Processos moleculares e genética UNIDADE 1

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Introdução
Autoria: Symara Rodrigues Antunes 
Revisão técnica: Carlos Jorge Rocha Oliveira
PROCESSOS MOLECULARES E GENÉTICOS
UNIDADE 1 - O DOGMA DA
BIOLOGIA MOLECULAR E
SEUS PROCESSOS
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Introdução
Seja bem-vindo à disciplina de Processos Moleculares e Genéticos! Nossa jornada irá começar
com a apresentação dos processos básicos de transmissão da informação genética e quais
são as moléculas envolvidas neles. Contudo, primeiramente precisamos relembrar conceitos
iniciais. É importante recordar que temos dois tipos de células: eucariotas e procariotas, sendo
a primeira dotada de núcleo e organelas membranosas, enquanto a segunda não os possui. O
núcleo, nas células eucarióticas, guarda uma importante molécula: o DNA (ácido
desoxirribonucleico). 
O DNA, por sua vez, possui uma importância gigantesca: é o nosso material genético. É essa
molécula que carrega todas as nossas informações, que designam nossas características
físicas e moleculares, ou seja, toda a nossa constituição. Todavia, não é essa a molécula que
irá levar a informação para as moléculas que executam as ordens. Portanto, neste capítulo
iremos entender como acontecem os processos de transmissão da informação, quais as
moléculas envolvidas e quais os processos que o cercam. Ao Tnal, você terá a oportunidade de
ter uma visão geral da aplicação desses conhecimentos nas técnicas de biologia molecular, tão
difundidas nas pesquisas acadêmicas e cada vez mais ganhando espaço nos diagnósticos
clínicos. 
Bons estudos!
O ano de 1953 foi um marco na história da biologia molecular: estava descoberto o DNA.
Porém, não ache que essa importante molécula simplesmente não era previamente conhecida.
Na verdade, Francis Crick, James Watson e Maurice Wilkins realizaram a tarefa de reunir, em
um artigo de revisão de duas páginas, as informações que já se conheciam dessa molécula e
correlacionaram com a mais importante função dentro da célula: carregar a informação
genética. Hoje, parece impensável um mundo no qual não se sabe que é o DNA a molécula que
controla todas as funções dentro de uma célula. Não há ainda nem 100 anos dessa descoberta
e já há muitos avanços desde então: conseguimos mapear todo o genoma humano e de
diversos animais e plantas, conseguimos relacionar alterações estruturais e funcionais do DNA
com diversas doenças e características nos animais, além de desenvolvermos técnicas
baseadas em análises de DNA que facilitam nosso dia a dia e a medicina.
1.1 O dogma central da biologia molecular, suas
moléculas e seus processos
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Entretanto, a descoberta da molécula do DNA não respondia a muitas questões. Já se sabia da
existência de RNA e proteínas, mas não se sabia como essas macromoléculas poderiam de
alguma forma interagir, ou como interagiam, e qual a hierarquia entre elas. Foi assim que, em
1958, Francis Crick, continuando seus estudos moleculares, propôs o que Tcou conhecido
como o Dogma Central da Biologia Molecular. ConTra!
Figura 1 - Dogma Central da Biologia Molecular
Fonte: Elaborada pela autora, 2020.
#PraCegoVer: imagem representando o Dogma Central da Biologia Molecular e seus
processos, em que o DNA é responsável pela informação repassada ao RNA, pelo processo da
transcrição, que, por sua vez, passa a informação à proteína por meio da tradução. O processo
da síntese de nova molécula de DNA é a replicação.
A proposta de Crick era baseada nos diversos estudos anteriores, tanto da sua equipe quanto
de outros pesquisadores. Crick e Watson propuseram, pouco após a revelação da estrutura do
DNA, como ocorria sua replicação, como ocorriam as mutações e como essas alterações
poderiam infuenciar no produto Tnal: as proteínas. Em 1958, Crick publicou um novo artigo,
propondo o Dogma Central. A partir dessa publicação, Tcou estabelecido que o fuxo da
informação genética seria do DNA gerando a molécula de RNA por meio do processo
denominado transcrição. O RNA, por sua vez, daria origem à proteína, pelo processo da
tradução. O DNA seria gerado a partir de uma molécula de DNA prévia, pelo processo de
replicação do DNA. De lá para cá, poucos ajustes foram feitos no Dogma Central, não
modiTcando sua estrutura principal, mas inserindo-se exceções na maioria causadas pelos
vírus. Descobriram-se enzimas, como a transcriptase reversa, que gera uma molécula de DNA a
Genoma é a denominação dada à sequência completa do DNA de um organismo. Em
outras palavras, é a sequência de DNA que designa os genes do ser vivo. O conhecimento
do genoma de um organismo possibilita uma vasta gama de informações, que pode
auxiliar no entendimento de como ocorrem os processos celulares e moleculares da
espécie.
VOCÊ SABIA?
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vírus. Descobriram-se enzimas, como a transcriptase reversa, que gera uma molécula de DNA a
partir de uma molécula de RNA, por exemplo, mas o cerne do dogma permanece como
verdadeiro até os dias atuais.
A seguir, vamos conhecer como é a estrutura dessas moléculas e como ocorrem seus
processos de formação.
A proposta da estrutura do DNA por Francis Crick, James Watson e Maurice Wilkins, publicada
em 1953, trazia resultados de diversos experimentos de outras equipes de cientistas. Na
proposta de Watson e Crick, aceita até os dias atuais, a molécula de DNA é estruturalmente
deTnida como sendo uma molécula helicoidal biTlamentar, com Ttas antiparalelas. A molécula
é constituída de nucleotídeos que são, por sua vez, formados por uma base nitrogenada, um
açúcar (uma desoxirribose) e um grupamento fosfato.
