TEMA 4 - Introdução à Bioinformática

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Introdução à Bioinformática
Histórico, relação com a biologia molecular, áreas do conhecimento envolvidas e aplicações da
bioinformática.
Prof. Eldio Gonçalves dos Santos
1. Itens iniciais
Propósito
Compreender os conceitos de biologia molecular, o histórico e as aplicações da bioinformática é importante
para iniciar os estudos nessa nova área do conhecimento, que gera grandes descobertas e avanços
especialmente no âmbito biomédico.
Objetivos
Descrever os conceitos de biologia molecular e das proteínas importantes para a bioinformática.
Reconhecer o histórico e algumas aplicações da bioinformática no mundo atual.
Introdução
A biologia molecular é responsável por estudar as moléculas que realizam a manutenção da vida — DNA, RNA
e proteínas —, que têm como função principal, considerando o dogma central da Biologia, armazenar
informações, enviá-las para a síntese das proteínas e realizar as funções celulares, respectivamente. 
Diversos dos avanços que tivemos até hoje se deram devido à elaboração de técnicas que nos
proporcionaram novas formas de estudar o DNA e o RNA, que estão em constante evolução. Recentemente, a
informática tornou-se uma importante aliada, criando uma ciência, a Bioinformática. Assim, essa nova ciência
atua em parceria com a Ciência da Computação, Estatística, Matemática e as Engenharias para analisar,
interpretar e processar dados biológicos. 
A bioinformática hoje está presente, mesmo que de forma indireta, na vida de todos os pesquisadores e em
praticamente todos os laboratórios do mundo. Neste conteúdo, vamos entender conceitos sobre biologia
molecular, para melhor compreender a bioinformática e descobrir afinal o que ela é, para que serve, como
surgiu e conhecer algumas de suas metodologias. Vamos juntos? 
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1. A biologia molecular e a bioinformática
Conceitos de biologia molecular importantes para a
bioinformática
Todos os seres vivos do planeta, para continuar existindo, precisam se reproduzir, ou serão extintos. Há
diversas formas de reprodução, mas todas envolvem a cópia de uma biomolécula bem característica, formada
pela união de um grupamento fosfato, uma pentose e uma base nitrogenada, chamada de ácido
desoxirribonucleico (ADN) — mais conhecida como DNA. Na imagem a seguir conseguimos relembrar a
estrutura do DNA.
Estrutura de uma molécula de DNA.
Como já sabemos, existem quatro diferentes nucleotídeos presentes no DNA: Adenina (A), Timina (T), Guanina
(G) e Citosina (C). Esses são formados por três diferentes elementos: uma base nitrogenada, que vai de fato
dar o nome para o nucleotídeo (A, T, C, G); uma pentose, que será ribose no RNA ou desoxirribose no DNA; e
um grupamento fosfato, que interage com a pentose fazendo uma ligação fosfodiéster. A adenina se liga a
uma timina por uma ligação dupla de hidrogênio e a guanina se liga com a citosina por uma ligação tripla de
hidrogênio, conforme observamos na imagem a seguir:
Ligação fosfodiéster
Une dois nucleotídeos pela ligação entre fosfatos no quinto carbono de uma desoxirribose ou ribose com
a hidroxila presente no terceiro carbono da desoxirribose ou ribose de um outro nucleotídeo.
Bases nitrogenadas presentes no DNA.
O DNA tem como função principal armazenar uma série de sequências e padrões que serão lidos por um
sistema bastante complexo. Ao ter sua expressão feita de forma correta, resulta na formação de determinado
ser vivo. Essa molécula, por ser estável, é capaz de carregar todas as informações genéticas de um indivíduo
e ser copiada para gerar outros indivíduos idênticos.
Mas como ocorre o fluxo de informação nos organismos vivos?
Replicação
Primeiramente, ocorre a cópia completa de toda a sequência de DNA contida em cada célula
individual, em um processo chamado de replicação. No entanto, para que as informações contidas no
DNA sejam convertidas em proteínas, elas precisam ser transformadas em uma molécula
intermediária — o RNA (ácido ribonucleico), que é constituído por uma pentose e um fosfato e tem
como bases nitrogenadas a adenina, a guanina, a citosina e a uracila.
Transcrição
Para isso, o DNA deve ser reconhecido pela proteína RNA polimerase, para gerar uma molécula de
RNA mensageiro (RNAm), no processo chamado de transcrição. O RNAm carrega as informações
contidas no DNA e é lido pelo ribossomo, de três em três bases nitrogenadas. A cada conjunto desse
damos o nome de códon.
Tradução
Cada códon indica que um aminoácido será inserido pelo ribossomo em uma cadeia maior.
Aminoácido é a menor unidade funcional de uma proteína, uma molécula pequena formada por um
grupamento R, um grupamento amina e um grupamento ácido carboxílico. A união de diferentes
aminoácidos forma uma cadeia peptídica, que, ao se organizar, gera uma proteína. Esse processo é
chamado de tradução, e ocorre quando um RNAm é traduzido em proteínas, que são as unidades
funcionais do nosso corpo.
Saiba mais
A cadeia peptídica que irá se tornar uma proteína precisa ser moldada tridimensionalmente para adquirir
sua característica terciária e quaternária. Tal processo é feito por proteínas chamadas chaperonas. 
Nos seres vivos existe uma enorme variação de proteínas com diferentes funções essenciais à vida. Elas
coordenam quase todos os processos vitais, como o metabolismo celular e bioquímico, o apoio na divisão do
DNA, a síntese de moléculas importantes para a manutenção da célula etc.
Esse fluxo de informação genética dentro de uma célula ou em um organismo recebe o nome de dogma
central da biologia molecular. Na imagem abaixo vemos um esquema que retrata esse dogma tão importante
para a biologia molecular.
Francis Crick.
Esquema do dogma central da biologia molecular.
O dogma central da biologia foi criado em 1958,
por Francis Crick, e afirma que é preciso uma
determinada sequência de eventos para que a
informação genética seja traduzida.
Saiba mais
Há alguns organismos, como vírus, capazes de reverter o dogma central da biologia a partir da proteína
transcriptase reversa. São exemplos o vírus da imunodeficiência adquirida e o SARS-CoV-2. 
Replicação, transcrição e tradução do DNA
Veja agora os processos que envolvem as etapas de replicação, transcrição e tradução, que compõem o
dogma central. Vamos lá!
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É um pouco difícil tentar imaginar como o DNA armazena tanta informação em um espaço tão pequeno, mas
vamos comparar com um computador tradicional.
Imagine que o hard disk (HD) do seu computador consiga guardar informações de 500 gigabytes ou 1
terabyte. Ou seja, uma unidade de conversão na qual 1 gigabyte equivale a 109 bytes, 1 terabyte equivale a
1012 bytes, e um byte equivale a 8 bits. O computador funciona com uma base binária de 0 e 1, e cada sinal
desse (0 ou 1) equivale a um bit, sendo que a cada 8 bits temos um byte.
O nosso DNA funciona como um programa de
computador (de verdade, a semelhança é
impressionante!).
 
