Apostila - Introducao a Biomol 5 conceitos que todo profissional deve dominar

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C L U B E
DO DNA
5 CONCEITOS
QUE TODO
PROFISSIONAL
DEVE DOMINAR
Introdução à
biologia molecular
NO CADERNO DE HOJE
OLÁ! SEJA BEM-VINDO AO UNIVERSO DA
BIOLOGIA MOLECULAR E AO CLUBE DO DNA
Vamos falar sobre 5
conceitos que todo
profissional que estuda
ou trabalha com biologia
molecular deve dominar.
São 5 conceitos
fundamentais e de
conhecimento obrigatório
para todo mundo, porque:
1 . São a base de TUDO que
será ensinado daqui
para frente.
2. Têm alta aplicabilidade
na vida real .
3 . Te fornecerá um ponto
de vista amplo e
simplificado sobre a
biologia molecular
VOCÊ NÃO VEIO PARAR
AQUI POR MERO ACASO.
Às vezes, nós que trabalhamos ou estudamos genética,
biologia molecular, biotecnologia e área correlatas, não
paramos um minutinho para entender o porquê de
analisarmos DNA e RNA.
Não estou falando do ponto de vista filosófico ou do
ponto de vista de autoconhecimento. Não! Nada disso.
Estou falando do ponto de vista técnico mesmo.
Pensa você aí do outro lado. Quais são os objetivos
finais de se analisar ácidos nucleicos?
É possível que você tenha pensado: "para quantificar a
expressão de genes" ou "para fazer genotipagem de
SNP" ou "para predizer doenças" ou "para fazer
pesquisa".
Todas essas respostas estão corretas. Mas, se olharmos
de forma mais ampla, vamos chegar a conclusão que
os motivos são apenas dois. 
C L U B E
DO DNA
ORÇAMENTO DE
MARKETING
O R Ç A M E N T O T O T A L : R $ 2 0 0 M I L
S T U D I O O D D B A L L
Uma vez eu t ive que
preparar um
treinamento para
pessoas leigas e eu
acabei me deparando
com essa questão. Eu
pensei em todas as
aplicações e técnicas
que meus cl ientes e eu
já havíamos realizado e
acabou que cheguei à
conclusão que há
apenas dois motivos
para se analisar DNA e
RNA: obtenção de
informação funcional e
identificação. 
Obtenção de
informação funcional
está relacionada ao
conhecimento de
informações referentes
ao genoma que podem
ter implicações
funcionais em um dado
organismo, seja ele
humano, bactéria,
animal, planta e etc. 
Já a identificação é o
uso da molécula de DNA
para realizar a
identif icação de
qualquer organismo. Por
exemplo, patógenos,
espécies, transgênicos e
até pessoas.
OBTENÇÃO DE INFORMAÇÃO FUNCIONAL
OBTENÇÃO E ANÁLISE DE DNA E RNA
ESTRUTURA DA MOLÉCULA DE DNA
IDENTIFICAÇÃO
DIREÇÃO DA FITA DE DNA 
C L U B E
DO DNA
ÍNDICE
OBTENÇÃO DE INFORMAÇÃO
FUNCIONAL
A primeira grande motivação para
a análise de DNA/RNA, como eu
mencionei acima, relaciona-se
com a obtenção de informações
contidas no genoma e que podem
ter implicações funcionais em um
dado organismo , seja ele humano,
bactéria, animal, planta e etc.
Para entender melhor
essa motivação, pense no
corpo humano que é,
mais ou menos,
composto por 65% de
água, 15% de proteína,
12% de l ipídios e uma
pequena porcentagem de
outros compostos
orgânicos.
Água é água, sem
muitas novidades por
aqui . Em relação à
grande maioria das
moléculas biológicas,
como os l ipídios, os
carboidratos etc. ,
estamos falando de
moléculas inertes,
sobre as quais as
proteínas atuam.
C L U B E
DO DNA
Em nosso corpo há, l i teralmente, dezenas de milhares de
proteínas diferentes, cada uma delas desempenhando funções
específ icas. Para f icar claro, veja alguns exemplos de proteínas
presentes no corpo humano e em outros organismos. 