Figura 2 - Representação gráfica da molécula do DNA com seus componentes moleculares
Fonte: Designua, Shutterstock, 2020.
#PraCegoVer: estrutura do DNA. À direita, temos a representação da molécula de DNA: uma
molécula helicoidal de Tta dupla, antiparalela. À esquerda, o detalhamento da estrutura das
Ttas: um grupamento fosfato (azul); uma pentose, que é o açúcar (rosa); e uma base
nitrogenada (laranja). A união entre as duas Ttas se dá por pontes de hidrogênio.
Os nucleotídeos do DNA são chamados de desoxinucleotídeos e seguem a mesma
constituição base estabelecida anteriormente. A ligação da pentose (lembre-se de que é uma
desoxirribose) ocorre pelo carbono 1’ (leia-se carbono um linha) na base nitrogenada e o
1.1.1 Estrutura e replicação do DNA
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desoxirribose) ocorre pelo carbono 1’ (leia-se carbono um linha) na base nitrogenada e o
grupamento fosfato ao carbono 5’ (leia-se carbono cinco linha).
As bases nitrogenadas podem ser de dois tipos:
Observamos, entretanto, estruturas formadas pela união de uma pentose com uma base
nitrogenada, e a essa molécula formada denominamos nucleosídeo. Se for inserido um grupo
fosfato ao carbono 5’ da pentose, a estrutura passa a ser chamada de nucleotídeo
quantidade de fosfatos ligados à base nitrogenada − monofosfato, difosfato ou trifosfato −
permite que essas moléculas assumam diferentes e fundamentais funções celulares. Um
exemplo que vale a pena destacar é a molécula de ATP, conhecida como a mais importante
molécula energética da célula. Sua denominação por escrito já entrega a sua composição:
adenosina trifosfato.
Rosalind Franklin era uma cientista britânica, segunda de cinco Tlhos de uma importante
família judaica. Formou-se em Ciências da Natureza pelo Newnham College, faculdade
restrita às mulheres da Universidade de Cambridge. Seu Ph.D. foi obtido com uma
pesquisa sobre o carvão, importante substância para a indústria britânica na época da
Segunda Guerra Mundial. A partir dessa pesquisa, Rosalind passou a estudar outras
substâncias, entre elas o DNA e RNA. De fato, as pesquisas de Franklin foram
fundamentais para a descoberta da molécula do DNA, mas, infelizmente, a pesquisadora
não pôde receber o prêmio Nobel, em 1962, pela sua contribuição, pois faleceu
prematuramente, em 1958, e o prêmio somente é entregue a pesquisadores vivos.
VOCÊ O CONHECE?
Derivadas das purinas, sendo de dois tipos, a adenina (A) e a guanina (G).
Derivadas das pirimidinas, sendotambém de dois tipos: a citosina (C) e a
timina (T), sendo esta última exclusiva do DNA.
Bases púricas
Bases pirimídicas
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Continuando a descrição da molécula de DNA, Erwin Chargaff e colaboradores realizaram
análises da composição química da molécula e constataram dados curiosos, conforme
relatado em GRIFFITHS et al. (2013). ConTra!
A partir das observações de Chargaff e colaboradores, foi possível deduzir que as duas Ttas
que formam a molécula de DNA, ligadas a partir de pontes de hidrogênio, seguem a seguinte
regra: timina pareia com adenina ligando por duas pontes de hidrogênio; e citocina pareia com
guanina ligando-se por três pontes de hidrogênio. Para quem lembra, as pontes de hidrogênio
são ligações químicas que, analisadas isoladamente, são fracas. Porém, como o DNA é uma
molécula muito grande, possui, então, inúmeras pontes de hidrogênio, transformando o
conjunto dessas ligações fortes o suTciente para estabilizar a molécula. Na mesma Tta de
DNA, as bases nitrogenadas são ligadas por meio de uma ligação química do tipo fosfodiéster.
A molécula de DNA, então, apresenta-se na forma helicoidal, com mais pontes de hidrogênio
fazendo a sua estabilização, estabelecendo os chamados giros menores e os giros maiores.
Essa estrutura da molécula do DNA já proporcionou importantes pistas de como seria
executada a replicação dessa molécula. O pareamento de bases especíTco é um mecanismo
de cópia Tdedigna, como veremos a seguir.
Dado 1
A concentração de timina era sempre igual à de adenina em uma mesma
molécula (T=A), assim como a de citocina e guanina (C=G).
Dado 2
A concentração total de pirimidinas (T+C) era sempre igual a de purinas
(A+G) em uma mesma molécula (portanto, temos a equação T+C=A+G).
Em 2014, foi publicado no Brasil, pela editora Zahar, o livro de James D. Watson, A dupla
hélice: como descobri a estrutura do DNA. Nesse livro, Watson conta a sua versão sobre a
descoberta que modiTcou o mundo e permitiu que, poucos anos mais tarde, essa molécula
Tzesse parte do conhecimento geral de toda a população. Vale a pena conferir!
VOCÊ QUER LER?
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Os primeiros estudos e conhecimentos adquiridos sobre a replicação do DNA foram obtidos
graças a experimentos com bactérias, em especial a Escherichia coli. Isso porque esse
microrganismo tem um tempo relativamente curto entre uma duplicação celular e outra: cerca
de 20 minutos. Além se tratar de uma célula procariota, menos complexa do que uma célula
humana, eucariota, por exemplo.