Vejamos alguns exemplos disso: os
computadores, como já dissemos, utilizam um
sistema binário (0 e 1). Já o DNA possui um
sistema quaternário com as variáveis A, T, C, G,
na qual cada códon seria equivalente a 1 byte
(equivale a 8 bits), e cada letra de DNA, 1 bit.
Além disso, alguns vírus são capazes de
modificar as sequências do DNA, assim como
nos softwares.
Curiosidade
Se convertêssemos para uma unidade em bytes, cada célula humana teria cerca de 1,5 gigabytes! 
Existe ainda um código que comanda a construção das proteínas, o código genético, e esse código é 
universal, válido para todos os seres vivos, demonstrando que todos eles possuem uma origem única e é
determinado pelos códons.
Comentário
A universalidade do código genético indica que Darwin tinha razão em sua teoria de evolução, pois
segundo essa teoria, todas as espécies que mudam ao longo do tempo, dão origem a novas espécies e
compartilham um ancestral comum. 
Na tabela a seguir vemos o código genético, ou seja, a relação entre os códons (sequência de 3 bases
nitrogenadas) e os aminoácidos correspondentes.
Quadrocontendo todo o código genético.
Ao observar a tabela, percebemos que um aminoácido pode ser representando por mais de um códon.
Dizemos que o código genético é degenerado/redundante. Isso é importante, pois modificações em
uma das bases nitrogenadas podem não alterar o tipo de aminoácido encontrado.
Por exemplo, a mudança da base uracila (GUU) para uma das outras três bases nitrogenadas (GUC, GUA ou
GUG) não altera o aminoácido que será integrado na sequência de peptídeos, que em todos os códons será a
valina. No exemplo anterior, assim como em toda a tabela do código genético, conseguimos perceber que as
alterações nos códons para esse código genético ser degenerado se encontram na terceira base nitrogenada
do códon. Isso quer dizer que o código genético apresenta especificidade para a 1ª e 2ª bases e tolera 
oscilações na 3ª base no códon.
Por outro lado, observamos que cada códon não especifica mais de um aminoácido. Sendo assim, dizemos
que o código genético não é ambíguo, ou seja, o códon GUU vai sempre indicar a inclusão de uma valina na
sequência de aminoácidos e CCU de uma prolina.
Saiba mais
Alguns códons são bem importantes na construção da cadeia peptídica. Entre eles, podemos destacar o
start códon e o stop códon, que são responsáveis por iniciar e parar a síntese da cadeia,
respectivamente. O start códon é dado por AUG, e o stop códon pelas sequências UAA, UAG e UGA. 
Evolução genética
Algum HD seu já deu defeito? Já perdeu algum arquivo importante, como uma foto ou um texto em que você
estava trabalhando, devido a um problema de umidade ou pancada no computador? Ou simplesmente
aconteceu uma falha no sistema? É normal. Os HDs irão dar defeito. Os técnicos de informática dizem: “Você
já perdeu seus arquivos, só não sabe quando.”
Com o DNA acontece algo relativamente semelhante: a informação armazenada pode sofrer diversos
processos que alteram a informação contida, e a essas alterações damos o nome de mutação.
As mutações são alterações permanentes na sequência de bases nitrogenadas do material genético de um
organismo, causadas por uma série de fatores, como radiação, erros de replicação, envelhecimento, falhas na
maquinaria de reparo do DNA, atuação de agentes mutagênicos etc., que podem ocasionar diferentes
alterações na estrutura do DNA. São elas:
Susbtituição de uma base por outra
Este processo pode ocorrer nas seguintes formas: 
Silenciosa
Pode acontecer de forma silenciosa, ou seja, sem perda de informação
original.
Mutação de sentido trocado
A mutação de substituição pode alterar a sequência de aminoácidos que
será traduzida.
Mutação sem sentido
A substituição de uma base nitrogenada leva à interrupção da tradução.
Exemplo de alteração SNP no DNA.
Inserção
A inserção de base nitrogenada desloca o restante da sequência para a
direita, alterando a sequência de RNAm e os códons que serão
traduzidos.
Deleção
A deleção de base nitrogenada desloca o restante da sequência para a
esquerda, alterando a sequência de RNAm e os códons que serão
traduzidos.
O nosso organismo tem maneiras de reparar esse tipo de mutação, mas, quando não há o reparo, acontece o
que chamamos de frameshift, que em inglês significa “mudança de quadro”, ou seja, toda a forma com que os
códons são lidos daquele trecho em diante ficará alterada, o que pode gerar uma leitura completamente
errada de toda a sequência após a mutação ou uma interrupção da leitura, caso apareça um stop códon.
Esquema ilustrando um exemplo de frameshift gerando alteração na proteína final.
As mutações podem ocasionar doenças
genéticas. Artrite reumatoide, doença de
Crohn, doença de Alzheimer e fibrose cística,
por exemplo, são causadas por mutações do
tipo SNPs, do inglês Single Nucleotide
Polymorphisms (polimorfismo de nucleotídeo
único), em que a alteração de um único
nucleotídeo é capaz de desencadear uma
doença.
Além das SNPs, há outras mutações que podem
conferir alguma quebra na homeostasia do
corpo.
O projeto Genoma Humano possibilitou o
mapeamento genético humano e permitiu
identificar nos genes quais são as regiões
cruciais que desencadeiam determinadas doenças, ou ainda prever possíveis outras apenas pelo
sequenciamento genético. Fique tranquilo, iremos voltar ao Projeto Genoma em um outro momento.
O caso mais famoso desse tipo de abordagem aconteceu
com a atriz Angelina Jolie. Após um sequenciamento
genético, foi detectada uma mutação no gene BRCA1, um
gene responsável pela produção de proteínas supressoras
de tumores, ou seja, proteínas que reparam o DNA
danificado e, assim, desempenham um papel na garantia da
estabilidade do material genético de cada célula.
Uma mutação ou alteração nesse gene leva à síntese de
proteínas não funcionais, permitindo que danos no DNA da
célula não sejam reparados e aumentando a possibilidade
de desenvolvimento de câncer de mama. Assim, quando a
atriz descobriu a mutação, ela decidiu remover o tecido, o
que causou muita polêmica na época.
Mas nem sempre as mutações geram malefícios. As mutações foram cruciais no decorrer da história,
considerando um longo prazo (milhões de anos) para que a vida na Terra seja como ela é hoje. As mudanças
que ocorreram no DNA dos seres vivos fizeram com que algumas proteínas se comportassem de forma
diferente, tanto para melhor, sendo mais eficientes, quanto para pior, causando problemas graves para o
organismo.
Se pensarmos a curto prazo (alguns anos), seres que tiveram mutações que de alguma forma os faziam mal
morreram e foram esquecidos, e tais mutações não foram consolidadas. 
No entanto, imagine diversas e diversas perpetuações de mutações benéficas ao longo de milhares de anos.
Isso causaria uma diferenciação significativa em determinadas populações, gerando uma evolução por
seleção natural de toda uma espécie. Alguns organismos mutaram tanto a ponto de iniciar novas espécies e,
assim, por diante. 
A filogenética é a ciência que estuda a história da evolução das espécies para mapear todas essas
alterações genéticas e avançarmos na montagem desse enorme quebra-cabeça evolutivo.
A imagem abaixo retrata um mapa filogenético. Verifique a nossa posição no mapa. 
Árvore filogenética universal simplificada.
A popularização da informática no final da década de 90 possibilitou construirmos enormes bibliotecas
gênicas, a ponto de ser possível concluir o projeto Genoma Humano. 
Durante essa pesquisa, após observada a função de vários genes, foi descoberto que nós, seres humanos,
tínhamos genes muito semelhantes a outras espécies (até mesmo bactérias).
Genes
Segmento de DNA que possui informação para que ocorra a síntese de um RNA mensageiro. 
Exemplo
Genes relacionados a vias metabólicas, estruturais, de regulação de ciclo celular etc. 
O mapa filogenético nos indica que existem ancestrais comuns. Assim é possível pontuar a história evolutiva e
estudar como se deu a evolução dos genes. Dividimos as características do histórico evolutivo em genes 
homólogos e análogos.
Mas você sabe o que é Homologia?
Homologia é o compartilhamento de uma característica derivada de um
mesmo ancestral, ou seja, que foi compartilhada durante a história
evolutiva. Órgãos homólogos são aqueles que apresentam características
similares em diferentes espécies, por exemplo, a pata do cavalo, a pata
do leão, as nadadeiras das baleias e o braço do ser humano que são
homólogos entre si.
Os genes homólogos, por sua vez, também indicam que determinado gene apresenta uma ancestralidade em
comum. Porém, é importante relatar que esses genes não são iguais.
Os genes homólogos podem ser genes ortólogos ou parálogos.
Genes ortólogos
São genes presentes em espécies diferentes
que surgem de um ancestral comum por meio
de especiação, ou seja, por meio do processo
evolutivo pelo qual novas espécies surgem.
Nesse caso, a função tende a ser conservada e
cada descendente tem uma cópia.
Genes parálogos
Estão presentes na mesma espécie em estudo
por duplicação. Nesse caso, a função tende a
mudar e estão presentes em mais de uma
cópia.
Mas e os genesanálogos?
As asas de um morcego, de um inseto e de uma ave
têm características análogas.
Antes, precisamos entender que, nesse caso, a
analogia traz a ideia de que tais genes têm
características semelhantes, mas não
pertencem a um ancestral comum.
 
