os mecanismos de 
regulação dos eucariotos e procariotos, compreendendo 
como cada organismo possui sua complexidade, assim 
como cada célula de um ser vivo pode possuir funções 
diferentes, mesmo possuindo o mesmo genoma. Entender a 
regulação gênica irá requerer conceitos já abordados neste 
capítulo, como a estrutura do DNA, replicação, transcrição, 
elementos essenciais para a transcrição, processamento 
do RNA, tradução proteica e estrutura de um cromossomo. 
Então vamos lá finalizar essa unidade com chave de ouro!
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial 43
Regulação gênica dos eucariotos
Compreender os mecanismos de fluxo da informação genética 
não era o suficiente para acalmar os ânimos dos curiosos, afinal, já 
que todas as células do organismo possuem o mesmo DNA, como a 
célula da pele não é capaz de produzir conexões sinápticas como os 
neurônios do SNC? O que explicaria a hemoglobina estar presente 
somente nas hemácias e não em outras células do organismo? Como 
uma célula fecundada pode gerar um organismo contendo células tão 
especializadas? 
O macaco possui 98,5% de similaridade genética com o ser 
humano, o que explica o fato de ambos seres vivos serem tão diferentes 
fenotipicamente? 
A ideia de que no DNA de todo ser vivo há “interruptores” capazes de 
“ligar” ou “desligar” expressões proteicas foi aceita, quando descobriram 
que bactérias em meio de cultivo que degradavam somente a glicose, 
quando inseridas em um meio de cultivo contendo glicose e lactose, 
passava a degradar a lactose. É como se fosse possível conectar um 
método alternativo de digestão alimentar, o qual era desligado quando 
estava na presença da glicose. E foi assim que, mais uma vez, a genética 
foi sendo ampliada através do mundo microbiológico bacteriano. Não 
bastava somente entender que uma molécula de DNA servia de molde, 
através de uma de suas cadeias polinucleotídicas, para a geraçãode 
uma fita complementar de DNA ou de RNA e que esse RNA servia de 
molde para a produção de proteínas no ribossomo, gerando assim 
um repasse da informação até o elemento efetor. Agora havia sido 
descoberto que moléculas ativadoras ou repressoras existiam e tinha 
a finalidade de se ligar a uma região regulatória, ficando próximo de 
um promotor ou não, iniciando ou inibindo a transcrição celular. Hoje 
sabemos que um ativador ou repressor é capaz de realizar modificações 
em níveis cromossômicos, ativando ou reprimindo a transcrição de um 
gene através de interações complexas e específicas.
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial44
Interação entre proteínas regulatórias e DNA
Nos eucariotos, várias proteínas, exclusivamente, se ligam ao 
DNA como heterodímeros, apesar de muitas interações que ocorrem 
nos eucariotos serem iguais às que ocorrem nos procariotos. Esses 
heterodímeros ampliam a possibilidade de especificidade de ligação 
ao DNA, já que cada monômero tem uma especificidade diferente de 
ligação ao DNA, tornando o sítio reconhecido por heterodímeros serem 
diferentes de homodímeros (procariotos). Esses dímeros representam 
domínios de ligação da proteína regulatória ao DNA. Esses domínios de 
ligação ao DNA são variados, sendo um deles o zinc finger (dedo de zinco), 
muito utilizado para técnicas de edição gênica, no reconhecimento de 
cadeias de DNA a partir da ligação a três pares de base daquela cadeia. 
VOCÊ SABIA?
O zinco auxilia na ligação ao DNA a partir de sua interação 
com resíduos de cisteína e histidina, dando integridade na 
interação da proteína regulatória com o DNA. 
A α-hélice dessa proteína interage com a fenda maior do DNA, 
sendo assim, abrangendo uma maior porção de bases nucleotídicas 
reconhecidas. Outro domínio é o motivo zíper de leucina. Esse domínio 
possui duas longas α-hélices formando uma pinça, onde cada alfa 
hélice irá interagir com a fenda maior do DNA, uma em cada borda 
formada pela cadeia nucleotídica. As leucinas mantêm as duas porções 
proteicas, que formam uma estrutura helicoidal, através de interações 
hidrofóbicas. Essas interações e mais outras (proteína homeodomínio, 
hélice-alça-hélice e proteínas HMG) possuem a função de gerar 
interações importantes no DNA, afim de gerar expressão aumentada ou 
anulada de proteínas. Entretanto, a função regulatória não fica somente 
a critério de proteínas, o nível de condensação que o DNA está em um 
cromossomo também interfere na regulação gênica.
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial 45
Compactação do genoma eucarioto
Como já dito anteriormente, o genoma da célula humana está 
contido de uma forma densa e enovelada em histonas, formando assim 
os nucleossomos. Cada histona é formada por 8 subunidades proteicas e, 
em sua maioria, resíduos de lisinas. Esse aminoácido é responsável pela 
ligação ao DNA através do fosfato presente na dupla hélice. A lisina é 
carregada positivamente, enquanto que o fosfato é negativamente, gerando 
assim interação e enovelamento da fita de DNA nas histonas, portanto, 
escondendo regiões promotoras como TATAbox, impedindo o acesso da 
RNA polimerase e os fatores de transcrição associados. Portanto, imagina 
que quanto maior a concentração de resíduos de lisina no nucleossomo, 
menor a expressão de um determinado gene, sendo assim, as regiões de 
heterocromatina são as mais “fechadas” para o processo da transcrição.