Deve-se ainda ressaltar outro ponto: nos eucariotos, a replicação do DNA ocorre em uma fase
especíTca do ciclo celular. O ciclo celular, por sua vez, pode ser deTnido como uma sucessão
de fases que regem a vida de uma célula eucariótica, sendo cada fase designada para
ocorrência de um conjunto de eventos especíTcos. 
O ciclo celular é, então, constituído de uma interfase e da fase de divisão celular propriamente
dita (M, de mitose). A interfase é subdividida em G1, S, G2. A replicação do DNA ocorre dentro
da fase S, que ganha essa sigla devido a ser a fase de síntese de DNA. Não se esqueça de que
síntese signiTca produção de algo novo (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012).
Como ressaltado anteriormente, o DNA é constituído de duas Ttas, antiparalelas, cujas bases
se pareiam especiTcamente seguindo a regra: adenina pareia com timina, e citocina pareia com
guanina. Com suas estruturas inalteradas, não há pareamento fora dessa regra. O
descobrimento dessa informação deu aos pesquisadores uma importante pista de como
ocorreria o processo de replicação da molécula de DNA: usando uma Tta molde. Após vários
experimentos, o modelo atualmente aceito é de uma replicação semiconservativa para a
criação de novas moléculas de DNA. Esse modelo consiste em abrir a molécula de DNA,
expondo as duas Ttas que compõem a molécula, e utilizando-as como moléculas moldes para
as Ttas novas. Dessa forma, utilizando a regra de Chargaff, de pareamento de bases, é possível
realizar a formação de moléculas precisamente iguais à molécula-mãe (ALBERTS, 2009).
Figura 3 - Representação do modelo de replicação semiconservativo do DNA
Fonte: Soleil Nordic, Shutterstock, 2020.
#PraCegoVer: modelo de replicação semiconservativo de DNA, com apresentação de cinco
etapas demonstrando que, ao Tnal, são formadas duas moléculas de DNA, idênticas à original,
mas que apresentam, cada uma, uma Tta parental e uma Tta recém-criada. Na Tgura, as Ttas
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em azul representam as Ttas parentais que compõem a molécula de DNA original. Após a
abertura do DNA, expondo as Ttas como moldes, são construídas novas Ttas complementares
(Ttas laranjas) tendo como molde as Ttas azuis. Ao Tnal, teremos duas novas moléculas, cada
uma com uma Tta nova (laranja) e uma Tta parental (azul).
Contudo, para que ocorra a replicação do DNA de forma altamente Tdedigna, é preciso a
utilização de uma enzima que será a responsável por executar a inserção dos nucleotídeos de
acordo com a leitura da Tta molde. Essa enzima é a DNA polimerase. São conhecidas em
Escherichia coli cerca de cinco enzimas conhecidas. A primeira identiTcada, a DNA polimerase
I, possui as seguintes atividades:
Essa enzima trabalha em um local chamado “forquilha de replicação”, uma estrutura em forma
de Y na qual o DNA está aberto e há a atuação de inúmeras enzimas acessórias à DNA
polimerase. 
Figura 4 - Representação de uma forquilha de replicação, com demonstração da fita líder e da fita com os fragmentos de
Okazaki
Fonte: Adaptada de ALBERTS et al., 2017, p. 243.
Ativid
ade de
polime
rase
1
Ativid
ade de
exonu
clease
3’ --->
5’
2
Ativid
ade de
exonu
clease
5’ --->
3’
3
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#PraCegoVer: estrutura de uma forquilha de replicação de DNA. À esquerda, uma forquilha de
replicação com DNA recém-sintetizado em vermelho; as setas indicam a direção 5’-3’ da
síntese do DNA. Como as duas Ttas-Tlhas de DNA são polimerizadas na direção 5’-3’, o DNA
sintetizado na Tta retardada deve ser feito inicialmente em uma série de pequenos segmentos
de DNA, os fragmentos de Okazaki, chamados assim por causa do cientista que os descobriu.
À direita, a mesma forquilha pouco tempo depois. Na Tta retardada, os fragmentos de Okazaki
são sintetizados em sequência, sendo os mais próximos à forquilha os fragmentos de síntese
mais recente.
Entretanto, a DNA polimerase somente consegue inserir novos nucleotídeos na extremidade 5’,
para que ocorra a reação fosfodiéster. Devido a isso, observa-se que há, dessa forma, uma Tta
chamada líder, pois já está posicionada adequadamente para o crescimento da nova cadeia, e
uma Tta cujo crescimento será mais lento, por meio Fragmentos de Okasaki. É essencial
ressaltar que a taxa de erros da DNA polimerase é extremamente baixa, cerca de 1 erro a cada
105 nucleotídeos inseridos e, ainda assim, esses erros são identiTcados e consertados ainda
pela própria enzima antes de Tnalizar a replicação do DNA.
Figura 5 - Representação do processo de replicação do DNA pela DNA-polimerase
Fonte: Adaptada de ALBERTS et al., 2017, p. 243.
#PraCegoVer: Na Tgura, a DNA-polimerase catalisa a adição sequencial de um
desoxirribonucleotídeo à extremidade 3’-OH de uma cadeia polinucleotídica, a Tta iniciadora
crescente que está pareada a uma Tta-molde já existente. A Tta de DNA recém-sintetizada é,
então, polimerizada na direção 5’-3’. Como cada desoxirribonucleosídeo trifosfato deve formar
par com a Tta-molde para ser reconhecido pela DNA-polimerase, essa Tta determina qual dos
quatro desoxirribonucleotídeos possíveis (A, C, G ou T) será adicionado. A reação é promovida
por uma grande alteração favorável da energia livre causada pela liberação do pirofosfato e sua
subsequente hidrólise em duas moléculas de fosfato inorgânico. Logo após, é mostrada a
estrutura da DNA-polimerase complexada ao DNA (em laranja), determinada por cristalograTa
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estrutura da DNA-polimerase complexada ao DNA (em laranja), determinada porcristalograTa
de raios X. A Tta-molde de DNA é a Tta longa, e a Tta recém-sintetizada é a curta. Depois, temos
um diagrama esquemático da DNA-polimerase. A geometria adequada do pareamento de
bases dada pelo desoxirribonucleosídeo trifosfato a ser incorporado provoca um ajuste da
polimerase em torno do par de base, iniciando a reação de adição do nucleotídeo. A
dissociação do pirofosfato relaxa a polimerase, permitindo a translocação do DNA em um
nucleotídeo.