Cabelos e unhas
a partir da alfa
queratina,
presente também
em penas, lã,
garras, chifres,
escamas e
cascos
Sangue a partir
da hemoglobina,
responsável pelo
transporte de
oxigênio para
todas as células
Cérebros e
nervos a partir
dos canais de
íons que
controlam o
processo de
sinalização
cerebral
Mensageiros
celulares que
transmitem
sinais para as
proteínas
presentes no
meio
intracelular das
células
Músculos a
partir da actina
e miosina,
responsáveis
pela contração
muscular
Sistema
digestivo a
partir das
enzimas que
participam na
digestão dos
alimentos
Sistemas
imunológico a
partir dos
anticorpos que
protegem os
organismos
contra a invasão
de patógenos
Conjuntos de
proteínas que
desempenham
outras
atividades como
participação na
duplicação do
genoma durante
a divisão celular
Dessa forma, se t irarmos a água, os l ipídios e os
outros componentes que fazem parte da constituição
do corpo, pode-se dizer que somos formados
basicamente por proteínas, sendo que elas, além de
desempenharem inúmeras funções diferentes, são
muito diferentes entre si .
E por que eu estou falando tudo isso para você? O
que as proteínas têm a ver com a obtenção de
informações funcionais a partir da análise de DNA e
RNA?
Pense sobre como todas essas proteínas foram parar
lá, de onde elas vieram ou como foram produzidas. E
não se engane se você pensou que elas vieram dos
alimentos que comemos, como carnes, ovos, leite e
etc. Isso porque as proteínas que ingerimos são
destruídas ou quebradas pelo nosso organismo para
que elas possam ser absorvidas em forma de
aminoácidos ou então excretadas.
É o próprio organismo que produz as proteínas que o
constitui . Para isso ele uti l iza os aminoácidos
provenientes da digestão dos al imentos. As nossas
células (e de outros organismos) são capazes de
reutil izar esses aminoácidos , juntando-os um a um,
em uma ordem específ ica até formar uma nova
proteína, que por sua vez, vai desempenhar alguma
função específ ica.
E como é possível uma célula conseguir l igar um
aminoácido no outro, exatamente na ordem
necessária para a geração de uma proteína
específ ica?
A mágica começa agora.
C L U B E
DO DNA
O D N A
É possível porque existe
um lugar que armazena
as informações uti l izadas
pelas células para
desempenhar tal
atividade.
Trata-se de uma
estrutura que carrega
um código que, quando
requisitado, pode ser
traduzido, informando às
células quais
aminoácidos devem ser
uti l izados - e em qual
ordem - para formar
uma dada proteína.
O lugar ou a estrutura
capaz de guardar essa
informação ou esse
código se chama ácido
desoxirr ibonucleico, mais
conhecido como DNA.
Em outras palavras, é o
DNA que armazena quase
todas (talvez todas) as
informações necessárias
para a produção das
proteínas de um
organismo.
C L U B E
DO DNA
Agora pensa comigo, se nós somos
feitos de proteínas – as moléculas
responsáveis por quase toda a
funcionalidade do organismo – e a
informação para produzi-las está
armazenada no DNA, basta ler o DNA
para se obter as informações das
funções de um dado indivíduo. Ou
seja, conseguimos obter
informações funcionais a partir da
análise do DNA .
Vou repetir o que acabei de escrever
só que de uma maneira mais
refinada: o conjunto de moléculas de
DNA de uma célula ou organismo,
também denominado genoma, é o
responsável por armazenar as
informações necessárias através de
um código que pode ser ativado a
qualquer momento para que a
síntese proteica ocorra .
A gente pode comparar o DNA a um
livro de receitas.
C L U B E
DO DNA
Em uma r e c e i t a h á t o d a s a s i n f o r m a ç õ e s e
d i r e t r i z e s p a r a o c o n f e i t e i r o f a z e r um b o l o
d e c e n ou r a , p o r e x em p l o . 
Ne l a e s t á d e s c r i t o c a d a um d o s
i n g r e d i e n t e s , s u a s r e s p e c t i v a s qu a n t i d a d e s e
t am b ém o m o d o d e p r e p a r o . 
A g o r a i m a g i n e um b om c o n f e i t e i r o qu e
nun c a f e z a qu e l e b o l o . Ao l e r a r e c e i t a
c om c u i d a d o e l e s e r i a c a p a z d e p r e d i z e r
a l g um a s c o i s a s s o b r e b o l o . 
E l e p o d e r i a , p o r e x em p l o , p r e d i z e r o qu ã o
d o c e f i c a r i a o b o l o d e a c o r d o c om a
qu an t i d a d e d e a ç ú c a r d e s c r i t a n a r e c e i t a .
