BONATO cap.1 7

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GENÉTICA – Maria Christina Manhães Bonato 1 
Índice 
 
Capítulo 1 
O fluxo de informação via moldes 
Os ácidos nucléicos. 
O dogma central e os moldes. 
Sintetizando DNA. 
Sintetizando proteína. 
Guia de estudos. 
Capítulo 2 
Leis da Genética 
As leis de Mendel 
Testando a Lei de Segregação 
Dominância Parcial 
Codominância 
Segregando Dois ou Mais Genes 
Testando a Lei de Segregação Independente 
Os genes encontram-se nos cromossomos 
Cromossomos SexuaisCromossomos 
SexuaisCromossomos Sexuais 
Ligação 
Guia de Estudos 
Capítulo 3 
Natureza do gene 
DNA é o material genético. 
RNA como material genético. 
Prion: uma partícula protéica infecciosa e 
hereditária 
Os genes governam a expressão das 
proteínas 
Guia de Estudos 
Capítulo 4 
Estrutura do DNA 
A molécula de DNA 
Difração de Raio X 
As razões de Chargaff 
Hélices antiparalelas 
Formas e tamanho do DNA 
Modos de duplicação 
Replicação semiconservativa 
Movimentação bidirecional 
Guia de estudos 
 
 
Capítulo 5 
Máquinas Replicadoras 
Replicação semi-descontínua 
Fragmentos de Okasaki 
Primers e primases 
Super-hélices 
Origens de replicação 
DNA polimerases 
Modos alternativos de replicação circular 
Replicação dos telômeros 
Guia de estudos 
Capítulo 6 
Transcrição em Bactérias 
Antecedentes históricos 
A síntese de proteínas ocorre no citoplasma 
Caracterização de um RNA instável 
Hibridização 
O RNA mensageiro é o intermediário 
Tipos de RNA 
Estruturas do RNA 
Unidade de Transcrição 
Fita molde 
Híbridos DNA/RNA na transcrição 
RNA polimerases 
RNA polimerase de E. coli 
Reconhecimento do promotor 
Iniciação da transcrição 
Alongamento do transcrito 
Terminação da transcrição 
Guia de Estudos 
Capítulo 7 
Peculiaridades da Transcrição em Archaea, 
Bacteria e Eukarya 
Organização dos genes em operons 
Processamento pós-transcricional 
Coroamento do terminal 5' (Capping) 
Poliadenilação do terminal 3' 
Montagem do mRNA (Splicing) 
Auto-Montagem (Auto-Splicing) 
Spliceossomo 
Genes interrompidos e a taxa de evolução 
Edição do RNA 
RNA polimerases de Eukarya e Archaea 
Transcrição basal em Eukarya 
Guia de Estudos 
GENÉTICA – Maria Christina Manhães Bonato 2 
Capítulo1 
O fluxo de informação via moldes 
Os ácidos nucléicos 
Toda a informação que uma célula necessita durante a sua vida e a de seus descendentes, 
está organizada em forma de código nas fitas dos ácidos nucléicos que constituem os 
armazenadores e transmissores de informação nos seres vivos. Esta informação traduzida em 
proteínas permite que a célula execute todo o trabalho necessário à sobrevivência do organismo. 
Existem dois tipos de ácidos nucléicos: ácido desoxirribonucléico ou DNA e ácido ribonucléico 
ou RNA. Ambos são polímeros lineares de nucleotídios conectados entre si via ligações covalentes 
denominadas ligações fosfodiéster. 
Os nucleotídios, unidades básicas dos ácidos nucléicos, são constituídos de: 
• uma base nitrogenada (anel heterocíclico de átomos de carbono e nitrogênio); 
• uma pentose (açúcar com cinco carbonos); 
• um grupo fosfato. 
As bases nitrogenadas são de dois tipos: púricas e pirimídicas. 
• Adenina (A) e Guanina (G) são purinas. 
• Timina (T), Citosina (C) e Uracil (U) são pirimidinas. 
As purinas são constituídas de dois anéis fundidos de 5 e 6 átomos e as pirimidinas de um 
único anel de 6 átomos. Apenas quatro tipos diferentes de bases são encontrados em um dado 
polímero de ácido nucléico. No DNA as bases constituintes são A, G, C, e T enquanto no RNA são 
A, G, C e U. Uracil e Timina são moléculas bastante relacionadas, diferindo apenas pelo grupo metila 
encontrado no átomo C5 do anel pirimídico da Timina (Figura 1.1) 
 
Dois tipos de pentoses são encontrados nos ácidos nucléicos: ribose e 2-desoxirribose (Figura 
1.2). Diferem uma da outra pela presença ou ausência do grupo hidroxila no C 2' da pentose. É 
baseado nesta característica que os ácidos nucléicos recebem o nome RNA (ribose) ou DNA 
(desoxirribose). 
Figura 1.1. Purinas e 
pirimidinas são bases 
nitrogenadas. Os números 
identificam a posição nos anéis 
heterocíclicos (mais de uma 
espécie de átomo). É a presença 
dos átomos de nitrogênio que dá a 
estas moléculas seu caráter 
básico. 
 
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A pentose é o elo de ligação entre a base e o grupo fosfato. De um lado, o Nitrogênio 9 das 
purinas ou o Nitrogênio 1 das pirimidinas liga-se ao C1' da pentose e, de outro lado, o grupo 
carboxila do átomo de C5' da pentose participa da ligação éster com o grupo fosfato. 
 