A DNA polimerase, apesar de ser a mais importante enzima do processo de replicação do DNA,
não atua sozinha nesse processo. Observe, a seguir, algumas das demais enzimas e moléculas
que atuam na replicação com suas respectivas funções (GRIFFITHS et al., 2013):
Enzima responsável por fornecer um primer ou iniciador
para a DNA polimerase, pois esta última não é capaz de
iniciar uma molécula de DNA sem um suporte inicial. Esse
primer fornecido pela DNA primase é composto de poucos
nucleotídeos; cerca de 10 nucleotídeos de RNA que são
posteriormente retirados.
Enzima responsável pela abertura da molécula de DNA.
Imagine-a como se fosse a cabeça de um zíper abrindo-o.
Essa é a função da DNA helicase.
Enzima responsável por desenrolar a molécula de DNA, não
permitindo a formação de nós à frente da forquilha de
replicação.
Pequenas proteínas que se ligam às Ttas simples de DNA
na forquilha de replicação, de forma cooperativa, e que
impedem o DNA de se ligar novamente como Tta dupla.
DNA
primase
DNA
helicase
DNA
topoiso
merase
Proteína
s
ligadora
s de fita
simples
de DNA
(SSB, de
single
strand
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Figura 6 - Forquilha de replicação e algumas das diversas enzimas que auxiliam no processo de replicação
Fonte: Adaptada de ALBERTS et al., 2017, p. 249.
#PraCegoVer: Diagrama mostrando uma visão atual da disposição das proteínas de replicação
em uma forquilha de replicação durante a síntese de DNA. A Tta retardada está dobrada para
aproximar-se da molécula de DNA-polimerase da Tta retardada e formar um complexo com a
DNA-polimerase da Tta-líder. Esse enovelamento também aproxima a extremidade 3’ de cada
fragmento de Okazaki completado do ponto de início do próximo fragmento de Okazaki. Como
a DNA-polimerase da Tta retardada permanece ligada ao resto das proteínas de replicação, ela
pode ser reutilizada na síntese dos sucessivos fragmentos de Okazaki. Nesse diagrama, ela
está quase liberando o fragmento de DNA completo e move-se para o iniciador de RNA que
está sendo sintetizado. As proteínas adicionais (não mostradas) que auxiliam na manutenção
dos diferentes componentes proteicos na forquilha permitem que o complexo funcione como
uma maquinaria proteica coordenada.
Como podemos observar, o processo de replicação do DNA não é um processo simples. Os
conhecimentos que temos desse processo foram adquiridos graças às observações iniciais em
procariotos, células mais simples que os eucariotos e com tempo de vida mais curto, o que
possibilitou um rápido avanço no conhecimento.
Com o avançar das tecnologias e das técnicas de análises, foi possível realizar experimentos
observacionais em células eucarióticas e constatou-se que, salvo algumas particularidades
próprias dessas células, a replicação ocorre de maneira similar nas células mais complexas. 
strand
DNA-
binding)
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próprias dessas células, a replicação ocorre de maneira similar nas células mais complexas. 
O RNA (ácido ribonucleico) é uma molécula de estrutura similar ao DNA, sendo também
considerado um ácido nucleico. Entretanto, devemos destacar algumas particularidades: o
tamanho do RNA é muito inferior ao do DNA; é uma molécula de Tta simples; seu açúcar é a
ribose e é constituído de ribonucleotídeos, sendo a uracila a base exclusiva do RNA (assumindo
o lugar da timina, que é exclusiva do DNA) A molécula de RNA é obtida pelo processo de
transcrição.
Figura 7 - Imagem representativa das diferenças das bases nitrogenadas do RNA e do DNA, além de ter uma representação da
molécula de RNA
Fonte: Adaptada de ALBERTS et al., 2017, p. 225.
#PraCegoVer: A estrutura química do RNA se diferencia ligeiramente da estrutura do DNA. O
RNA contém o açúcar ribose, o qual difere da desoxirribose, o açúcar utilizado no DNA, pela
presença de um grupo -OH adicional. O RNA contém a base uracila, a qual difere da timina, a
base equivalente no DNA, pela ausência de um grupo -CH3. A Tgura mostra um pequeno
segmento de RNA. A ligação química entre os nucleotídeos no RNA – uma ligação fosfodiéster
− é a mesma da no DNA.
1.2 Estrutura e transcrição do RNA
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Um fato curioso é que as células produzem vários tipos de RNA. Podemos destacar cinco tipos
de RNAs produzidos pela célula:
RNA que tem a propriedade de codiTcar proteínas. É a
classe de RNA que cumpre o que é falado no Dogma
Central da Biologia Molecular.
RNAs que irão compor a estrutura dos ribossomos que, por
sua vez, são responsáveis por catalisar a síntese de
proteínas.
Importantes nos processos de regulação da expressão
gênica.