Os exemplos mais clássicos são asas de uma
ave, de um morcego e de um inseto. Elas estão
muito distantes na árvore evolutiva e mesmo
assim possuem a mesma função.
Os genes análogos são sequências de
nucleotídeos diferentes, mas que traduzem
proteínas com a mesma função. Confuso?
Calma, a seguir vemos a imagem de uma árvore
filogenética resumindo todos esses conceitos.
Genes homólogos e análogos entre o homem, o chimpanzé e a bactéria Escherichia
coli .
Na imagem, note o gene das histonas presente no chimpanzé e nos homens e o gene da proteína HNS 
Escherichia coli. As histonas são proteínas responsáveis pelo processo de compactação/descompactação do
DNA, possibilitando assim a regulação gênica e a interação com RNA polimerase. Há cinco tipos de histonas
que diferem no peso molecular e na função. Na imagem ilustrada, demonstramos dois deles. 
Proteína HNS
É uma proteína semelhante à histona e representa um componente estrutural na bactéria que influencia
muitos processos celulares, incluindo recombinação, transcrição e transposição.
Expressão gênica
Todas as informações do nosso corpo ficam no DNA e todas as nossas células possuem o mesmo DNA,
compactadas o máximo possível para caber dentro do núcleo. As células do intestino e do cabelo possuem o
mesmo DNA, mas como isso é possível, uma vez que elas são tão diferentes em praticamente todos os
aspectos? 
Para responder a essa pergunta devemos olhar para o passado e entender como as primeiras bactérias foram
evoluindo para melhor se adaptarem ao meio em que viviam. 
Como vimos, a evolução se dá por mutações perpetuadas ao longo de gerações. Vejamos a situação
apresentada abaixo:
Atividade Discursiva
Imagine duas bactérias de colônias diferentes, a bactéria X e Z, em um ambiente com pouca oferta de
nutrientes. A bactéria X continua a todo vapor sua produção de proteínas, com o metabolismo e o consumo de
nutrientes funcionando normalmente. Já a bactéria Z, quando tem uma resposta de escassez nutricional
mediada por fatores intracelulares, começa a frear seu metabolismo e passa a usar outra fonte de nutrição.
 