Mais de um grupo fosfato pode estar ligado à posição 5' do nucleotídio. As ligações de alta 
energia entre o primeiro (a) e o segundo (b) e entre o segundo (b) e o terceiro (g) grupos fosfato 
geram energia quando hidrolisadas. Os nucleosídios trifosfato 5' são precursores na síntese de 
ácidos nucléicos. 
Denomina-se nucleosídio à combinação da pentose com a base nitrogenada. Dependendo do 
número de fosfatos adicionados ao nucleosídio ele é denominado nucleosídio monofosfato, difosfato 
ou trifosfato. A nomenclatura dos monômeros dos ácidos nucléicos está descrita na Tabela 1.1. 
As diferenças entre RNA e DNA, todavia, não se restringem aos tipos de monômeros 
constituintes. Na maioria das vezes o DNA apresenta-se como uma longa hélice dupla com uma 
estrutura secundária regular e simples, enquanto os RNAs são, geralmente, moléculas de fita única 
bem menores que o DNA apresentando uma enorme diversidade de estruturas secundárias. Estas 
características estruturais estão relacionadas às funções destas duas macromoléculas na célula. 
 
Tabela 1.1. Nomenclatura dos monômeros dos ácidos nucléicos 
Base Nucleosídio Nucleotídio RNA DNA 
Adenina adenosina ácido adenílico AMP dAMP 
Guanina guanosina ácido guanílico GMP dGMP 
Citosina citidina ácido citidílico CMP dCMP 
Timina timidina ácido timidílico - dTMP 
Uracil uridina ácido uridílico UMP - 
A letra "d" é utilizada para indicar que o açúcar é a desoxirribose. 
 
A molécula de DNA é uma dupla hélice cujas cadeias estão unidas por pontes de hidrogênio 
estabelecidas entre purinas e pirimidinas complementares. Adenina sempre pareia com Timina (A = T) 
e Guanina com Citosina (G = C). O modelo de dupla hélice (Figura 1.3), proposto por Watson e Crick 
(1953a), pautava-se nas fotografias de difração de raio X das fibras de DNA feitas por Rosalind 
Franklin no laboratório de Maurice Wilkins (Cavendish Institute, Cambridge, UK)e nas razões entre 
as bases, descritas por Chargaff. 
 
Figura 1.2 Ribose e 2-desoxirribose. Os átomos de carbono 
são numerados como indicado. O grupo hidroxila está 
ausente no C2' da desoxirribose. É através do C1' que o 
açúcar conecta-se com a base nitrogenada. No DNA o 
açúcar é sempre uma desoxirribose e no RNA é sempre uma 
ribose. 
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A estabilidade e regularidade estrutural da molécula de DNA, deve-se principalmente ao fato 
dos anéis de desoxirribose não possuirem grupos hidroxila no C 2'. Os grupos hidroxila tanto do C2' 
como C3' são muito reativos e podem participar de uma série de ligações pouco usuais permitindo 
uma variedade enorme de conformações para a molécula de ácido nucléico. Tal variedade, não seria 
uma característica desejável para uma molécula que tem armazenado e transmitido a informação 
genética durante estes milhões de anos de evolução. O exercício de tal função exige estabilidade e 
regularidade. 
Já o RNA, constituído de riboses é, por isto mesmo, muito mais reativo e flexível. Além disto, o 
fato de ser fita simples permite um emparelhamento intramolecular de bases, gerando estruturas 
bastante complexas. Ao adquirir diferentes conformações numa estrutura tridimensional, as 
moléculas de RNA podem, inclusive, apresentar sítiosativos que catalisem reações químicas da 
mesma forma que as enzimas protéicas, nossas velhas conhecidas. 
As enzimas de RNA são denominadas ribozimas e apesar de exibirem função catalítica são 
menos versáteis que as enzimas protéicas, uma vez que possuem menos grupos funcionais. A 
existência de RNA catalítico foi demostrada por Thomas Cech (1984) quando estudava a remoção de 
introns nas moléculas precursoras de rRNA em Tetrahymena (um protozoário ciliado). 
É a grande flexibilidade dos RNAs que lhes permite executar uma atividade fundamental na 
célula, qual seja, a de interpretar o código contido na linguagem de nucleotídios e descodificá-lo para 
a linguagem de aminoácidos. A molécula de RNA é o intermediário no fluxo de informações dentro 
da célula, do DNA às proteínas. 
 
O dogma central e os moldes 
Desde meados da década de 50 já se pensava na hipótese do DNA constituir-se num molde para a 
síntese de moléculas de RNA, as quais, por sua vez, devido a sua mobilidade e flexibilidade acoplar-se-
iam aos ribossomos e dirigiriam a síntese de proteínas. Baseado neste raciocínio, Francis Crick propôs em 
1956 o dogma central da biologia, salientando o fluxo unidirecional da informação: do DNA à proteína. 
 