Moléculas de RNA que transportam os aminoácidos até os
ribossomos para que seja sintetizada uma cadeia
polipeptídica que se transformará em uma proteína.
Possuem diversas funções dentro dos processos celulares
que ainda estão sendo descobertos. Seus tamanhos variam
e muitos ainda não têm elucidadas suas funções na célula. 
RNA
mensag
eiro
(mRNA)
RNAs
ribossô
micos
(rRNA)
MicroRN
As
(miRNAs
)
RNAs
transpor
tadores
(tRNAs)
Outros
RNAs
não
codifica
dores
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Quando falamos em Dogma Central da Biologia Molecular e seus processos, a produção de
RNA se dá pelo processo de transcrição. Tal processo é o mesmo para todos os tipos de RNA,
porém para o RNA mensageiro é somente feito em sequências especíTcas denominadas
genes.
Figura 8 - Representação da transcrição do RNA a partir de genes contidos no DNA
Fonte: Adaptada de ALBERTS et al., 2017, p. 224.
#PraCegoVer: Uma célula pode expressar diferentes genes em diferentes taxas. Essa
expressão de genes segue o Dogma Central da Biologia Molecular. Na imagem, são
demonstrados dois genes – Gene A e Gene B – alocados na molécula do DNA. À esquerda, é
mostrado que do gene A são produzidas cinco moléculas de RNA, mesmo só havendo uma
cópia do gene, e na tradução são produzidas vinte e cinco moléculas de proteínas, todas
seguindo a informação contida no gene A. À direta, está representada a transcrição do gene B,
resultando em somente uma molécula de RNA transcrita e, a partir dela, três proteínas
traduzidas. Isso demonstra que a célula pode controlar a quantidade de produtos gênicos
produzidos de cada gene contido no DNA de acordo com a necessidade da célula, mesmo que
somente haja uma cópia física do gene.
Esse processo de transcrição é bem mais simples do que o processo de replicação do DNA
descrito anteriormente. O processo de transcrição é dividido em três fases, pois é um processo
cíclico de síntese de RNA. Cada ciclo de transcrição ocorre várias vezes na mesma região do
DNA, o gene, e, antes que um complexo atinja a região de terminação, outros complexos de
transcrição estão iniciando a síntese de RNA (ZAHA et al., 2014). 
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Na primeira fase, fase inicial, as sequências especíTcas do DNA, conhecidas como promotores,
sinalizam o local de formação do complexo de transcrição e com isso inicializam a cópia das
sequências do DNA em RNA. Na segunda fase, fase de alongamento da cadeia, a molécula de
RNA é sintetizada propriamente dita. Ocorre a inserção dos ribonucleotídeos pela RNA
polimerase. A terceira fase, fase de terminação da transcrição, é o processo em que a síntese
de RNA é terminada em resposta a sinais especíTcos de terminação da transcrição, conhecidos
como terminadores. Apesar de normalmente ser mostrado um complexo de transcrição em um
determinado gene, a transcrição é dinâmica e várias cópias de um determinado RNA são
sintetizadas a partir do gene, concomitantemente. Os componentes do complexode
transcrição são dissociados, ao Tnal da transcrição, e reiniciam um novo ciclo de transcrição
(ZAHA et al., 2014).
Assim como na replicação do DNA, há uma enzima responsável pelo processo de transcrição: a
RNA polimerase. Tal qual sua irmã, a DNA polimerase, essa enzima somente é capaz de inserir
novos nucleotídeos no sentido 5’ ---> 3’. Contudo, há uma relevante diferença: a RNA polimerase
não necessita de um iniciador, sendo capaz de iniciar a Tta de novo, isto é, iniciar a nova Tta do
zero. Ainda assim, enzimas como a helicase e a topoisomerase são necessárias para auxiliar
na abertura da cadeia de DNA e expor as sequências que precisam ser transcritas. Em
organismos procarióticos, há somente um tipo de RNA polimerase para a produção de todos os
tipos de RNAs necessários para o funcionamento celular. Já em eucariotos, são conhecidos ao
menos três tipos de enzimas, responsáveis pela síntese de diferentes tipos de RNAs. 
Para o reconhecimento das sequências que precisam ser transcritas, a RNA polimerase precisa
reconhecer regiões como os promotores de genes, que indicam que um gene está ali próximo.
Há, ainda, outras sequências de reconhecimento e de controle da transcrição de promotores e
proteínas, conhecidas como fatores de transcrição, que auxiliam no processo de
reconhecimento das regiões que precisam ser transcritas.
A célula possui um intrincado processo de controle da expressão gênica, designando, com
precisão, quais genes necessitam ser transcritos em qual momento e por quanto tempo,
controlando, assim, o número de cópias de RNAs enviadas ao citoplasma, que,
consequentemente, podem ser traduzidas em proteínas. Tudo depende da necessidade
naquele momento da célula e também de sinalizações externas recebidas.
No entanto, a simples cópia do molde de DNA, convertida em uma molécula de RNA, baseada
no pareamento de bases (adenina pareando com uracila, e guanina pareando com citocina) não
gera, em eucariotos, um RNA funcional. Após o processo de transcrição, é necessário que seja
realizado o processamento do RNA. São três os processos realizados na molécula do transcrito
primário:
Adição de uma capa na extremidade 5’, que consiste em uma guanina
atípica com um radical metil anexado a ela.
Poliadenilação da extremidade 3’, que nada mais é do que a síntese de uma
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Aproveite e aprofunde seus conhecimentos!
Somente após essas modiTcações do RNA é que ele é reconhecido como um RNA maduro e
pode, enTm, ser transportado para o citoplasma. Chegando ao citoplasma, caso se trate de um
mRNA, imediatamente ele será traduzido pelos ribossomos para a formação das proteínas. 