Ou e l e p o d e r i a p r e d i z e r a c o r , o b s e r v a n d o
o s i n g r e d i e n t e s e o m o d o d e p r e p a r o d a
c o b e r t u r a . A t é m e sm o o s a b o r , j á q u e e l e
c o nh e c e o s a b o r d a c e n ou r a .
C L U B E
DO DNA
A ANÁLISE DO GENOMA NOS
PERMITEALGO PARECIDO
Nos permite predizer características de um organismo mesmo
sem nunca termos visto aquele organismo. Por exemplo, a cor
dos olhos de uma pessoa é gerada pela presença de algumas
proteínas na ír is , que, como já vimos acima, tem suas
informações armazenadas no genoma daquela pessoa. Agora
imagine que, por alguma razão, a gente tenha uma amostra de
DNA de uma pessoa desconhecida. Ao se analisar as regiões
do DNA onde estão armazenadas as informações referentes às
proteínas que conferem cor de olho, é possível dizer se aquele
indivíduo – dono daquela amostra – tem olho, castanho, azul
ou verde, por exemplo.
Esse mesmo raciocínio serve para outras características
também como cor de pele e cabelo, t ipo sanguíneo, altura,
propensão a engordar, aptidões para habil idades f ís icas e
intelectuais, probabil idade de desenvolver algumas doenças,
quantidade de sono necessária para se sentir descansado,
propensão a vícios, velocidade de envelhecimento, intel igência
e muitas, muitas outras mais. Se você parar e pensar muito
profundamente sobre isso, de certo modo, há um componente
genético – ainda que pequeno – em tudo que faz parte da
vida. Até mesmo algo que aparentemente não tem conexão
nenhuma com genética, como um acidente de carro , por
exemplo, por ter acontecido, em partes, por inf luência da
genética. Pense sobre isso.
C L U B E
DO DNA
Acontece que algumas
característ icas são controladas por
poucos genes, o que também
signif ica que elas sofrem pouco
influência do ambiente em que vive
uma pessoa ou organismo. A cor de
olho é um exemplo desse t ipo de
característ ica. A pessoa já nasce
geneticamente determinada a ter
olhos de uma dada cor. Não importa
o que acontece na vida dessa
pessoa, ela sempre terá a mesma cor
de olho.
No entanto, existem característ icas
mais complexas que são controladas
pelo efeito combinado de dezenas ou
centenas de genes. Neste caso, o
ambiente pode ter uma influência
grande ou pequena no nível de
expressão de cada um desses genes
individualmente que,
consequentemente, terá grande
influência na geração final daquela
característica. Este é o caso da
maioria das característ icas, como
altura, intel igência, habil idade a
atividades f ís icas ou intelectuais,
propensão a engordar, etc.
Isso signif ica que a altura de uma
pessoa, por exemplo, vai ser definida
pela interação de seu genoma com o
meio em que ela vive , ou seja, se ela
se al imenta bem, pratica atividade
física, sofreu alguma doença grave
na infância, etc.
De todo jeito, é possível predizer muitas coisas, ou
seja, obter informações funcionais por meio da análise
do DNA de um organismo. Pode ser mais fáci l de se
fazer , por exemplo, quando se analisa característ ica
simples (controladas por poucos genes e que,
portanto, sofrem menos interferência do meio) ou
mais dif íci l , por exemplo, quando se analisa
característ icas complexas (controladas por muitos
genes e que, portanto, sofrem mais interferência do
meio).
Agora você já entendeu uma das razões pelas quais as
pessoas analisam DNA. Agora falta falar sobre a outra
razão que é a identif icação de organismos.
C L U B E
DO DNA
Além de armazenar informações
funcionais, os ácidos nucleicos
também podem ser uti l izados no
processo de identif icação de
organismos, espécies, pessoas e
sexo.
Vamos uti l izar o DNA ao longo do
texto para faci l i tar a expl icação,
mas saiba que o racional a
seguir também se aplica a
organismos que têm RNA como
material genético.
Pensa comigo:
1 . A fonte da informação está no
genoma (DNA).
2. Elefantes são diferentes de
girafas.
3. Portanto, o genoma dos elefantes
é diferente do genoma das
girafas.
C L U B E
DO DNA
C L U B E
DO DNA
Pode até ser que o DNA do elefante não seja idêntico ao
DNA da girafa (e realmente não é).
Mas, pelo raciocínio da página anterior e por tudo que
vimos até agora, com certeza, há algo exclusivo no
genoma dos elefantes que os diferencia das girafas – e
vice versa.