Figura 1.3. Modelo da dupla hélice de DNA. A 
orientação das duas fitas é antiparalela. As fitas 
são mantidas unidas por pontes de hidrogênio 
entre bases complementares as quais se 
posicionam perpendicularmente ao eixo açúcar-
fosfato de cada fita. Interações hidrofóbicas e de 
van der Waals contribuem para a estabilidade da 
hélice. Uma volta da hélice é constituída de 10 
nucleotídios (3,4 nm). Cada nucleotídio tem 0.34 
nm ou 3,4 Angstrons (Å). 
GENÉTICA – Maria Christina Manhães Bonato 5 
Para compreender este fluxo utilizamos a idéia de moldes. O DNA serviria de molde para a 
síntese de novas moléculas de DNA (duplicação) e, ao mesmo tempo, para a síntese de moléculas 
de RNA (transcrição). Por outro lado algumas destas moléculas de RNA, que denominamos RNA 
mensageiros (mRNA), poderiam servir de molde para a síntese de proteínas (tradução), que ocorre 
nos ribossomos. Nesta proposta, jamais as proteínas servem de molde à síntese de ácidos nucléicos 
ou de outras moléculas de proteína. Esta hipótese tem sido confirmada no decorrer de quase quatro 
décadas de pesquisa. 
A proposta original, todavia, foi ampliada nos últimos anos com a descoberta, em 1970, da enzima 
transcriptase reversa por Temin & Mizutani de um lado e, de outro, por Baltimore. Ficou, então, esclarecido, 
que é possível sintetizar DNA utilizando-se RNA como molde. Um pouco antes disto, por volta de 1965, 
Spiegelman & Haruna haviam demostrado que o RNA também podia servir de molde à síntese de outras 
moléculas de RNA. Isto foi possível graças ao isolamento da enzima replicase codificada por um vírus 
infeccioso cuja informação genética está contida numa molécula simples de RNA. 
Estes novos conhecimentos permitiram que o dogma central se ampliasse sem, contudo, perder 
a unidirecionalidade, ou seja, de ácido nucléico para proteína. 
 
 
Sintetizando DNA 
A síntese "in vivo" de uma molécula de ácido nucléico depende sempre da existência de um 
molde complementar e de máquinas protéicas específicas que adicionem os monômeros ao 
polímero nascente. Como funcionaria um molde? No caso dos ácidos nucléicos a 
complementaridade de bases permite facilmente a utilização de moldes. Esta complementaridade 
está baseada no fato de que é possível estabelecer pontes de hidrogênio entre G e C , A e T ou A e 
U, ou seja, purinas emparelham com pirimidinas (Figura 1.4). 
 
Figura 1.4. O pareamento entre bases complementares envolve a formação de duas pontes de hidrogênio entre 
A e T ou de três pontes de hidrogênio entre G e C. 
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A noção de complementaridade está claramente expressa nos parágrafos abaixo retirados da 
publicação feita por Watson e Crick em 1953 logo após a proposta do modelo da dupla hélice: 
... "If the actual order of the bases on one of the pairs of chains were given, one could write down the exact order of 
the bases on the other one, because of the specific pairing. Thus one chain is, as it were, the complement of the other, 
and it is this feature which suggests how the deoxyribonucleic acid molecule might duplicate itself. 
Previous discussions of self-duplication have usually involved the concept of a template, or mould. Either the template 
was supposed to copy itself directly or it was to produce a "negative", which in its turn was to act as a template and 
produce the original "positive" once again. In no case has it been explained in detail how it would do this in terms of atoms 
and molecules. Now our model for deoxyribonucleic acid is, in effect, a pair of templates, each of which is complementary 
to the other. We imagine that prior to duplication the hydrogen bonds are broken, and the two chains unwind and 
separate. Each chain then acts as a template for the formation onto itself of a new companion chain, so that eventually we 
shall have two pairs of chains, where we only had one before. Moreover, the sequence of the pairs of bases will have 
been duplicated exactly;" . 
No momento da polimerização, cada nucleosídio trifosfatado é adicionado à cadeia nascente, a 
qual está pareada com a fita molde. A adição de cada nucleotídio é feita através do estabelecimento 
de uma ligação éster entre a hidroxila terminal 3' da pentose e o grupo fosfato do nucleotídio 
ingressante. A energia armazenada no nucleosídio trifosfatado é utilizada pela polimerase para 
catalisar a reação que resulta na adição de um nucleosídio monofosfato à cadeia e conseqüente 
liberação de um pirofosfato que será posteriormente quebrado em íons fosfato por pirofosfatases 
(Figura 1.5). 
 
A nova molécula adicionada deixa sempre exposto um terminal 3'OH para receber o próximo 
nucleotídio. Assim, a posição 5' de uma pentose está conectada à posição 3' da próxima pentose, via 
um grupo fosfato. A cadeia, cuja espinha dorsal são as moléculas de açúcar-fosfato, cresce no sentido 
5' 3'. As bases nitrogenadas fixam-se perpendicularmente ao esqueleto açúcar-fosfato. Durante a 
síntese de DNA as enzimas envolvidas são DNA polimerases enquanto na síntese de RNA as enzimas 
envolvidas são RNA polimerases. Estas enzimas são máquinas protéicas, constituídas de várias 
subunidades que executam funções específicas durante os processos de polimerização. 
As polimerases são específicas para desoxirribonucleotídios ou ribonucleotídios. Sempre que 
tivermos uma seqüência de desoxirribonucleotídios 5' ATCGAAG 3' como molde, será sintetizada, 
com absoluta precisão, a seqüência da fita complementar 5'CTTCGAT 3', desde que a enzima 
catalisadora seja uma DNA polimerase ou então, a fita 5' CUUCGAU 3' se a enzima catalisadora for 
uma RNA polimerase. 
Em qualquer dos casos a adição de nucleotídios à cadeia nascente obedece a ordem da seqüência 
de nucleotídios na cadeia molde.É importante salientar que tanto no caso da síntese de DNA como de 
RNA as cadeias nascentes e o molde correm em direções opostas ou anti-paralelas (Figura 1.6). 
Figura 1.5. A síntese dos ácidos nucléicos 
ocorre com a adição de nucleotídios ao 
terminal 3'-OH da cadeia nascente de sorte 
que a síntese é sempre no sentido 5' 3'. O 
precursor da síntese é um nucleosídio 
trifosfatado que perde os fosfatos g e b, 
durante a durante a reação, na forma de 
pirofosfato (2 Pi). 
GENÉTICA – Maria Christina Manhães Bonato 7 
 