Qual das duas bactérias você acredita que terá mais chances de sobreviver, a X ou a Z?
Chave de resposta
Se você respondeu bactéria Z, você acertou! Ela consegue poupar mais energia e assim se adapta melhor
ao meio. Isso acontece devido a diferentes fatores intracelulares, como a regulação gênica.
Nas bactérias, a regulação via operon Lac acontece de forma muito parecida. Mas vamos entender melhor?
O operon Lac é um conjunto de genes relacionados ao metabolismo da lactose, um açúcar que pode ser
usado para a nutrição de diversas bactérias. Na falta de lactose, não há motivos para a bactéria gastar energia
na produção de proteínas que quebram a lactose, então ocorre uma inibição da região que promove a
expressão dessas proteínas, alterando o metabolismo daquele indivíduo para algo que faça mais sentido para
o meio em que ele vive. 
Esquema de regulação do operon Lac mediado por lactose.
O mecanismo no qual uma bactéria tem de controlar seu metabolismo chama-se regulação da expressão
gênica. Em resumo, são uma série de estímulos que determinam o padrão da expressão dos genes, esse
padrão fará com que o produto final, ou seja o RNA e a síntese de proteínas mude de acordo com o que está
acontecendo naquele momento. 
Existem ainda as proteínas reguladoras transcricionais, que podem de alguma forma ativar ou reprimir a
transcrição, de acordo com a necessidade do organismo.
Exemplo
A ausência de lactose pode ativar a proteína reguladora repressora e as sequências regulatórias, que são
os trechos em que as proteínas reguladoras se acoplam para exercer sua função. 
Os organismos procariotos possuem o DNA disperso no citoplasma, já os eucariotos possuem o DNA envolto
por uma membrana nuclear e também mecanismos próprios de expressão gênica. 
Existem inúmeros processos de controle de expressão, entretanto todos eles dependem do quão compactado
está o DNA, uma vez que quando compactado fica impossibilitado de transcrever, logo não há como aquele
gene ser expresso. Já um DNA mais relaxado permite que as proteínas responsáveis pela transcrição atuem e
pode ser expresso. 
Nos eucariotos damos o nome de heterocromatina à região onde o DNA está compactado e inacessível, e 
eucromatina quando ele está na forma descompactada. Essa regulação é feita através das histonas, que como
já sabemos controlam o grau de compactação do DNA. O mecanismo pelo qual as histonas realizam a
compactação/descompactação do DNA ocorre por um processo químico, quando estão acetiladas (na
presença de um grupamento acetil) ocorre um relaxamento do DNA e quando estão metiladas (na presença de
um grupamento metil) ocorre a compactação do DNA.
Heterocromatina (esquerda) e Eucromatina (direita).
Outra forma de controlar a expressão em eucariotos é controlar como o transcrito de RNA será submetido ao 
splicing alternativo. 
Mas o que é o splicing?
O DNA apresenta sequências codificadoras (éxons) intercaladas com sequências não codificadoras (íntrons),
para esse transcrito ser funcional devemos descartar os íntrons e ter um transcrito composto apenas por
éxons. Para isso são realizados cortes em regiões específicas chamadas de sítio de splicing. Para entender
melhor, observe a imagem a seguir:
Esquema mostrando o splicing , processamento do DNA semelhante a um “corte” e
“cola”.
No entanto, a ligação entre os éxons pode ser realizada de diferentes maneiras durante o processamento do
RNA, a isso chamamos de splicing alternativo. Pode haver mais de uma combinação desses diferentes trechos
chamadas de isoformas do transcrito, gerando diferentes proteínas a partir de um mesmo gene. O splicing,
desse modo, permite uma diversificação da expressão gênica e assim uma enorme variabilidade celular. 
Diferentes isoformas do RNAm.
Existem ainda diversas outras formas de controle de expressão, como os fatores transcricionais, que são
moléculas ou proteínas que atuam ativando ou inibindo a transcrição de determinados trechos, e a
epigenética, que é uma ciência que tem como objetivo estudar como fatores externos ao organismo
influenciam na expressão dos genes, entre outros. 
O mais importante é compreendermos que há diversos mecanismos que influenciam a expressão genética,
para assim responder ao nosso questionamento do começo do tópico:
“As células do seu intestino e do seu cabelo possuem o mesmo DNA, mas como isso é possível, uma vez que
elas são tão diferentes em praticamente todos os aspectos?”
Apesar dessas células terem o mesmo DNA, seu padrão de expressão genético não é o mesmo. As
regiões de hetero e de eucromatina são arranjadas de formas distintas, ou seja, o padrão de splicing
é diferente. Dessa forma, temos a síntese de diversas proteínas que são responsáveis pela função
específica de um órgão específico.
Proteínas
As proteínas são biomoléculas construídas a partir de ligações peptídicas formadas no ribossomo, com a sua
sequência dada pela ordem dos códons de RNAm, que foram transcritos do DNA. Além de serem responsáveis
por manter o funcionamento celular, elas possuem funções diversas, como:
Formar a estrutura celular (actina);
Catalisar reações químicas no metabolismo de nutrientes (desidrogenases);
Servir de transporte de pequenas moléculas (canais iônicos);
Movimentação celular (cinesina);
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Sinalização (proteína G);
Defesa celular (anticorpos) etc.
As proteínas são classificadas quanto à sua estrutura em quatro diferentes níveis: 
Estrutura primária
Esta estrutura constitui as ligações peptídicas entre os aminoácidos.
Estrutura secundária
É a forma como a proteína se organiza — cujos três tipos gerais de
estrutura são as α-hélices, as folhas-β e as regiões de loop que
conectamas duas anteriores.
Estrutura terciária
Representada pelo conjunto das α-hélices, folhas-β e loops, que dá
origem a uma estrutura maior e organizada, chamada de subunidade.
Estrutura quaternária
É o conjunto das estruturas terciárias, que se dá quando existe mais de
uma subunidade proteica para formar a proteína final.
A forma como as proteínas se consolidam depende dos resíduos de aminoácidos que as compõem. Dentre os
aminoácidos, há três classes: com carga (positivo ou negativo), polares (sem carga) e apolares. Esses resíduos
podem interagir entre si por ligações de hidrogênio, formando α-hélices ou dobrando sua estrutura. Além
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disso, também pode acontecer o oposto: a repulsão entre resíduos gerar um afastamento de trechos da
proteína. Sendo assim, há diversas formas que uma proteína pode assumir.
No esquema a seguir podemos ver os diferentes tipos de aminoácidos e suas cargas.
Com carga na cadeia lateral.
Polares não carregados.
Vista lateral e superior de um canal iônico.
Apolares.
O conjunto total das interações entre os
resíduos forma a conformação final da proteína
(basicamente a forma tridimensional que ela
assume) e é fundamental para sua função. Por
exemplo, algumas proteínas têm, na ligação das
subunidades, um canal no centro. A partir
desse canal, moléculas podem ser
transportadas, conforme observamos na
imagem ao lado.
Outras têm uma pequena cavidade, onde
alguma molécula pode entrar e realizar uma
reação química mediada por um cofator e ser
liberada depois para seguir a sua via
metabólica. 
Cavidade e sítio ativo de uma proteína.
Agora imagine que um resíduo fundamental, como uma lisina (LYS – com carga positiva), seja a peça-chave
para interagir com a molécula da sua via metabólica, uma molécula que tenha carga negativa. Assim
percebemos que a lisina é um resíduo extremamente importante para o funcionamento da proteína, pois é
necessária para a interação da carga positiva do resíduo com a carga negativa da molécula. 
Vem que eu te explico!
Os vídeos a seguir abordam os assuntos mais relevantes do conteúdo que você acabou de estudar.
Estrutura do DNA
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O código genético
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A evolução gênica