Entretanto, existem formas de acessar regiões inacessível pela 
RNA polimerase e uma dela é a acetilação das histonas. A acetilação é 
mediada por uma enzima chamada histona acetil transferase (HAT), a 
qual vai acrescentar um grupo acetil na porção positiva no aminoácido 
Lisina, levando a perda do enovelamento que o DNA tinha com a histona, 
deixando uma área livre para a RNA polimerase, permitindo a transcrição.
Em uma célula eucariótica em contato com a galactose, o fator de 
transcrição Gal4 liga-se à sequência ativadora UAS, ativando a transcrição 
do gene Gal1. Entretanto, na presença da glicose, o fator de transcrição 
Mig1 liga-se ao sítio Mig1 e recruta o fator Tup1. Esse fator recruta uma 
histona desacetilase, condensando a cromatina e inibindo a transcrição.
Regiões controladoras do locus (LCR) 
LCR são sequências de DNA essenciais para o estabelecimento 
da configuração “aberta” da cromatina. São capazes de inibir a transcrição 
normal de áreas de um gene a partir da ativação de um outro locus. 
Normalmente age em diferentes fases diferentes de um organismo. Por 
exemplo, durante a vida de todo ser humano, o gene da β-globina vai 
alternando a expressão das cadeias globínicas até chegar na cadeia 
α2β2. O LCR, na fase gestacional, se liga diretamente à porção ζ do gene 
da β-globina formando a ζ2ε2. Após o nascimento, a LCR se liga à porção 
ϒ do gene, automaticamente inibindo a transcrição de outras cadeias, 
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial46
formando a α2ϒ2 (hemoglobina fetal). Na fase adulta a cadeia α2β2 está 
presente porque a LCR, após o período pós parto, se ligou à região β do 
gene, inibindo a transcrição de outas cadeias e estimulando a cadeia β.
Metilação do promotor
Em algumas regiões transcricionais, há regiões com a presença 
de radicais metil acopladas às citosinas. A metilação desses promotores 
impede a interação de fatores de transcrição ou da RNA polimerase, 
impedindo assim a transcrição. Normalmente, essas regiões são ricas 
em sequências C e G a jusante do sítio de transcrição, sendo chamada 
de ilhas CpG. 
Para que haja a transcrição de determinado gene, precisa haver 
a demetilação dessa região, permitindo assim a interação da RNA 
polimerase com seu promotor. 
Em células sanguíneas vermelhas de humanos, o DNA envolvido 
com a produção de hemoglobina está quase ou completamente não-
metilado.
Splicing alternativo
O splicing alternativo é um procedimento já comentado anterior-
mente, entretanto, vale ressaltar sua importância para a regulação da 
expressão de genes, já que ele é o responsável pela produção alternativa 
de mRNAs capazes de gerar proteínas diferentes. 
O vírus linfotrófico da células T (HTLV) expressa um pré-RNA que 
não sofreu o processo de splicing. Três caminhos podem ser tomados 
a partir desse pré-RNA: (I) ele pode sofrer um único splicing, formando 
um mRNA capaz de gerar a proteína de envelope (env); (II) a segunda 
via é um duplo splicing no RNA, produzindo um mRNA capaz de gerar 
duas proteínas transativadora da região X, tax e rex; (III) a última opção 
é não sofrer splicing, sendo esse RNA capaz de decodificar proteínas 
e enzimas das regiões gag, pro e pol. Assim como o HTLV, promovido 
pela proteína rex, no genoma do eucarioto também há, em diferentes 
tecidos, o splicing alternativo de um RNA, gerando mRNAs diferentes 
para um mesmo gene.
Aplicação da Biologia Molecular no Diagnóstico Laboratorial 47
Regulação da estabilidade do mRNA
No final da produção do mRNA, ele é processado no interior do 
núcleo com a adição da Cap 5’ e da cauda poliA. Entretanto, quando 
aquele mRNA não é desejável, um dos processos é a regulação a 
partir de 3 etapas: desadenilação, remoção do Cap 5” e degradação 
exonucleotídica.
miRNA e siRNA
Uma das outras formas de regulação direta em mRNA é via miRNA 
(micro RNA) ou siRNA (small interference RNA). Ambos RNAs fazem 
parte de um grupo de moléculas nucleotídicas capazes de promover 
regulações pós-transcricionais, interferindo na tradução proteica ou são 
capazes de degradar o mRNA. Ambas são moléculas de dupla fita de 
RNA, entretanto, a diferença entre ela é que uma é dupla fita perfeita 
(siRNA), já a outra vem de uma dupla fita irregular (smRNA), com trechos 
não pareados.
Regulação gênica nos procariotos
Ao contrário dos eucariotos, os procariotos possuem uma 
estrutura e funcionalidade muito mais simples envolvidos tanto na 
transcrição quanto na regulação da expressão gênica.