Sintetizando proteína 
A síntese "in vivo" de uma cadeia polipeptídica também depende de um molde: a molécula de 
mRNA. Denomina-se RNA mensageiro (mRNA), o RNA transcrito a partir de uma seqüência de DNA 
capaz de codificar uma proteína. Para que o RNA sirva de molde para a síntese de proteínas, é 
necessário um descodificador ou moléculaadaptadora capaz de "ler" o código genético. Esta molécula 
é um RNA especial, o RNA transportador (tRNA) cuja cadeia polinucleotídica de 75 a 85 nucleotídios 
apresenta uma estrutura secundária peculiar na forma de trevo, ilustrada na Figura 1.7. É interessante 
notar que há um pareamento interno entre as bases desta fita simples formando hastes que sustentam 
alças onde se encontram as seqüências de nucleotídios não emparelhadas. Alguns nucleotídios 
apresentam bases modificadas. A modificação das bases ocorre após a síntese do tRNA. 
 
Estas estruturas de haste e haste/alças são os braços da molécula: 
• Braço aceptor - haste que termina numa seqüência, não emparelhada, CCA 3'OH na qual se 
ligará o aminoácido específico deste tRNA. 
• Braço do anti-códon - encontrado na posição oposta do braço aceptor, contém uma trinca 
central de nucleotídios específica para cada tipo de tRNA a qual reconhece a trinca complementar no 
mRNA. A trinca do mRNA é denominada códon e a do tRNA é denominada anti-códon. 
Cada códon é uma trinca de nucleotídios que corresponde a um único tipo de aminoácido . 
Alguns códons não correspondem a nenhum aminoácido. Estes são chamados códons de 
terminação O códon AUG especifica metionina que geralmente inicia a síntese protéica (veja aqui o 
Código Genético). Tal sistema de descodificação permite que um mRNA seja utilizado como molde 
para a síntese de um polipeptídio. 
A ligação dos tRNAs ao seu aminoácido específico, depende da ação das enzimas aminoacil-
tRNA sintetases que ativam cada aminoácido ligando-o corretamente ao tRNA específico (Figura 
1.8). Do contato entre a enzima e o tRNA participam os braços do anti-códon e a haste D. Logo, 
numa dada célula devem existir, no mínimo, 20 tipos de aminoacil-tRNA sintetases. Todavia, como o 
código é degenerado este número pode subir para 40 ou 50. As aminoacil tRNA sintetases também 
são moléculas adaptadoras. 
Figura 1.6. Duplicação do DNA. Cada 
nucleotídio é adicionado utilizando-se a 
energia armazenada nas ligações fosfato 
dos nucleosídios trifosfatados. A cadeia 
molde e a cadeia nascente são anti-
paralelas. A síntese depende da 
especificidade do emparelhamento das 
bases. 
Figura 1.7 - A) Estrutura secundária de 
um tRNA. A posição do anti-códon e do 
braço aceptor de aminoácido estão 
indicadas. B) Estrutura tridimensional 
determinada por difração de Raio X. 
GENÉTICA – Maria Christina Manhães Bonato 8 
 
O "entendimento" do código genético requer, portanto, duas moléculas adaptadoras: as 
enzimas aminoacil-tRNA sintetases, que ligam um aminoácido particular ao seu tRNA 
correspondente e a molécula de tRNA propriamente dita que se liga ao códon apropriado no mRNA, 
através de pareamento com o anti-códon. 
O processo de síntese de polipeptídios usando como molde os mRNAs é denominado tradução 
e ocorre nos ribossomos em presença do mRNA, dos tRNAs carregados e de uma série de outros 
fatores acessórios e enzimas específicas utilizando energia proveniente da hidrólise do GTP. 
Os ribossomos são partículas compostas de duas subunidades. A subunidade grande (L, do 
inglês, Large) e a subunidade pequena (S, do inglês Small). Cada subunidade ribossômica é 
constituída de um conjunto específico de proteínas e de moléculas de RNA ribossômico (rRNA). 
 