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Verificando o aprendizado
Questão 1
O mapa filogenético nos indica que há ancestrais comuns. Assim é possível pontuar a história evolutiva e
estudar como se deu a evolução dos genes. Um gene de uma bactéria A com sequência de nucleotídeos
ACGTAGGTCGTTACCAGG codifica uma proteína Y capaz de realizar a quebra de glicose. De forma
semelhante, os pássaros apresentam a sequência de nucleotídeos GTACTAATCATGGGCAATTTC, que codifica
uma proteína Z que é capaz de quebrar glicose. Como você classifica esses dois genes?
A
Homólogos
B
Ortólogos
C
Parálogos
D
Análogos
E
Universais
A alternativa D está correta.
Os genes análogos são aqueles que apresentam uma sequência de nucleotídeos muito diferentes, como os
encontrados em algumas bactérias e nos pássaros, mas codificam proteínas semelhantes. Na questão,
ambos os genes codificam proteínas que quebram glicose.
Questão 2
Vimos que os organismos procariotos realizam o controle da expressão por meio de operons. Um deles é o 
operon Lac, conhecido por operar o metabolismo de lactose e presente em muitos organismos. Sobre esse
mecanismo assinale a alternativa correta:
A
A presença da regulação gênica ajudou, ao longo do processo evolutivo, na mutação das espécies.
B
A presença da regulação gênica ajudou, ao longo do processo evolutivo, na preservação da vida por meio de
um controle refinado do metabolismo dos organismos.
C
O operon Lac é responsável por controlar todo o metabolismo dos procariotos.
D
O operon Lac é responsável por encontrar e corrigir mutações, fazendo a regulação gênica.
E
O operon Lac também pode ser encontrado em eucariotos.
A alternativa B está correta.
O operon Lac é um dos operons que participa da regulação gênica dos organismos procariotos. Ele modula
a expressão de enzimas responsáveis pela metabolização de lactose e, com isso, pode aumentar ou
diminuir a expressão, evitando gasto energético desnecessário, o que foi crucial para a manutenção da vida
desses organismos ao longo do tempo.
2. Aplicações da bioinformática 
Histórico da bioinformática
Em todas as áreas do conhecimento existe certa interdisciplinaridade. Para saber como um objeto se move é
necessário conhecer a física e a matemática. Para entender um texto histórico, temos que saber a linguagem
escrita, o contexto em que aquele texto foi escrito e a forma como a sociedade era organizada. Há diferentes
partes que, quando juntas, formam a chave para a compreensão de qualquer conhecimento. 
Na bioinformática não é diferente, pois não se trata apenas da união da biologia (bio) com a informática, e sim
de uma série de outros fatores que serão citados ao longo do nosso estudo.
Podemos dizer que essa nova área do conhecimento surgiu a partir da necessidade de armazenar dados e
realizar contas matemáticas por meio de algoritmos que auxiliariam o dia a dia dos pesquisadores.
Algoritmos
É uma “receita” para executar uma tarefa ou resolver algum problema. Pode ser, por exemplo, uma
fórmula matemática.
Para conhecermos o histórico da bioinformática, precisamos conhecer o histórico da informática. Foi na
década de 60 que surgiram os primeiros computadores para uso comercial, como o IBM 7094, que ocupavam
um espaço gigantesco e não eram nada simples de operar. 
IBM 7094, um dos primeiros computadores criados para uso comercial.
Ainda assim a físico-química americana Margaret Dayhoff conseguiu criar o primeiro programa de
bioinformática da história, o COMPROTEIN, com o objetivo de determinar a estrutura proteica de uma série de
sequências de peptídeos.
Exemplo de aplicação do algoritmo de Needleman-
Wunsch.
O uso de computadores para auxiliar na rotina de laboratório foi uma verdadeira revolução, pelo fato de eles
serem mais ágeis e confiáveis que anotações em cadernos. Entretanto, o maior problema era a dificuldade de
operar os programas, pois todos os comandos eram dados por linhas de código e — acredite — não era nada
fácil executá-los.
Com o passar do tempo, os computadores foram ficando cada vez mais potentes, com maior capacidade de
processamento e memória, facilitando a construção de programas mais elaborados.
Em 1970, Needleman e Wunsch criaram um algoritmo capaz
de realizar o alinhamento entre duas sequências de
proteínas. Nesse algoritmo, como demostrado na figura ao
lado, são comparadas duas sequências de nucleotídeos
(GATTACA e GCATGCG). Para isso, as sequências são
inseridas nos eixos X e Y e o programa realiza uma
comparação entre elas. A partir dessa comparação, se as
letras combinam (match), é dado um valor, e se elas não
combinam (mismatch) ou se tem um espaço entre elas
(gap), é dado outro valor. O computador, então, calcula o
melhor caminho possível e, a partir deste, as duas
sequências são alinhadas.
Na década de 90, houve uma comoção de pesquisadores
de 18 países, incluindo o Brasil, para desvendar por
completo o DNA do ser humano: o trabalho conhecido como
projeto Genoma Humano.
O trabalho durou ao todo 13 anos para conseguir entregar, em sua conclusão, 99% do nosso código genético
com 99,9% de precisão. Para isso, a bioinformática mais uma vez foi essencial, pois, a partir de programas de
computador específicos, os pequenos trechos sequenciados eram adicionados a um grande banco de dados
e encaixados no seu devido lugar. Dessa forma, foi criado um único arquivo editável que todos os
participantes do trabalho poderiam alterar conforme o progresso era feito, incluindo anotações, descrições e
comparações. Imagine como seria fazer toda essa organização sem o auxílio de programas, no bom e velho
caderno. Seria muito mais difícil e inviável.
Robert Waterston, do Centro de Sequenciamento doGenoma da Universidade de
Washington, fala sobre publicações que descrevem as análises iniciais da sequência
do genoma humano.
Os benefícios e aplicações desse estudo são muito relevantes até os dias de hoje, pois a partir dele foram
desenvolvidos diversos softwares de bancos de dados que foram preenchidos com genomas de diversas
espécies. Além disso, representa um marco na tecnologia de sequenciamento com o desenvolvimento de
técnicas de montagens de sequências genômicas (reconstrução das sequências), elucidação de funções e
mutações genéticas etc. Todos esses avanços foram essenciais para o entendimento da genética atual.
Abaixo, apresentamos uma linha do tempo com importantes marcos do projeto Genoma Humano.
1990
Projeto Genoma Humano
O Projeto Genoma Humano (HGP) é lançado nos Estados Unidos.
1991
Centros de genoma
Estabelecidos os primeiros centros de genoma dos EUA.
1992
Mapa genético
Mapa genético humano de segunda geração desenvolvido.
1995
Mapeamento físico
Objetivo de mapeamento físico humano do HGP alcançado.
1996
Projetos pilotos
Projetos pilotos para sequenciamento do genoma humano começam nos Estados Unidos.
1999
Primeiro cromossomo
Sequência do primeiro cromossomo humano (cromossomo 22) concluída.
2001
cDNAs sequenciados
10.000 cDNAs humanos completos sequenciados.
Atualmente, usamos botões e atalhos onde antes eram
usadas linhas de texto, tornando mais fácil o uso dos
computadores.
2003
Genoma humano
Versão final da sequência do genoma humano concluída.
Esses e alguns outros eventos marcaram o início do uso da informática associada à Biologia. Entretanto, ainda
era uma área muito restrita, pois precisava que os programas fossem mais amigáveis. A tecnologia avançou
junto com a necessidade e tornou os computadores menores e mais baratos.
No início dos anos 2000, apesar de ainda um pouco caro, já era possível, com algum esforço, uma pessoa de
classe média-baixa comprar seu primeiro computador e usar as ferramentas do Windows ou a Internet em sua
fase inicial. Utilizar um computador era relativamente simples: bastava ler o que estava na tela e ir clicando
conforme as opções e botões surgiam. Parece trivial, certo? Errado!
Um dos principais motivos de toda nossa
história ter funcionado foi uma interface gráfica
do usuário chamada de Graphical User
Interface (GUI).
 
A GUI é a forma como nos conectamos com o
computador, não mais por linhas de texto ou
programação, mas hoje em dia a partir de
botões e animações. Assim, ficou muito mais
fácil de usar o computador. E esse foi o grande
ponto de virada da bioinformática.
Os laboratórios de Biologia, Química, Física e
outras ciências, mesmo que com pouca verba,
poderiam comprar seus computadores e, com a
ajuda de programadores e matemáticos, criar
seus programas para usar diariamente.
A tecnologia não parou de avançar, e os computadores ganharam mais uma peça: a placa de vídeo Graphics
Processing Unit (GPU). Ela era capaz de realizar contas mais complexas envolvendo objetos animados. Isso
tornou possível desenhar e visualizar proteínas em três dimensões, cadeias de DNA, polímeros e,
recentemente, até mesmo simular o comportamento de uma proteína em um ambiente bem próximo do real
por um curto período de tempo.
Conseguimos perceber que a bioinformática surgiu da união de áreas como programação, estatística, física,
química e biologia, para desenvolver programas computacionais que permitam reconhecer sequências de
genes, prever a configuração tridimensional de proteínas, organizar e relacionar informação biológica, agrupar
proteínas homólogas, estabelecer árvores filogenéticas, analisar a expressão gênica de forma rápida etc. 
Ilustração 3D da proteína S.
Comentário
Um profissional que se interesse pela área, mesmo com os programas cada vez mais amigáveis, precisa
ter noções de todos os pontos envolvidos, o que torna o aprendizado um processo árduo, mas com
certeza muito recompensador. 
Bioinformática e suas aplicações no mundo atual
Atualmente, seria bastante difícil manter a nossa sociedade sem a ajuda de computadores. Sem eles, não
teríamos mais internet, bancos on-line e nem mesmo o programa que uso para construir este texto e o que
vocês usam para ler este conteúdo. Na pesquisa científica e em praticamente todas as áreas das ciências
biológicas não é diferente. Além disso, com o desenvolvimento da bioinformática, os processos ficaram mais
rápidos e com menor custo. 
O maior exemplo que pode ser dado é a vacina contra a covid-19. Claro, existem muitos fatores, mas tivemos
uma vacina eficiente para essa nova doença em menos de um ano e parte disso deve-se à bioinformática. 
A partir da bioinformática foi possível o mapeamento dos
possíveis sítios para a criação das vacinas, a elucidação da
proteína S do vírus (uma proteína da espícula viral que
possibilita a entrada e infecção das células humanas),
entender o mecanismo de entrada e ação viral,
compreender a ligação com a célula humana e, assim,
estudar melhor as maneiras de combate ao vírus.
A imagem ao lado ilustra a reconstrução do complexo que
contém a proteína S a partir de um programa de modelagem
molecular.
Atualmente, a bioinformática é composta por diferentes
técnicas com diferentes aplicabilidades. A partir de agora
vamos conhecê-las: 
Alinhamento e modelagem molecular
Como já sabemos, o sequenciamento genético realizado no projeto Genoma Humano foi um divisor de águas
na forma como víamos as sequências genéticas. Ele permitiu que pudéssemos ler (literalmente) os genes e
entender as associações existentes entre diferentes espécies, já que uma grande parte dos genes foi
sequenciada e está disponível em bancos de dados digitais que possuem inclusive os genes de diversas
espécies de animais. Usamos esses bancos de dados para obter os códigos dos resíduos de aminoácidos de
proteínas de diferentes espécies e, a partir deles, fazer a técnica de alinhamento.
O alinhamento possui grande importância nos estudos de filogenética, possibilitando o reconhecimento de
ancestrais comuns, baseado em trechos de DNA conservados entre diferentes espécies, definidas assim
como sequências homólogas. Em alguns casos, o alinhamento também será capaz de prever características
estruturais e funcionais das proteínas a partir dos genes de origem, baseado na atuação desse no trecho
homólogo. 
O alinhamento pode ser realizado entre duas ou mais sequências e obedece a um algoritmo, como o algoritmo
de Needleman & Wunsch, do qual já falamos. 
Mas como este processo funciona?
Vamos imaginar que queremos verificar o alinhamento entre as sequências de aminoácidos de uma proteína
P2X7 entre o urso panda e o homem. Para isso, o algoritmo calcula e verifica o melhor alinhamento possível.
Na imagem a seguir, observe os trechos em vermelho, que são os trechos alinhados dos códigos de resíduos
de aminoácidos que geram a proteína P2X7 no ser humano e no urso panda.
Exemplo prático de alinhamento entre duas sequências da proteína P2X7.
E como o alinhamento pode ser utilizado?
O alinhamento pode resolver problemas recorrentes, por exemplo, quando um trecho do genoma de
determinado organismo é sequenciado, sendo preciso saber qual proteína é codificada nesse trecho.
 