Poliadenilação da extremidade 3’, que nada mais é do que a síntese de uma
cauda com uma série de repetições de adeninas, chamada cauda poli-A.
Excisão de íntrons em um processo chamado splicing.
Quando o mRNA chega ao citoplasma, ele será imediatamente “atacado” por ribossomos para
que seja realizada a tradução da informação genética em uma proteína. A informação genética
que antes estava sendo repassada de 1:1 agora passa a ser repassada de 3:1. Isso porque,
quando é feita a tradução, a leitura dos nucleotídeos do mRNA não é feita de um a um, mas sim
de três em três, as chamadas trincas. Em linhas gerais, o repasse de informação do DNA para o
RNA é simples, uma vez que são moléculas química e estruturalmente simples. Muito
1.3 Tradução, código genético e estrutura de proteínas
Os genes eucarióticos são compostos de sequências denominadas íntrons (do inglês,
intervening sequences) e éxons (do inglês, expressed sequences). Os primeiros não são
sintetizados em proteínas, sendo retirados pelo processo de splicing. O fato de os genes
eucarióticos serem “interrompidos” permite que sejam feitos rearranjos pós-transcricionais
e a modiTcação da sequência que será traduzida, possibilitando a formação de proteínas
diferentes a partir de um único transcrito primário, de acordo como os éxons serão
rearrumados na retirada dos íntrons.
VOCÊ SABIA?
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acertadamente, o nome do processo de conversão da informação contida no mRNA para uma
proteína chama-se tradução, pois está sendo convertida para “outra linguagem” molecular. As
proteínas são feitas de uma sequência de aminoácidos, e não de nucleotídeos. 
O mRNA é lido de acordo com uma sequência de trincas, que são agrupamentos de 3 em 3
nucleotídeos. Os ribossomos funcionam como verdadeiras enzimas que catalisam esse
processo traducional. Os tRNAs são os responsáveis por fornecerem os aminoácidos para a
montagem da molécula de proteína. Toda a leitura é feita obedecendo-se ao chamado código
genético.
O código genético foi desvendado em 1961 e designa quais trincas designam cada um dos
aminoácidos. Entretanto, há uma diTculdade que precisa ser superada: o RNA possui quatro
diferentes nucleotídeos, que podem gerar 64 combinações diferentes de trincas e somente há
20 aminoácidos diferentes encontrados formando proteínas. As pesquisas demonstram que o
código genético é redundante, isto é, o mesmo aminoácido pode ser designado por trincas
diferentes. Vale ressaltar que essas trincas, quando no mRNA, são chamadas de códon
trinca complementar, presente no tRNA, é chamada de anticódon. É considerado universal, pois
quase todos os organismos da atualidade cumprem as suas regras. Outra curiosidade é que ele
possui “sinais de pontuação”: códons de iniciação de leitura e códons de parada. 
Figura 9 - Tabela do código genético baseada em sequências de códons
Fonte: Griffiths (2013, p. 276).
#PraCegoVer: Tabela do código genético para a leitura das trincas e designar os respectivos
aminoácidos a serem inseridos na sequencia formadora da proteína. Na coluna mais a
esquerda, está a primeira letra da trinca do códon (U, C, A, G). Na linha mais superior, a segunda
letra do códon (U, C, A, G). na coluna mais a esquerda, a terceira letra do códon (U, C, A, G). Ao
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letra do códon (U, C, A, G). na coluna mais a esquerda, a terceira letra do códon (U, C, A, G). Ao
centro, cada célula é formada pela união das três letras do códon, lido na sequencia descrita,
formando 64 combinações possíveis que irão designar os 20 aminoácidos existentes na
natureza.
A leitura do mRNA inicia-se quando o ribossomo encontra o chamado códon inicial AUG. A
partir desse códon, os nucleotídeos serão lidos de 3 em 3, sem “pular” nenhum, até que se
encontre um dos 3 códons de Tnalização (UAA, UAG e UGA). Os ribossomos leem os códons e
selecionam o tRNA que possui uma sequência de trinca que seja complementar, chamada de
anticódon. Encontrando o tRNA complementar este, carregado com o aminoácido, passa-o para
que seja inserido na sequência de aminoácidos que está sendo formada pelos ribossomos,
com união por ligações peptídicas.
Figura 10 - Esquema em três etapas demonstrando como ocorre o reconhecimento dos códons para designação correta do
aminoácido
Fonte: Adaptada de ALBERTS et al., 2017, p. 243.
#PraCegoVer: o código genético é traduzido pela atuação conjunta de dois adaptadores:
aminoacil-tRNA, sintetases e tRNAs. Cada sintetase acopla um aminoácido especíTco a seus
tRNAs correspondentes, em um processo chamado carregamento. O anticódon da molécula de
tRNA carregada forma pares de bases com o códon apropriado no mRNA. Um erro, seja na
etapa de carregamento, seja na etapa de ligação do tRNA carregado ao seu códon, fará com
que o aminoácido errado seja incorporado a uma cadeia de proteína. Na sequência de eventos
ilustrada, o aminoácido triptofano (Trp) é selecionado pelo códon UGG no mRNA. 
Tal qual acontece com os RNAs, a produção de proteínas ocorre várias de uma única vez,
proporcionando a produção de centenas de moléculas a partir de um único mRNA que chega
ao citoplasma. Há a possibilidade de fazer controle ainda nessa fase, de acordo com a
necessidade da célula. 
Terminado o processo de tradução, a sequência de aminoácidos formada passa por
transformações conformacionais para que possa assumir a forma funcional e desempenharsuas funções na célula.