 
 
 
 
 
Quando uma mensagem (mRNA) acopla-se à subunidade ribossômica pequena, juntamente 
com o tRNA iniciador (tRNAMet), está dado o passo inicial para a síntese da cadeia polipeptídica 
codificada no mRNA. Uma leitura cuidadosa desta mensagem será feita por tRNA sucessivos, 
carregando os aminoácidos adequados (Figura 1.9). Aqui, a molécula de mRNA será utilizada como 
molde para a construção do polipeptídio nascente. 
A reação fundamental no processo de síntese protéica é a formação da ligação peptídica entre 
o grupo carboxila no final da cadeia nascente e o grupo amino livre de um aminoácido 
ingressante.Logo, o sentido de síntese da cadeia polipeptídica é do terminal amino ao terminal 
carboxila colinear à leitura da mensagem a qual é sempre feita do terminal 5' para o terminal 3' da 
molécula de mRNA. 
Todos os processos delineados acima, tais como duplicação do DNA, transcrição e tradução, 
são executados por máquinas protéicas especializadas que poderão ser estudados com mais 
detalhes nos capítulos específicos. 
Figura 1.8 - A enzima aminoacil-tRNA sintetase 
acopla um aminoácido particular ao seu tRNA 
correspondente. O tRNA carregado dirige-se ao 
ribossomo onde, via complementaridade de bases, 
reconhecerá o códon apropriado no mRNA. O tRNA 
específico recebe a notação do aminoácido 
correspondente. 
Figura 1.9 - Mecanismo de adição de um único aminoácido à cadeia nascente de polipeptídio durante a 
tradução do mRNA. O aminoácido 6 carregado pelo seu respectivo tRNA está sendo adicionado. Os 
aminoácidos de 1 à 5 já fazem parte do polipeptídio. O tRNA vazio, de anti-códon CCC, complementar 
ao códon GGG (aa4) está abandonando o ribossomo. O sítio do ribossomo que recebe o tRNA carregado 
é denominado sítio A. O sítio onde se liga o tRNA carregando a cadeia polipeptídica (peptidil-tRNA) é 
denominado sítio P. 
GENÉTICA – Maria Christina Manhães Bonato 9 
GUIA DE ESTUDO 
Qual a característica do DNA que contribui para a enorme estabilidade e regularidade da 
molécula de DNA? 
Discuta o dogma central da biologia. 
Como a idéia de molde complementar se adequa à síntese dos ácidos nucléicos e à síntese 
de proteínas? 
Qual a função das aminoacil tRNA sintetases? 
Defina códon, anti-códon, mRNA, tRNA e rRNA. 
Compare as funções da transcriptase reversa, replicase e DNA polimerase. 
Aprenda a utilizar a tabela de Código Genético indicando a seqüência de aminoácidos 
correspondente ao mRNA abaixo: 
5' AUG CUG AAU CAA CGC GGC GAC GCU UCU UAC CCC UUU UAG 3'. 
Capítulo 2 
Leis da Genética 
As Leis de Mendel 
Desde o início do século já se sabia que unidades funcionais discretas, responsáveis pela 
hereditariedade, estavam localizadas nos cromossomos, dentro do núcleo de células eucarióticas. O 
comportamento dos cromossomos durante os estágios de divisão celular, mitose e meiose, 
mimetizava o comportamento destas unidades funcionais, indicando que os traços hereditários em 
eucariotos deveriam fazer parte dos cromossomos. Os traços hereditários podem ser definidos pela 
sua habilidade de passarem de uma geração a outra de maneira previsível. 
As regras básicas de transmissão de informação genética de uma geração a outra haviam sido 
estabelecidas por Gregor Johann Mendel, em 1866, com a publicação do artigo "Experiments in Plant 
Hybridization", pela Sociedade de História Natural de Brno (então, Brünn, Áustria). Todavia, a 
comunidade científica da época não foi capaz de absorver suas idéias que se opunham à noção 
generalizada de que a herança resultava de uma mistura difusa de substâncias, responsáveis por 
variações contínuas como as observadas em relação à altura, longevidade, etc. 
O que Mendel fez, essencialmente, foi cruzar plantas com características singulares distintas e 
observar a distribuição destas características nas gerações subseqüentes. Escolheu para estudo a 
ervilha de jardim Pisum sativum porque era fácil de cultivar; tinha ciclo de vida curto; a polinização da 
planta podia ser controlada; apresentava 7 características bem definidas: cor da flor (violeta ou 
branca); cor da semente (amarela ou verde); textura da semente (lisa ou rugosa); cor da vagem 
(amarela ou verde); forma da vagem (inflada ou com constrições); disposição das flores e vagens 
(axial ou terminal) e comprimento do caule (padrão ou anão). 
Mendel demonstrou que as diferentes características da ervilha eram controladas por fatores, 
os quais eram herdados como unidades discretas. Postulava que, num organismo diplóide (2n) como 
a ervilha, para cada característicaanalisada, dois fatores estariam envolvidos. P. ex., em relação à 
característica cor, as sementes da ervilha poderiam ser amarelas ou verdes, dependendo dos fatores 
GENÉTICA – Maria Christina Manhães Bonato 10 
presentes na planta e da interação entre eles. Se apenas os fatores que determinam a cor amarela 
estivessem presentes, a semente seria amarela. Se apenas os fatores que determinam a cor verde 
estivessem presentes, a semente seria verde. 
Atualmente, estes fatores são denominados genes e as formas alternativas existentes numa 
população recebem o nome de alelos. Durante a meiose, processo pelo qual são produzidas as células 
reprodutivas ou gametas (n), os alelos se separam (segregam) um do outro. Após o término do processo, 
os gametas produzidos possuem apenas um dos alelos para cada uma das características analisadas. 
As formas alélicas surgem numa população em decorrência de alterações ocorridas nos genes. A 
nova forma mutada pode ser herdada e assim se estabelecer na população. Em geral, o alelo mais 
frequente numa população é denominado selvagem e o alelo alterado é denominado mutante. 
Para realizar suas análises Mendel estabeleceu linhagens puras para cada uma das características 
que havia escolhido. Numa linhagem pura, quando a planta é auto polinizada, produz uma progênie 
idêntica a si própria, ou seja, com as mesmas características originais. Linhagens puras produzem 
apenas um tipo de gameta. Considere-se, por exemplo, a cor da semente. 
Numa linhagem pura de sementes amarelas todos os gametas produzidos conterão o alelo que 
determina a cor amarela e que será denominado A. Já a linhagem pura verde, só produzirá gametas 
contendo o alelo que determina a cor verde, denominado a. 
Aos atributos observáveis de um organismo, como cor, tamanho, forma, etc., denomina-se fenótipo. 
Ao conjunto de alelos que determinam tais aspectos fenotípicos, denomina-se genótipo. 
Quando Mendel cruzou linhagens parentais puras (P) de sementes amarelas, produtoras de 
gametas tipo A, com linhagens parentais puras de sementes verdes, produtoras de gametas tipo a, a 
primeira geração resultante, denominada geração F1, apresentava fenótipo amarelo e genótipo híbrido 
(Aa), pois resultava da fusão dos gametas A e a (Figura 2.1). 
O fato de todos os indivíduos F1 serem amarelos indicava que o alelo amarelo era completamente 
dominante sobre o verde. Em função disto, o alelo verde foi considerado recessivo, uma vez que só era 
notado na ausência do outro, ou seja, não se expressava no híbrido. 
 