Para isso, podemos então realizar uma busca em um banco de dados (NCBI/BLAST), que faz uma série de
cruzamentos de informações para ver qual seria o gene que melhor se alinha com esse trecho, e a partir daí é
gerado uma pontuação e uma identidade (que é a porcentagem de pares perfeitos entre as duas sequências),
caso a pontuação seja alta pode ser atribuído uma função semelhante ao meu gene de estudo.
Há diferentes formas de exibição dentro dos programas de visualização de estruturas proteicas para facilitar a
visualização das proteínas. O que contribui para que, mesmo para uma pessoa leiga, compreenda como a
função da proteína pode ser relacionada à sua estrutura. Vejamos alguns exemplos de formas de exibição de
estruturas proteicas:
Cartoon
Palitos
Bolas e palitos
Esferas
Fios
SuperfícieCom o alinhamento realizado e uma identidade acima de 25%, podemos realizar uma técnica chamada de 
modelagem por homologia e gerar um modelo tridimensional da sequência proteica alvo. A partir de uma
sequência alvo, identificamos em um banco de dados uma sequência molde com estrutura resolvida e, em
seguida, é feito o alinhamento e a modelagem, gerando um modelo final, ou seja, um modelo tridimensional de
uma proteína com estrutura não conhecida.
Modelagem proteica por homologia.
A modelagem molecular de proteínas pode também ser feita por métodos não comparativos, chamados de ab
initio e threading.
Método ab initio
Nesse método, a construção é feita somente a
partir de cálculos matemáticos em que a
sequência de aminoácidos é levada em
consideração para tentar prever a estrutura
secundária das proteínas.
Método por threading
É baseado na estrutura secundária de modelos
com identidade baixa ou por inteligência
artificial, que analisa bancos de dados e cruza
informações para tentar obter um modelo
confiável.
Ancoramento Molecular
O ancoramento molecular é também chamando de docagem molecular ou molecular docking. A técnica
consiste em utilizar um modelo tridimensional (no nosso caso uma proteína), definir uma área de busca — que
seria, basicamente, informar ao programa a área da proteína em que se deseja ancorar uma molécula — e
depois testar a possibilidade de ligação da molécula na região da proteína delimitada. O ligante irá se encaixar
no local mais energeticamente favorável, e essa interação vai gerar uma pontuação. O programa constrói
diferentes conformações da ligação ligante-proteína e cada uma delas recebe o nome de pose. A melhor pose
é aquela que obtém a maior pontuação dada pelo algoritmo do programa de ancoramento.
Esquema do ancoramento de uma pequena molécula ligante (verde) a uma proteína
alvo (preta) formando um complexo proteína-ligante.
O ancoramento molecular pode ser utilizado para determinar qual ligante irá interagir melhor com uma
proteína, definir a pose de interação, encontrar sítios ativos e ajudar a determinar se mutações de resíduos de
aminoácidos serão relevantes para essa interação.
Podemos citar, por exemplo, a variante B.117 do SARS-CoV-2, um vírus mais infeccioso por causa de uma
mutação N501Y na proteína S (Spike-ACE2). Sendo assim, na posição 501 da proteína em questão, um resíduo
asparagina mutou para dar lugar a um resíduo tirosina. Essa mutação resultou em um maior número de
interações com o sítio ativo, tornando a ligação do vírus com o seu receptor mais forte. Logo, uma menor
carga viral se tornou suficiente para causar a doença.
Ancoramento molecular com a proteína S da covid-19 (N501,
SARS-CoV-2).
Ancoramento molecular com a proteína S da variante B.117
(Y501, SARS-CoV-2).
Comentário
Realizar essa ligação em um ambiente virtual simulando a energia de interação é muito importante. Mas
nas poses, como são imagens estáticas, não existem a influência do tempo e outros fatores na interação
entre as proteínas. 
Dinâmica molecular
A dinâmica molecular tem como objetivo analisar interações e movimentações em diversos sistemas não
apenas por um único instante, mas ao longo de uma trajetória em determinado espaço-tempo. A sua
aplicabilidade no dia a dia é muito ampla, podendo ser usada para entender mecanismos de ação de
proteínas, interações entre fármaco-receptor, como determinados materiais se comportam sob stress etc. As
aplicações da dinâmica molecular vão além da biologia. Ela é usada em física, química, engenharia e até
mesmo na geologia.
Mas como funciona a dinâmica molecular?
No ancoramento molecular, existe uma pose com a maior pontuação de uma possível interação do ligante com
o seu receptor, seguindo o clássico modelo chave-fechadura (o ligante é a chave que encontra a proteína,
fechadura), mas sabemos que no mundo real as coisas não funcionam assim de forma tão rígida.
Pensando em solucionar esse problema, foi criada uma técnica chamada de dinâmica molecular, que
substituía esse modelo chave-fechadura por um outro chamado de modelo de ajuste induzido, não mais
utilizando uma pose apenas, e sim uma trajetória, uma simulação de um ambiente real. 
Sistema usado na dinâmica molecular: uma caixa de
água contendo a proteína, o ligante e o cofator.
Imagem do capsídeo viral.
Na dinâmica molecular, cada átomo, seja da proteína, do
ligante ou da água, é levado em consideração para calcular
a movimentação de todo o sistema por alguns nano ou
milissegundos e entender as movimentações existentes. A
simulação de dinâmica molecular é feita a partir de uma
pose vinda do ancoramento molecular. Essa pose (contendo
o nosso sistema, proteína e ligantes) é inserida em uma
caixa contendo moléculas de água, tendo como objetivo
mimetizar um ambiente biológico real. Então, uma série de
cálculos complexos baseados em um conjunto de
parâmetros chamado de campo de forças é aplicado.
O campo de força possui as informações necessárias para
que o computador determine e simule como as interações
acontecem, os tipos de ligações possíveis e o que é
necessário para que aqueles átomos interajam entre si.
Apesar de já existirem programas de computador que realizam esses cálculos, ainda são necessários outros
mais avançados que consigam fazer dinâmicas cada vez mais complexas e mais longas.
Atualmente, há um enorme esforço global para
ajudar a comunidade científica nesse sentido.
Em 2017, a revista Nature publicou o artigo 
Physical properties of the HIV-1 capsid from all-
atom molecular dynamics simulations, de Perilla
&; Schulten, no qual é relatado que um
supercomputador conseguiu fazer uma
simulação de todos os átomos presentes no
capsídeo do vírus HIV-1 por 400
nanossegundos. Foram observados cerca de 4
milhões de átomos!
Os supercomputadores do mundo inteiro, hoje
em dia, estão realizando simulações com o
SARS-CoV-2. Com o avanço da tecnologia
serão possíveis feitos cada vez maiores. Quem
sabe um dia até mesmo seja possível
simularmos células completas. Além das simulações levando em consideração os átomos, há também as
simulações que consideram os elétrons. São os chamados métodos quânticos. Esses exigem, porém, um
custo computacional ainda maior, e são usados apenas para moléculas pequenas ou no sítio de interação. 
Saiba mais
Custo computacional seria uma quantidade de cálculos em determinado tempo. Um alto custo
computacional traduz-se em muitos cálculos ou em um longo tempo para realizar determinada tarefa. 
Agora imagine que você queira descobrir novos alvos terapêuticos partindo de um ligante conhecido, como no
desenvolvimento de um medicamento que se liga à proteína S do vírus da covid-19 e assim impede sua
entrada na célula humana. Para isso, você deverá realizar uma sequência de técnicas dentro da
bioinformática. São elas: alinhamento, modelagem molecular, ancoramento e, por último, a dinâmica molecular.
Modelagem molecular de proteínas
Está na hora de falarmos sobre a importância da bioinformática para a construção de estruturas de proteínas
e, ainda, simular a construção de uma proteína. Vamos lá!
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Relação estrutura-atividade
A estatística é uma ciência que pode ser aplicada diretamente nos estudos biológicos, sendo crucial para a
bioinformática. 
A quantificação da relação estrutura-atividade pode ser feita por meio de uma técnica chamada QSAR
(Quantitative Structure-Activity Relationship) ou relação quantitativa de estrutura-atividade. O QSAR
possibilita, a partir de dados obtidos por dinâmica molecular, no ancoramento molecular ou em ensaios
biológicos, alcançarmos um conjunto de dados, chamado de grupo treinamento. Após isso, extraímos uma
equação matemática, por meio de algum algoritmo estatístico.
Em seguida, podemos testar essa equação contra o nosso grupo teste, com os valores também conhecidos,
para determinar se ela funciona. Com a confirmação da equação, podemos construir novas moléculas com
maior potencial para agir em determinado alvo ou para tentarprever a atividade de compostos já existentes,
seguindo um modelo estatístico.
Vem que eu te explico!
Os vídeos a seguir abordam os assuntos mais relevantes do conteúdo que você acabou de estudar.
Bioinformática
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Bioinformática e suas aplicações no mundo atual
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Verificando o aprendizado
Questão 1
O projeto Genoma Humano foi uma verdadeira revolução na biologia molecular e na bioinformática. Foram
necessários 13 anos de trabalho para ser concluído e os resultados foram bem promissores. Levando em
consideração os avanços realizados, podemos concluir que
A
o projeto Genoma Humano foi capaz de reunir a comunidade científica com apenas um objetivo em comum:
sequenciar o DNA humano.
B
foi um verdadeiro marco na história, e os avanços foram cruciais para o entendimento atual sobre genética.
C
foi muito importante para estabelecer o conceito do dogma central da biologia.
D
o projeto Genoma Humano foi capaz de sequenciar 90% do DNA humano com 100% de precisão.
E
tivemos 100% dos nossos genes definidos e suas funções completamente definidas com a finalização do
projeto Genoma Humano.
A alternativa B está correta.
O projeto Genoma Humano possibilitou que 99% do nosso código genético fosse sequenciado com
precisão de 99,9%, sendo um marco na história, uma vez que permitiu diferentes avanços tecnológicos,
como a criação de bancos de dados internacionais e de diversas novas técnicas de bioinformática que
compõem a base de muitos estudos recentes e que são fundamentais para o entendimento da genética
atual.
Questão 2
Novos alvos terapêuticos podem ser encontrados com o auxílio de técnicas de bioinformática. Partindo de um
ligante conhecido, qual seria a ordem lógica que um pesquisador poderia adotar para identificar um novo alvo?
A
Modelagem molecular, alinhamento, dinâmica molecular, ancoramento.
B
Alinhamento, modelagem molecular, ancoramento, dinâmica molecular.
C
Dinâmica molecular, modelagem molecular, alinhamento, ancoramento.
D
Ancoramento, dinâmica molecular, alinhamento, modelagem molecular.
E
Modelagem molecular, alinhamento, ancoramento, dinâmica molecular.
A alternativa B está correta.
A ordem lógica ideal para o desenvolvimento de novos fármacos seria: alinhamento, para identificarmos se
o alvo possui proteína molde; modelagem molecular, para construir um modelo tridimensional;
ancoramento, para obter uma pose do ligante com o alvo; e dinâmica molecular, para analisar como as
interações acontecem.
3. Conclusão
Considerações finais
Durante o desenvolvimento da biologia molecular houve uma verdadeira revolução tecnológica na área da
informática. O alinhamento dessas duas ciências possibilitou o surgimento de uma nova ciência, a
Bioinformática, e com ela diversas técnicas que hoje são cruciais para o avanço da pesquisa científica
biomédica e do desenvolvimento de produtos para a área da saúde.
Assim, ao longo deste conteúdo, visitamos os principais conceitos da biologia molecular para a compreensão
da bioinformática, como o dogma central da Biologia e como ele se desenrola; a importância do DNA e dos
genes e suas mutações; e como as proteínas funcionam. Além disso, conhecemos a história da bioinformática
e algumas de suas principais técnicas e aplicações práticas. 
A informática modificou completamente a forma como enxergamos o mundo, tornando a tecnologia mais
barata e acelerando o desenvolvimento científico. O aumento constante do poder computacional com os
computadores quânticos, por exemplo, pode levar a bioinformática a patamares ainda mais elevados. A
Bioinformática talvez seja uma das ciências mais promissoras do século XXI. Estamos vivenciando apenas o
começo dessa mudança de paradigmas.
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Quais serão os avanços e vantagens da bioinformática? Ouça a seguir sobre o que esperar dessa área
nos próximos anos.
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Para aprofundar seus conhecimentos sobre o conteúdo abordado, pesquise:
 
O artigo A era da bioinformática: seu potencial e suas aplicações para ciências da saúde, de Araújo e
colaboradores.
 
O artigo Ferramentas de bioinformática na caracterização de alvos de medicamentos, do VI Curso de Inverno
em Biologia Celular e Molecular do programa de pós-graduação em ciências biológicas da Universidade
Estadual de Maringá, de Pimentel e colaboradores.
 
Leia também:
 
Transcrição e Processamento de DNA, no material da USP, Biologia molecular: Texto 4, disponível na Internet.
 
Síntese de Proteínas, no material da USP, Biologia molecular: Texto 7, disponível na Internet.
 
A Transcriptase Reversa como Alvo Terapêutico em Doenças Retrovirais, disponível na Biblioteca Digital da
Universidade Federal do Paraná.
 
COVID-19: Fisiopatologia e Alvos para Intervenção Terapêutica, disponível na Revista Virtual de Química, da
Sociedade Brasileira de Química.
 
Assista ao vídeo Do DNA à Proteína, disponível no canal Inteligentista, no YouTube.
Referências
ALEXANDRE, F. C. Introdução à modelagem molecular. Consultado na Internet em: 27 out. 2021.
 
COELHO, L. W. et al. Aplicação de mecânica molecular em química inorgânica. Química nova, v. 22, n. 3, p.
396-404, 1999.
 
DE VIVO, M. et al. Role of molecular dynamics and related methods in drug discovery. Journal of Medicinal
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GAUTHIER, J. et al. A brief history of bioinformatics. Consultado na internet em: 27 out. 2021.
 
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based on ab initio target data. Journal of Chemical Theory and Computation, v. 9, n. 8, p. 3543-3556, 2013.
 
HUANG, S.; ZOU, X. Advances and challenges in protein-ligand docking. International Journal of Molecular
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MANDAL, S.; MOUDGIL, M.; MANDAL, S. K. Rational drug design. European Journal of Pharmacology, v. 625, n.
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MORGON, N. H.; COUTINHO, K. Métodos de química teórica e modelagem molecular. São Paulo: Editora
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PAGADALA, N. S.; SYED, K.; TUSZYNSKI, J. Software for molecular docking: a review. Biophysical Reviews, v.
9, n. 2, p. 91-102, 2017.
 
SLIWOSKI, G. et al. Computational methods in drug discovery. Pharmacological reviews, v. 66, n. 1, p.
334-395, 2014.
 
VERLI, H. et al. Bioinformática da biologia à flexibilidade molecular. São Paulo: SBBq, 2014.
	Introdução à Bioinformática
	1. Itens iniciais
	Propósito
	Objetivos
	Introdução
	1. A biologia molecular e a bioinformática
	Conceitos de biologia molecular importantes para a bioinformática
	Replicação
	Transcrição
	Tradução
	Saiba mais
	Saiba mais
	Replicação, transcrição e tradução do DNA
	Conteúdo interativo
	Curiosidade
	Comentário
	Saiba mais
	Evolução genética
	Susbtituição de uma base por outra
	Silenciosa
	Mutação de sentido trocado
	Mutação sem sentido
	Inserção
	Deleção
	Exemplo
	Mas você sabe o que é Homologia?
	Genes ortólogos
	Genes parálogos
	Expressão gênica
	Exemplo
	Proteínas
	Estrutura primária
	Estrutura secundária
	Estrutura terciária
	Estrutura quaternária
	Vem que eu te explico!
	Estrutura do DNA
	Conteúdo interativo
	O código genético
	Conteúdo interativo
	A evolução gênica
	Conteúdo interativo
	Verificando o aprendizado
	2. Aplicações da bioinformática
	Histórico da bioinformática
	Projeto Genoma Humano
	Centros de genoma
	Mapa genético
	Mapeamento físico
	Projetos pilotos
	Primeiro cromossomo
	cDNAs sequenciados
	Genoma humano
	Comentário
	Bioinformática e suas aplicações no mundo atual
	Alinhamentoe modelagem molecular
	Cartoon
	Palitos
	Bolas e palitos
	Esferas
	Fios
	Superfície
	Método ab initio
	Método por threading
	Ancoramento Molecular
	Ancoramento molecular com a proteína S da covid-19 (N501, SARS-CoV-2).
	Ancoramento molecular com a proteína S da variante B.117 (Y501, SARS-CoV-2).
	Comentário
	Dinâmica molecular
	Saiba mais
	Modelagem molecular de proteínas
	Conteúdo interativo
	Relação estrutura-atividade
	Vem que eu te explico!
	Bioinformática
	Conteúdo interativo
	Bioinformática e suas aplicações no mundo atual
	Conteúdo interativo
	Verificando o aprendizado
	3. Conclusão
	Considerações finais
	Podcast
	Conteúdo interativo
	Explore +
	Referências