Agora imagine que as regiões genômicas exclusivas dos
elefantes e as regiões genômicas exclusivas das girafas
sejam conhecidas. E que eu tenho um tubinho de
laboratório com uma amostra de DNA, amostra esta que
eu ainda não sei se pertence a uma girafa ou a um
elefante.
Se eu f izer uma análise desse DNA, olhando
especificamente para aquelas regiões exclusivas de
cada uma das espécies , eu poderei af irmar se a
amostra veio de uma girafa ou veio de um elefante.
VOCÊ PODE TER ACHADO O
EXEMPLO ANTERIOR SEM PÉ NEM
CABEÇA.
Então agora vou te dar um exemplo
prático.
Chegou a Páscoa e você foi até o mercado
comprar bacalhau. Você passa bons minutos
olhando para aquele monte de peça de peixe
sem cabeça, já cortadinho e salgado. 
Você escolhe a peça mais bonita do mercado e
gasta uma bela grana para se del iciar com
uma bacalhoada cheia de batatas.
Agora eu te pergunto:
Quem te garante que você gastou seu suado
dinheirinho com bacalhau de verdade?
Você já viu uma polaca do alasca – que é um
peixe bem mais barato que o bacalhau – sem
cabeça, cortadinho e salgado?
Você seria capaz de bater o olho nesses dois
peixes e dizer o que é bacalhau e o que é
polaca do alasca?
Agora aplique o exemplo dos elefantes e das
girafas nesse caso.
Existe alguma porção do genoma do bacalhau
que o diferencia da polaca do alasca. 
É justamente por análise de DNA que todo ano
mercados, produtores e outros intermediários
são pegos cometendo fraude na época de
páscoa.
Para f inal izar esse raciocínio eu quero que você
expanda o que acabou de aprender e pense
como isso pode ser (e é) aplicado em
diferentes situações. Por exemplo,
comercial ização de carne de búfalo ou de
cavalo como carne bovina, comercial ização
ilegal de carne de animais si lvestres,
identif icação do uso de organismos
geneticamente modif icados em alimentos
industr ial izados etc.
O MESMO RACIOCÍNIO PODE SER
UTILIZADO EM UMA DAS
APLICAÇÕES MAIS POPULARES DA
ÁREA DE BIOLOGIA MOLECULAR .
Detecção de patógenos.
Vamos uti l izar o processo de diagnóstico
da COVID-19 como exemplo.
Uma pessoa com suspeita de COVID vai ao
médico e o médico pede um teste para
realizar o diagnóstico.
Para real izar o teste, o paciente terá uma
amostra coletada de dentro do seu nariz .
Em seguida, o material genético presente
na amostra será analisado. 
Agora temos duas possibil idade:
1 – paciente contaminado pelo vírus Sars-
Cov-2.
2 – paciente não contaminado. 
Se o paciente estiver contaminado, o
material genético do vírus estará
presente na amostra.
Se o paciente não estiver contaminado, o
material genético do vírus não estará
presente na amostra.
Pronto. Agora basta olhar para a região
desse material genético que seja exclusiva
do Sars-Cov-2. 
A partir desse princípio é possível fazer
outros testes de diagnóstico para detectar
outros patógenos, detectar a presença de
microrganismos em alimentos (exemplo,
salmonela no ovo), verif icar se
maquinários estão contaminados em
fábricas de al imentos e até mesmo saber
se o funcionário do Mcdonalds lavou as
mãos. C L U B E
DO DNA
IDENTIFICAÇÃO HUMANA
Agora se você extrapolar um pouquinho mais esse pensamento, perceberá
que é possível apl icá-lo no processo de identificação de pessoas.
Apesar de sermos todos da mesma espécie, certamente há algo exclusivo
no meu genoma que me faz ser diferente de você, por exemplo.
Ainda que sejam porções muito pequenas, existem algumas regiões do seu
genoma que são exclusivas suas (a não ser que você tenha um gêmeo
idêntico).
Basta que essas porções exclusivas do seu genoma sejam analisadas para
que você seja identificado por meio do seu DNA.
Esse t ipo de aplicação é muito úti l na área forense, por exemplo.
Imagine que o suspeito de um crime foi preso. A pol ícia pode coletar DNA da
cena do crime e compará-lo com o DNA do suspeito, analisando um
conjunto de regiões exclusivas.
Se o resultado da análise da amostra for igual ao resultado da análise do
suspeito. . . 
C L U B E
DO DNA
Mastalvez você esteja se perguntando de onde vem todo esse DNA ou como
é possível analisar uma molécula.
Na verdade, hoje em dia, o processo todo é bem simples.
De onde vem o DNA?
Praticamente todos as células dos organismos carregam dentro delas, pelo
menos, uma cópia do seu genoma. Ou seja, obter DNA é muito fáci l .
É possível obter DNA por diferentes maneiras: coleta de sangue ou qualquer
outro tecido, por meio de sal iva, cabelo, pelo, pena ou até mesmo a partir da
maçaneta que alguém encostou. 
E para analisar o DNA?
Uma vez tendo acesso à fonte do DNA, basta retirá-lo de dentro da célula
por meio de um processo chamado extração. A extração do DNA, geralmente,
é algo fáci l de real izar e bem rotineiro para a grande maioria dos
laboratórios.
Por últ imo, é necessário uti l izar alguma técnica que nos permita “ ler” a
molécula e, assim, traduzir a informação biológica contida ali em uma
informação compreensível, como, por exemplo, número ou luz.
É aí que entram as técnicas de biologia molecular. Mas hoje não entraremos
profundamente nesse assunto.
AGORA NÓS JÁ FALAMOS SOBRE AS DUAS RAZÕES
PRINCIPAIS PARA SE ANALISAR DNA E RNA.
C L U B E
DO DNA
Para finalizar este
caderno, vamos
falar um pouco
sobre a estrutura
da molécula de
DNA.
Os dois conceitos
que discutiremos
a seguir são a
base de TUDO que
será estudado no
futuro.
C L U B E
DO DNA
Assim como uma casa, que é formada pela junção de
centenas de t i jolos, o DNA também é formado por meio da
união de uma inf inidade de t i jol inhos – os nucleotídeos.
No caso da molécula de DNA há 4 nucleotídeos diferentes, a
adenina (A), a timina (T), a citosina (C) e a guanina (G).
Esses quatro nucleotídeos são l igados entre si e se repetem
milhares, milhões ou bi lhões de vezes em uma ordem,
aparentemente, aleatória ao longo do genoma de um
organismo, formando uma das f itas do DNA.
Esta f ita, no entanto, não está sozinha. Ela está associada a
outra f ita de DNA muito semelhante a ela. Na qual as
adeninas de uma das f itas estão sempre l igadas às t iminas
da outra f ita. E as citosinas estão sempre l igadas às
guaninas.
C L U B E
DO DNA
Ou seja, se você
souber qual é a
sequência de
nucleotídeos de uma
das fitas da molécula
de DNA, é possível
deduzir a sequência
de nucleotídeos da
outra fita - da f ita
complementar
Formando, assim, a
famosa estrutura
dupla hélice do DNA.
Vamos dar uma olhada mais de perto nos nucleotídeos.
Eles podem ser divididos em 3 partes.
1 . pentose
2. grupo fosfato
3. base nitrogenada (que é o que diferencia um nucleotídeo
do outro)
A pentose possui 5 átomos de carbono. A enumeração de
cada átomo de carbono nos permitirá obter uma informação
muito importante mais para frente. Veja a imagem.
Os nucleotídeos de uma f ita do DNA estão l igados entre si por
meio do terceiro átomo de carbono de um dado nucleotídeo,
com o grupo fosfato de um outro nucleotídeo.
 
Já as duas f itas da molécula estão l igadas por meio das
bases nitrogenadas.
C L U B E
DO DNA
Agora pense em uma das f itas da molécula de DNA e como
cada nucleotídeo está l igado ao outro. Sempre o carbono
número 3 de um nucleotídeo está l igado ao grupo fosfato de
outro.
O que acontece nas extremidades desse fragmento?
Em uma das extremidades, haverá um nucleotídeo, no qual o
seu terceiro carbono não estará l igado a nenhum outro
nucleotídeo. Afinal , ele é o últ imo (ou o primeiro) da f i la.
Na extremidade oposta dessa f ita, haverá um nucleotídeo, no
qual o seu grupo fosfato (que está l igado ao carbono número
5 de sua pentose) não estará l igado a nenhum outro
nucleotídeo. Af inal , ele é primeiro (ou últ imo da f i la).
Dessa maneira – por meio dos carbonos “livres” da pentose
dos nucleotídeos das extremidades da fita de DNA – é
possível apontar o direcionamento dessa f ita.
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C L U B E
DO DNA
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