Figura 2.1. Segregação dos alelos. 
Razões fenotípica e genotípica em F2. 
GENÉTICA – Maria Christina Manhães Bonato 11 
Quando os dois alelos são idênticos, isto é, genótipo AA ou aa dizemos que o indivíduo em 
questão é homozigoto para aquele gene. Quando os alelos são diferentes, genótipo Aa, dizemos que 
é heterozigoto. 
Portanto, cada planta contem um par de genes governando um traço fenotípico particular, 
sendo cada alelo proveniente de um dos pais e transmitido de geração à geração, como unidade 
individual, através dos gametas. 
Os diferentes tipos de gametas da geração F1 irão se combinar aleatoriamente produzindo, na 
geração F2, fenótipos amarelos e verdes, na proporção 3:1 e 3 tipos de genótipos, AA : Aa : aa, na 
proporção 1:2:1. 
A lei da segregação dos alelos constitui o primeiro princípio de Mendel. 
Testando a lei de segregação 
A forma mais simples de testar a hipótese de segregação dos fatores, proposta por Mendel, é 
proceder a uma auto-fertilização da geração F2, produzindo a geração F3. Pela regra da segregação 
seria possível predizer as freqüências das classes fenotípicas resultantes. 
A Figura 2.2 esquematiza os cruzamentos e as proporções de cada geração e representa o 
ponto central da proposta de Mendel sobre o comportamento dos alelos. 
 
 
 
 
Outra maneira de testar a hipótese de Mendel é efetuar o cruzamento teste (testcross). Este 
teste consiste em cruzar o organismo em questão com um homozigoto recessivo. Neste cruzamento 
Figura 2.2. Auto-fertilização de F2. 
 
GENÉTICA – Maria Christina Manhães Bonato 12 
o fenótipo da progênie será determinado pelos alelos do parental que não seja o homozigoto 
recessivo (Figura 2.3). Outro teste é o do retrocruzamento (backcross), onde o organismo em 
questão é cruzado com um dos parentais. Assim, algumas vezes, o cruzamento teste é um 
backcross. 
 
 
 
As principais conclusões tiradas por Mendel relativas a cruzamentos monohíbridos foram: 
 Para cada uma das características estudadas a ervilha contem dois determinantes 
hereditários (alelos); 
 Para cada par de alelos, os membros do par podem ser idênticos (AA ou aa) ou diferentes (Aa); 
 Cada célula reprodutiva (gameta) contem somente um dos alelos de cada par (A ou a); 
 Na formação dos gametas os alelos se separam de sorte que a probabilidade de se formar 
um gameta A é igual a de formar um a (1:1); 
 A união das células reprodutivas masculina e feminina é um processo aleatório que reúne os 
alelos em pares; 
 Duas plantas com o mesmo fenótipo podem diferir em seus genótipos; 
 Os híbridos da geração F1 só expressam a característica dominante; 
 Na geração F2 a característica recessiva reaparece. A razão dominante:recessivo é 3:1. 
Dominância parcial 
A dominância completa de um alelo sobre outro não é um fenômeno universal. Em alguns 
casos, o fenótipo que se observa no heterozigoto é diferente do fenótipo dos parentais, 
apresentando características intermediárias entre os homozigotos dominante e recessivo. Quando os 
alelos comportam-se desta maneira diz-se que ocorre dominância parcial ou incompleta. Um 
exemplo é a cor das pétalas das flores de Mirabilis jalapa. Quando linhagens puras de pétalas 
vermelhas são cruzadas com linhagens puras de pétalas brancas, a progênie em F1 apresenta 
pétalas rosas. Auto-cruzamento de F1 gera plantas com pétalas vermelhas, rosas e brancas na razão 
fenotípica 1:2:1 que corresponde à razão genotípica de 1:2:1 (Figura 2.4). 
 
Figura 2.3. 
Cruzamento teste 
Figura 2.4. Dominância parcial ou 
incompleta na herança da cor da pétala 
da flor em M. jalapa. Em F2 as 
proporções fenotípica e genotípica são 
idênticas: 1:2:1. 
GENÉTICA – Maria Christina Manhães Bonato 13 
Nas plantas com flores vermelhas os dois alelos presentes são funcionais e codificam uma 
enzima que participa da via metabólica para produção do pigmento vermelho. Nas plantas com flores 
brancas ambos alelos estão mutados e não há produção de pigmento, resultando em pétalas 
brancas. No heterozigoto apenas um alelo está funcional, de sorte que é produzido metade do 
pigmento encontrado nas plantas de pétalas vermelhas o que resulta em plantas com pétalas rosas. 
Dominância incompleta, em geral é observada quando o traço analisado pode ser medido numa 
escala contínua, como por exemplo, quantidade de enzima produzida, altura, peso, etc., diferente de 
uma condição tudo ou nada, como sementes lisas ou rugosas. 
Codominância 
Um outro caso de ausência de dominância completa é o de codominância. Neste caso, o 
fenótipo do heterozigoto não se encontra em algum ponto na faixa entre os dois fenótipos parentais, 
como no exemplo de dominância parcial. Na codominância, os dois alelos são funcionais e 
expressam-se simultaneamente. Este é o caso do grupo sangüíneo ABO no ser humano. Na 
população existem quatro tipos de fenótipos (A, B, AB e O), produzidos por três alelos: A, B, e O. 
Na superfície das células vermelhas do sangue (eritrócitos) são encontrados 
mucopolissacarídeos cujos açúcares terminais são modificados diferentemente em indivíduos A ou 
B, pela ação das enzimas codificadas, respectivamente, nos alelos IA ou IB (Figura 2.5). As enzimas 
que provocam estas modificações são galoctosiltransferases específicas.Em indivíduos do tipo O é produzida uma enzima não funcional, incapaz de modificar o 
substrato, de sorte que o alelo IO é recessivo aos alelos IA ou IB. Indivíduos do grupo sangüíneo AB 
produzem os dois tipos funcionais da enzima fazendo, portanto, os dois tipos de modificação no 
substrato, o que caracteriza o fenômeno de codominância. 
As estruturas A ou B expostas na superfície dos eritrócitos funcionam como antígenos. 
Antígenos são substâncias estranhas ao organismo, que induzem o sistema imune à produzir 
anticorpos. Os anticorpos são proteínas que se ligam aos antígenos inativando-os e/ou destruindo as 
células que os apresentam. 
Indivíduos tipo A produzem anticorpos contra indivíduos tipo B (anti-B) e indivíduos B, 
produzem anticorpos contra A (anti-A). Indivíduos O, que não produzem nem antígeno A nem 
antígeno B, produzem anticorpos anti-A e anti-B. Indivíduos AB, que produzem os dois tipos de 
antígenos, não produzem anti-A nem anti-B. 
Figura 2.5 Funções dos alelos IA, IB e IO. O alelo IA codifica a 
enzima a-3-N-acetil-D-galactosaminiltransferase que transfere 
acetilgalactosamina para a estrutura H. O alelo IB codifica a-3-N-
acetil-D-galactosiltransferase que transfere galactose para a 
estrutura H. O alelo IO codifica uma proteína não funcional, de sorte 
que a estrutura H não é modificada. 
GENÉTICA – Maria Christina Manhães Bonato 14 
Nas transfusões de sangue é necessário considerar os antígenos e anticorpos para evitar que 
se agreguem. Indivíduos com sangue tipo A produzirão anticorpos anti-B e, portanto, não podem 
receber sangue nem de B, nem de AB. Indivíduos tipo B produzirão anticorpos anti-A e, portanto, 
não podem receber sangue nem de A, nem de AB Indivíduos tipo O são doadores universais, porque 
não possuem antígenos, mas só podem receber sangue de indivíduos tipo O. Indivíduos AB só 
podem doar sangue para indivíduos AB mas são receptores universais (Tabela 2.1). 
 
Tabela 2.1. Tipos sangüíneos ABO 
Tipo Sangüíneo 
(correspondente ao tipo 
de antígeno) 
Anticorpos 
(no soro) Genótipo 
O Anti-A e Anti-B I
OIO 
A Anti-B IAIA ou IAIO 
B Anti-A IBIB ou IBIO 
AB nenhum IAIB 
 
O sistema ABO é um sistema de múltiplos alelos, ou seja, na população existem mais de dois 
tipos de alelos para o mesmo locus gênico. Os alelos IA e IB são dominantes sobre o alelo IO, mas 
codominantes entre si. Muitos outros exemplos de múltiplo alelismo existem na natureza. Na 
verdade, o alelismo múltiplo é a regra e não a exceção. Tais situações de múltiplos alelos na 
população são descritas como polimorfismo. 
 
Segregando dois ou mais genes 
Ao analisar o comportamento conjunto de duas características fenotípicas diferentes, p. ex., cor 
(verde ou amarela) e forma das sementes (lisa ou rugosa), Mendel observou que a segregação dos 
fatores que determinavam a cor era independente da segregação dos fatores que determinavam a 
forma (segregação independente). 
Neste caso a progênie F1, híbrida para duas características (diíbrida), apresentava o fenótipo 
liso, amarelo indicando que liso era dominante sobre o rugoso e que amarelo era dominante sobre 
verde. Quando Mendel auto fecundou F1 observou 4 tipos de fenótipos para as sementes nas 
seguintes proporções: 
 
 Esta distribuição refletia a segregação independente de cada uma das duas características, cor 
e forma da semente em F2: 9:3:3:1. Na Figura 2.6 está esquematizada, no quadrado de Punnet, a 
segregação dos pares de alelos que determinam cor (A, a) e forma (L, l) das sementes na geração 
F2. A combinação aleatória dos 4 tipos de gametas produzidos pela auto fecundação de F1 produzirá 
os zigotos da geração F2. 
Na construção do quadrado de Punnett assume-se que os 4 tipos de gametas são produzidos 
por cada pai em quantidades iguais e, portanto, cada categoria de descendente é igualmente 
provável. Como existem 16 categorias, a razão de cada uma é 1/16. Ao se agrupar os descendentes 
9/16 amarelo liso 
3/16 verde liso 
3/16 amarelo rugoso 
1/16 verde rugoso 
GENÉTICA – Maria Christina Manhães Bonato 15 
por fenótipos, observa-se a distribuição 9:3:3:1 citada acima. Isto ocorre porque a segregação dos 
alelos para estas duas características é independente uma da outra e existe dominância completa 
entre os alelos de um mesmo gene. 
A lei de segregação independente dos alelos de diferentes genes é o segundo princípio de 
Mendel. 
 
Testando a lei de segregação independente 
Realizando-se o cruzamento teste AaLl x aall, podemos predizer que serão gerados quatro 
tipos de fenótipos na proporção 1:1:1:1, correspondendo, justamente, à proporção 1:1 de uma par de 
alelos, multiplicada pela proporção 1:1 do outro par. 
Um bom exercício é calcular quantos tipos de gametas seriam produzidos, na geração F1, para 
o caso de 3 genes com segregação independente. 
Considere o cruzamento de AA BB CC com aa bb cc, gerando F1 Aa Bb Cc. Como os alelos de 
cada par se separam e os 3 genes são independentes, serão produzidos 8 tipos de gametas F1 os 
quais, ao se auto cruzarem podem produzir 64 (8 x 8) tipos de categorias entre os descendentes F2. 
Neste caso, a razão de cada categoria é 1/64 e o número de fenótipos diferentes na geração F2, 
no caso de dominância completa, será 8. Caso não haja dominância, as razões fenotípicas e 
genotípicas serão iguais (Tabela 2.2). 
Figura 2.6 Quadrado de 
Punnett da geração F2, 
mostrando o cruzamento entre 
linhagens heterozigotas para 
duas características (diíbridas): 
cor e forma das sementes. As 
letras A e L referem-se aos 
alelos dominantes os quais 
determinam, respectivamente, a 
cor amarela e a forma lisa. As 
letras a e l referem-se aos alelos 
recessivos os quais, em 
homozigose são responsáveis, 
respectivamente, pela cor verde 
e forma rugosa. 
GENÉTICA – Maria Christina Manhães Bonato 16 
 
Tabela 2.2 - Auto-fertilização multi híbrida (n = número de genes segregando 2 alelos 
cada) 
 
Monohíbrido 
n = 1 
Diíbrido 
n = 2 
Triíbrido 
n = 3 
Regr
a Geral 
Número de genótipos dos 
gametas F1 2 4 8 2
n
 
Proporção de homozigotos 
recessivos em F2 1/4 1/16 1/64 
(1/2)2
n
 
Número de tipos fenotípicos em 
F2 sob dominância completa 2 4 8 2
n
 
Numero de tipos fenotípicos em 
F2 sob dominância incompleta 3 9 27 3
n
 
Se bem que as regras que governam a transmissão de características de pais para filhos 
tenham sido definidas no trabalho de Mendel, suas idéias só passaram a ser aceitas cerca de 30 
anos mais tarde quando, em 1900, foram recolocadas por Correns, Tschermak & de Vries, num 
momento em que o desenvolvimento do conhecimento celular permitia a aceitação de suas 
propostas. Nesta época os cromossomos já haviam sido descobertos e muito se aprendera acerca 
dos movimentos cromossômicos durante o processo de divisão celular. 
Em 1903, Walter Sutton propõe a teoria cromossômica da herança sugerindo que os genes 
estavam localizados nos cromossomos, baseado na semelhança de comportamento entre a 
segregação dos alelos e a dos cromossomos durante a meiose. 
Os genes encontram-se nos cromossomos 
Em 1910 Thomas Hunt Morgan demonstra que os genes encontram-se nos cromossomos ao 
analisar o padrão de herança do olho branco na mosca de frutas Drosophila melanogaster. 
Na maioria da população o olho das moscas é vermelho e, portanto este é considerado o traço 
selvagem. Olho branco é mutante. