Introdução à Genética Molecular

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GENÉTICA E 
ATIVIDADE 
MOTORA
UNIDADE II
Introdução à 
Genética Molecular
Paula Moiana da Costa
Introdução à 
Genética Molecular
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Introdução
Nesta unidade, vamos compreender o funcionamento gênico e a herança um 
pouco mais a fundo, entrando nos cromossomos, alcançando os genes, sua 
estrutura de DNA, e todos os fatores que permitem que essa pequena molécula 
possa gerar um fenótipo visível, interacional e funcional e, ainda capaz de ser 
regulada por fatores ambientais.
Objetivos da Aprendizagem
Ao final do conteúdo, esperamos que você seja capaz de:
• Compreender a organização do genoma humano.
• Entender os processos que regulam a expressão gênica.
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Organização do Genoma Humano
O genoma humano possui cerca de 26 mil genes localizados nos cromossomos 
nucleares, e um genoma mitocondrial presente em um cromossomo circular com 
37 genes.
Nem todo o genoma humano, entretanto, é composto por genes. Existem porções 
associadas à regulação gênica, expressão de RNA, elementos transponíveis e toda 
uma variedade de sequências com diversas funcionalidades.
Estrutura do DNA
A estrutura da molécula de DNA (ácido desoxirribonucleico) é bastante simples. Ela 
é formada por diversas moléculas de açúcar desoxirribose e fosfato, ligados entre si 
por fortes ligações covalentes. Cada uma dessas moléculas de açúcar + fosfato faz 
ligação com uma base hidrogenada.
A configuração espacial do DNA é em forma de dupla hélice, na qual os dois filamentos 
ligam-se entre si por pontes de hidrogênio formadas entre as bases nitrogenadas das 
duas fitas. As bases nitrogenadas são adenina, timina, citosina e guanina.
Os dois filamentos de DNA ligados entre si formando uma dupla hélice são antiparalelos, 
ou seja, são moléculas dispostas de forma opostas. Enquanto uma delas possui uma 
extremidade com um grupo fosfato livre na posição 5’ do açúcar, a outra tem a uma 
hidroxila livre na posição 3’ do açúcar.
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Estrutura química da molécula de DNA
Adenina
Guanina
Timina
Citosina
Fonte: Freepik (2023).
#pratodosverem: a figura mostra a estrutura de duas fitas de DNA unidas entre 
si por pontes de hidrogênio entre as bases nitrogenadas.
As cadeias de DNA passam por diversos processos funcionais 
essenciais à vida. Esses processos fundamentam-se, 
principalmente, na ligação preferencial entre as bases nitrogenadas. 
A adenina (A) se liga com a timina (T), enquanto a guanina (G) se 
liga à citosina (C). Assim, se uma fita de DNA tem determinada 
sequência de bases nitrogenadas, sabemos que a outra certamente 
terá a sequência complementar, ou seja, que obedece às regras de 
ligações entre as bases nitrogenadas.
Atenção
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Duplicação, Transcrição e Tradução
Estudaremos agora, em detalhes, a duplicação, a transcrição e a tradução.
a. Duplicação
Quando há a necessidade de uma célula entrar em divisão celular, seu DNA se duplica. 
A duplicação do DNA se fundamenta na abertura das fitas e na cópia a partir da 
inserção de bases nitrogenadas de acordo com as ligações das bases nitrogenadas.
É a ligação entre as bases nitrogenadas que ligam as duas fitas de DNA. Essas ligações 
são pontes de hidrogênio – fáceis de serem rompidas. Se os processos funcionais 
do DNA envolvem o pareamento de bases, então é bastante útil que as duas fitas 
sejam unidas por ligações mais frágeis. Afinal, a própria abertura das fitas faz com 
que surjam modelos para produzir fitas iguais a elas. As fitas de DNA, após abertas, 
recebem o pareamento das bases na duplicação, que denominamos polimerização, 
mas perceba que não há a geração de uma dupla fita de DNA completamente nova. 
Como a duplicação se baseia no pareamento, o resultado é sempre duas duplas fitas, 
com uma fita nova e uma antiga em cada.
Dos cromossomos ao DNA
Fonte: Freepik (2023).
#pratodosverem: a figura mostra um cromossomo se desenvolvendo.
b. Transcrição
Os genes codificam proteínas, que são os blocos construtores fundamentais do 
nosso corpo. Um gene não codifica a cor dos olhos; ele codifica a melanina que será 
depositada nos olhos e, assim, a cor dos olhos surge.
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Como o DNA tem todas as informações para a produção dessas proteínas, ele é muito 
importante. Por isso, o maquinário celular se utiliza de uma forma indireta para essa 
expressão, com RNAs sendo enviados com a informação necessária.
O RNA (ácido ribonucleico) é extremamente parecido com o DNA, sendo a diferença 
estrutural fundamental, a ausência de uma hidroxila no açúcar, que o tornam ácido 
ribonucleico, ao invés do desoxirribonucleico do DNA, além da presença de uma 
uracila no lugar da timina. Entretanto, a uracila é extremamente semelhante à timina, 
e faz ligação com a Adenina da mesma forma.
Outra diferença é que é mais comum encontrarmos formas de RNA em fita simples, 
ou seja, sem outra fita acoplada a ele como ocorre no DNA. O DNA, em condições 
normais, está sempre em dupla hélice.
Isso não quer dizer que as bases nitrogenadas do RNA não sejam capazes de se ligarem 
a outras, formando pontes de hidrogênio. De fato, é justamente toda a semelhança 
com a estrutura do DNA e essa capacidade de pareamento que permite que o RNA 
realize suas funções.
Quando o organismo precisa da expressão de determinada proteína, portanto, ocorre 
o que chamamos de processo de transcrição. A transcrição nada mais é do que a 
abertura da fita do DNA e o pareamento para a formação de uma fita complementar, 
de forma semelhante ao que ocorre na duplicação.
Não é a fita toda de DNA que precisa ser transcrita todo o tempo. 
É apenas aquele segmento que possui o gene com a informação 
para a expressão da proteína necessária. 
Atenção
Esse RNA formado pela transcrição é o RNA mensageiro, ou mRNA. Esse mRNA viajará 
do núcleo, onde foi formado, para o citoplasma, e encontrará a maquinaria celular que 
traduzirá a informação que ele carrega em proteína.
Por isso, depois de ser formada a partir da transcrição, essa molécula de mRNA vai 
passar por um processo chamado de processamento do mRNA, no qual ele vai receber 
uma cauda Poli-A – ou seja, um filamento extra cheio de adeninas repetidas – na 
extremidade 3’, e um “capacete” feito de uma guanina metilada em sua extremidade 5’. 
Essas estruturas adicionais aumentam a estabilidade do mRNA, protegem de quebras 
por enzimas e permitem que ele atravesse a membrana plasmática e seja reconhecido 
pela maquinaria celular que realizará a tradução.
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c. Tradução
A tradução consiste na utilização da informação contida no DNA e trazida até o 
citoplasma pelo mRNA para a efetiva produção de proteínas, que comporão o fenótipo 
e trabalharão em diversos níveis do metabolismo celular, fisiológico e/ou responderão 
a estímulos ambientais.
O processo de tradução é realizado por uma maquinaria celular composta 
fundamentalmente de RNAs. Para a tradução, há dois tipos de RNAs essenciais: o 
RNA transportador e o RNA ribossômico.
O RNA transportador (tRNA) leva os polipeptídeos de acordo com a sequência 
informada pelo RNA mensageiro. O RNA ribossômico (rRNA) forma o ribossomo, uma 
organela que permite a organização do processo de tradução para que as informações 
levadas pelo mRNA sejam seguidas à risca ao máximo possível.
O processo de tradução, então, ocorre da seguinte maneira:
O mRNA chega ao citoplasma com a cópia da informação genética para a produção 
de uma dada proteína. Esse mRNA é reconhecido pelo ribossomo, e o reconhece, 
ocorrendo uma ligação.
O ribossomo tem uma estrutura tridimensional essencial para que ocorra esse 
processo. O ribossomo é formado por duas unidades: uma maior e uma menor. A 
subunidade menor contém os sítios de ligação para o mRNA. Na unidade maior, o 
ribossomo apresenta o sítio P e o sítio A. No sítio A, liga-se o tRNA inicializador, ou 
seja, o RNA transportador que consegue identificar que ali chegou um mRNA e que a 
tradução deve ser iniciada. Entrando e saindo por esses sítios, um tRNA vai passando 
para o outro o aminoácido que carrega, de acordo com a ordem descrita na fita de 
mRNA.Ao terminar, um tRNA estará carregando o novo polipeptídeo recém-formado.
Tanto a transcrição quanto a tradução ocorrem de forma 
amplificada. São inúmeros filamentos de mRNA transcritos a 
partir da mesma sequência de DNA, e inúmeros polipeptídeos 
traduzidos a partir de cada fita de mRNA por diversos 
ribossomos simultaneamente.
Atenção
Dos Genes às Proteínas
Chamamos o processo de transcrição até a proteína final de “expressão gênica”. 
A forma de codificação do DNA para a sequência de aminoácidos que comporá a 
proteína final é através da sequência de suas bases nitrogenadas. Algumas sequências 
indicam o início e o fim do gene, e outras indicam qual aminoácido deve ser inserido 
em qual ordem.
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Cada trinca de bases nitrogenadas indica um aminoácido. É assim que os tRNAs 
conseguem levar os aminoácidos corretos. Eles possuem uma trinca de bases em 
sua base que, se forem complementares ao do mRNA, se ligam e prosseguem no 
processo de tradução.
Perceba também que, ao descrevermos o processo de tradução, não nos referimos a 
proteínas nascentes, mas aos polipeptídeos. Isso porque uma proteína precisa passar 
por um processamento antes de se tornar de fato uma proteína funcional.
Um gene codifica a sequência de aminoácidos, que é um polipeptídeo, ou uma 
proteína em sua estrutura primária. Para atingir sua forma final, ocorre o dobramento 
em estrutura secundária e terciária, e algumas possuem uma estrutura quaternária, 
ligando-se a outras moléculas de proteína.
Do DNA à proteína 
Fonte: © kjpargeter, Freepik (2023).
#pratodosverem: na figura, há uma fita de DNA ao lado de uma figura masculina 
mostrando os músculos dissecados.
A própria estrutura de aminoácidos do polipeptídeo tem marcações 
que sinalizam o dobramento da cadeia para formar uma proteína 
final. Esse dobramento ocorre no retículo endoplasmático rugoso. 
Em seguida, a maioria das proteínas vai para o Complexo de Golgi, 
de onde serão enviadas para seu destino. 
Saiba mais
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Organelas celulares
Fonte: © kjpargeter, Freepik (2023).
#pratodosverem: a figura mostra uma célula cortada com suas organelas.
Regulação da Expressão Gênica
Nós não precisamos de todas as proteínas expressas continuamente. Para que nosso 
metabolismo e fisiologia funcionem, é necessário que as proteínas corretas sejam 
expressas na quantidade adequada e no momento necessário. Por isso, a expressão 
gênica é muito regulada. 
A ativação da expressão gênica ocorre quase sempre a partir 
da sinalização para iniciar a transcrição. No entanto, como o 
processo de expressão gênica tem várias fases essenciais 
para que ocorra, a interferência em qualquer uma das fases é 
capaz de inativar ou reduzir a expressão gênica.
Atenção
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Regulação Transcricional
A regulação transcricional é aquela que ocorre a nível de transcrição, ou seja, proteínas 
que sinalizam a necessidade de que a transcrição ocorra. A maior parte dos processos 
de regulação da expressão gênica ocorre nesse momento.
Nesse nível, é possível que haja a sinalização para uma transcrição basal ou para uma 
transcrição alta. Caso não seja mais necessária aquela expressão, outras proteínas 
sinalizam a interrupção da transcrição.
Regulação Pós-transcricional
Chamamos de regulação pós-transcricional toda a regulação da expressão gênica que 
ocorre após a transcrição:
Processamento do mRNA
Se o mRNA não for processado, ele não será transportado pela membrana nuclear; 
será provavelmente degradado no citoplasma e, caso consiga ainda assim chegar em 
um ribossomo, ele não será reconhecido.
Transporte do mRNA
O mRNA é ativamente transportado pela membrana nuclear, com o auxílio de 
proteínas chamadas chaperones. Algumas proteínas reguladoras são capazes de 
impedir que as chaperones reconheçam o mRNA, e, assim, o transporte não ocorre. 
Consequentemente, a expressão gênica é interrompida.
Reconhecimento do mRNA pelos ribossomos
Se uma proteína reguladora se ligar nos sítios em que os mRNA reconhecem os 
ribossomos, não ocorrerá a tradução.
Dobramento de proteínas
Como sabemos, após a formação da cadeia de aminoácidos no processo de tradução, 
as proteínas precisam passar por uma sequência de dobramentos no retículo 
endoplasmático rugoso para que elas possam ser funcionais. Proteínas reguladoras 
que interfiram nesse processo de dobramento impedem que haja a expressão final 
dessas proteínas.
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MicroRNAs
A regulação pós-transcricional por microRNAs, também chamados de RNAs de 
interferência (iRNA), é quase tão frequente quanto os processos de regulação 
transcricional. Trata-se de diversas pequenas sequências de RNAs em fita dupla. Essas 
fitas são abertas e se ligam de forma complementar a diversos mRNAs, interrompendo 
o processo de início da tradução.
Onde Processamento 
do mRNA
Transporte do 
mRNA
Reconhecimento 
do mRNA
Dobramento de 
proteínas MicroRNA
Como
Impede o 
reconhecimento 
do mRNA 
Impede o 
transporte 
através do 
núcleo
Impede os 
ribossomos de 
reconhecerem o 
mRNA
Impede 
funcionalidade 
das proteínas
Silencia 
mRNAs
Quadro com principais formas de regulação pós transcricional
Fonte: elaborado pela autora (2023).
#pratodosverem: quadro com as explicações das principais formas de regula-
ção pós-transcricional.
Epigenética
A epigenética é uma descoberta relativamente recente, bastante estudada atualmente. 
Trata-se de uma regulação a nível transcricional, mas completamente diferente de 
todas as demais conhecidas.
Aqui, sequências de DNA recebem a inserção de grupamentos químicos; mais 
frequentemente, o grupamento metil. Com a metilação dessas regiões do DNA, há a 
completa inativação dos processos transcricionais que poderiam ocorrer ali. 
O que há de mais fantástico na epigenética é que esses grupamentos metil são 
inseridos a partir de fatores ambientais, muitas vezes de forma direta, e são herdáveis. 
Isso amplia ainda mais a compreensão da interação do genótipo com o ambiente, 
modificando de forma muitas vezes profunda o fenótipo final.
Para saber mais sobre o assunto, acesse o link disponível aqui .
Saiba mais
https://comum.rcaap.pt/bitstream/10400.26/15321/1/Figueira_Patr%C3%ADcia.pdf
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Conclusão
A genética molecular explica os processos que ocorrem por trás dos fenômenos 
observados na genética clássica. Atualmente, os estudos na genética molecular têm 
sido cada vez mais conduzidos no sentido de compreender as formas de regulação 
da expressão gênica e, consequentemente, os mecanismos de interação do genótipo 
com o ambiente a nível molecular.
Referências
FIGUEIRA, P. Epigenética nutricional. Trabalho (Mestrado em Ciências Farmacêuticas) 
– Instituto Superior de Ciências da Saúde Egas Moniz, Almada, set. 2016. Disponível em: 
https://comum.rcaap.pt/bitstream/10400.26/15321/1/Figueira_Patr%C3%ADcia.pdf. 
Acesso em: 20 set. 2023. 
 https://comum.rcaap.pt/bitstream/10400.26/15321/1/Figueira_Patr%C3%ADcia.pdf
 https://comum.rcaap.pt/bitstream/10400.26/15321/1/Figueira_Patr%C3%ADcia.pdf