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O entendimento e o conhecimento acerca dos processos moleculares descritos anteriormente
permitiram que fossem desenvolvidas técnicas in vitro que pudessem reproduzi-los em
laboratório e possibilitassem a observação do processo quanto ao uso em análises
moleculares. Entretanto, apesar de baseados nos processos que ocorrem nas células, ainda
ocorrem limitações na reprodução em laboratório por não contar com diversas outras questões
bioquímicas e moleculares que a célula possui.
Em 1983, Francis Mullis revolucionou a pesquisa em biologia molecular ao desenvolver a PCR
(reação em cadeia da polimerase, do inglês, Polymerase Chain Reaction). Essa técnica lhe
rendeu um prêmio Nobel em 1993 e, ainda hoje, pode ser considerada a principal técnica de
biologia molecular usada em laboratório. Tal técnica permite, em linhas gerais, a replicação de
fragmentos especíTcos do DNA em centenas de milhares de cópias, em uma questão de
poucas horas. 
A técnica de PCR consiste em submeter uma mistura de nucleotídeos, sequência de DNA alvo e
iniciadores (primer), misturados a uma solução tampão com adição de Taq polimerase (a
enzima DNA polimerase usada in vitro), a uma variação de temperatura sequencial em ciclos.
Os ciclos podem se repetir de 20 a 40 vezes. A técnica base utiliza DNA como sequência-alvo a
ser multiplicada. Em teoria, pode-se ampliTcar uma única sequência de DNA em centenas de
milhares de cópias em poucas horas. A evolução tecnológica possibilitou o surgimento de
máquinas de PCR cada vez mais precisas com a variação de temperatura dos ciclos e mais
ágeis na troca de temperatura, acelerando o processo.
A PCR pode ainda ser associada a outras técnicas, como a digestão enzimática por
endonucleases. Essas enzimas clivam o DNA em pontos de sequências reconhecidas com
precisão. Desse modo, se aquele fragmento de DNA possuir a sequência-alvo da endonuclease,
ele será clivado, gerando dois fragmentos de tamanhos possivelmente variados. Se não houver
a sequência, não haverá o corte e o fragmento permanecerá íntegro. A visualização do
resultado se dá por meio de análises de bandas em géis de agarose na maioria das vezes. Essa
simples combinação de técnica possibilitou um leque de análises e exames, incluindo até
mesmo o sequenciamento do genoma humano. 
Com o avançar dos anos, foram surgindo outras possibilidades para a PCR, com
aperfeiçoamento da técnica e surgimento de outras derivadas dela. A técnica da PCR em
tempo real (RT-PCR) permitiu a análise da ampliTcação do DNA (e mais tarde do RNA) à medida
que iria ocorrendo. Essa simples mudança da técnica – de se analisar se está ocorrendo a
ampliTcação durante o processo, e não somente ao Tnal, como na PCR tradicional – permite
resultados mais rápidos e precisos, se há a sequência-alvo no pool de amostra analisado, além
de outras importantes análises. As análises de doenças infecciosas se beneTciaram dessa
técnica, pois proporcionam uma rápida identiTcação entre as amostras dos pacientes,
diminuindo o tempo de janela imunológica.
1.4 Técnicas de detecção de ácidos nucleicos e suas
aplicações
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diminuindo o tempo de janela imunológica.
Entretanto, o campo de técnicas moleculares expandiu-se muito desde a descoberta de Mullis.
Há cerca de cinco anos, o meio acadêmico cientíTco foi novamente surpreendido com uma
nova e revolucionária técnica: CRISPR. Jennifer Doudna e sua colaboradora, Emmanuelle
Charpentier, estabeleceram a técnica de edição de, virtualmente, qualquer DNA. A técnica ainda
não é totalmente dominada, mas os seus usos e suas aplicações são gigantescos: pode-se
desde consertar genes defeituosos em doenças a até mesmo adquirir novos fenótipos a partir
de alterações do genoma.
Os genes localizados nos cromossomos controlam as características hereditárias transmitidas
pelos gametas feminino e masculino com a Tnalidade de manter contínua a genética das
gerações. A comprovação da identiTcação de uma determinada pessoa, ou seja, pelo DNA de
seus Tlhos (prole), conhecida popularmente como teste de paternidade, é uma técnica que
utiliza sondas capazes de detectar as sequências de DNA humano, as quais são idênticas aos
de seus ascendentes, no caso os pais. 
Lembre-se de que uma pessoa é formada a partir da união de dois gametas: um
espermatozoide e um óvulo. Em cada um deles, há um conjunto de cromossomos que trazem
genes. Portanto, uma pessoa é formada a partir de dois conjuntos de cromossomos, cada um
herdado de um dos pais. A variabilidade encontrada na espécie humana é fornecida pelo
crossing-over que ocorre na formação de cada um dos gametas, antes da ocorrência da
fecundação. Entretanto, mesmo após o crossing-over, ainda há a permanência de similaridades
do cromossomo que podem ser rastreadas, pois apresentam um padrão especíTco de
bandeamento. Essas bandas se devem a sequências repetidas que mantêm o padrão conforme
de qual progenitor é herdado. A técnica de análise desse padrão de bandas é chamado de
VNTR (Variable Number of Tandem Repeats), que busca comparar exatamente essas
sequências curtas repetidas ao longo das moléculas de DNA que compõem cada um dos
cromossomos e comparar com as sequências dos pais (DOMINGOS, 2017). 
Outra técnica de análise de ácidos nucleicos é a eletroforese em gel de agarose. Essa técnica
permite a visualização de bandas luminosas. A técnica utiliza um gel de agarose, que formará
uma teia por onde o DNA (ou fragmentos provenientes de ampliTcação por PCR) irá passar
Neste TED Talk, a cocriadora da técnica CRISPR -Cas9, Jennifer Doudna explica, de forma
clara, sucinta e elucidativa, como essa técnica pode revolucionar o tratamento de doenças
genéticas antes tidas como incuráveis. ConTra acessando o link
https://www.youtube.com/watch?v=TdBAHexVYzc (https://www.youtube.com/watch?
v=TdBAHexVYzc) e não se esqueça de ativar a legenda!
VOCÊ QUER VER?
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uma teia por onde o DNA (ou fragmentos provenientes de ampliTcação por PCR) irá passar
quando submetido a um campo elétrico. A molécula de DNA possui uma carga negativa; logo, é
atraída para o polo positivo do campo. Como o gel oferece uma resistência à passagem das
moléculas, aquelas que forem menores, irão se movimentar mais rapidamente, e as maiores
irão se movimentar mais lentamente. Essas moléculas, então, irão se agrupar em bandas, que
poderão ser visualizadas com a impregnação de substâncias fuorescentes, que emitem uma
marcação luminosa quando submetidas à luz UV (DOMINGOS, 2017). 
A técnica de Tngerprint ou impressão digital genética, com conTabilidade de 99,9%, baseia-se
na análise de sequências do DNA que formam um padrão único para cada pessoa. Essa
técnica pode ser utilizada para atestar se um material biológico, que contenha material
genético, pertence ou não a uma determinada pessoa (ZAHA et al., 2014).
Outras técnicas foram e estão sendo desenvolvidas e aperfeiçoadas. O sequenciamento de
DNA, no qual conseguimos conhecer a sequência exata dos nucleotídeos do DNA, teve avanços
signiTcativos nos últimos anos. A técnica, que antes era bem demorada para se executar, hoje,
diante das novas técnicas, propicia o conhecimento do sequenciamento do DNA em pelo
menos metade do tempo.
As análises de RNA também ganharam destaque, pois permitem observar se há o fuxo da
informação genética pelo Dogma da Biologia Molecular. Das técnicas, a PCR em tempo real
(RT-PCR) possibilita a análise da ampliTcação do RNA, por técnica que se baseia na PCR, mas
as análises são feitas em tempo real, podendo ser registrado quantas moléculas são
ampliTcadas por minuto.
A bioinformática tem despontado como uma ciência essencial para as análises em biologia
molecular. Com o avanço das técnicas de análises do DNA, criou-se uma avalanche de
informações a serem pesquisadas, produtos das técnicas de análises. Portanto, a união das
áreas de matemática, informática, estatística e biologia permite que haja maior robustez e
detalhamento nas análises, além de rapidez.
Coma associação com a bioinformática, a chamada era da genômica (em que se focou nas
análises da sequência de DNA e suas interações) acelerou-se e hoje possui robustas
ferramentas on-line de análises rotineiras, como o site BLAST, o qual permite a comparação de
sequências de DNA com um banco de sequências mundial de DNA e, por meio de um
algoritmo, possibilita ter uma grande quantidade de informações acerca daquela sequência
(ZAHA et al., 2014).
(ATIVIDADE NÃO PONTUADA)
TESTE SEUS CONHECIMENTOS
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A genética e a genômica modernas enfrentam o desaTo de aplicar esses novos recursos ao
estudo da dinâmica da atuação dos genes e genomas para realizar a melhor compreensão de
sua biologia.
Chegamos ao Tnal desta unidade e, até aqui, você aprendeu os processos moleculares básicos
relacionados ao DNA, como sua estrutura, localização, replicação e transcrição; o RNA, seu
processamento e sua tradução; a síntese de proteínas; assim como o código genético e as
principais técnicas utilizadas para detecção do DNA, do RNA e das proteínas.
Nesta unidade, você teve a oportunidade de:
CONCLUSÃO
estudar os aspectos dos genes, os elementos estruturais da molécula
de DNA;
identiTcar as bases nitrogenadas;
compreender que a informação genética é descrita em código, no qual
o DNA é encontrado estruturado em cromossomos, que são os veículos
da hereditariedade;
entender a replicação do DNA;
identiTcar o processo de transcrição a partir de trechos de DNA;
compreender a tradução do mRNA, o rRNA e o tRNA, que, por sua vez,
está associado à subunidade do ribossomo;
entender o início da síntese de proteínas;
Compreender o código genético;
identiTcar a reação em cadeia da polimerase – PCR ( Polymerase Chain
Reaction), que permite o isolamento de qualquer segmento de DNA;
conhecer as técnicas mais utilizadas para a detecção do DNA e do
RNA.
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ALBERTS, B. Biologia molecular da célula. 5. ed. Porto Alegre: Artmed,
2009.
ALBERTS, B. et al. Fundamentos da biologia celular. 4. ed. Porto Alegre:
Artmed, 2017.
DOMINGOS, P. P. Genética. Londrina: Editora e Distribuidora Educacional
S.A., 2017.
GRIFFITHS, A. J. F. et al. Introdução à genética. 10. ed. Rio de Janeiro:
Guanabara Koogan, 2013.
JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular. 9. ed. Rio de
Janeiro: Guanabara Koogan, 2012.
WATSON, J. D. A dupla hélice: como descobri a estrutura do DNA. Rio de
Janeiro: Zahar, 2014.
WATSON, J. D. et al. Biologia molecular do gene. 7. ed. Porto Alegre:
Artmed, 2015.
ZAHA, A.; FERREIRA, H. B.; PASSAGLIA, L. M. P. Biologia molecular básica.
5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014.
Referências
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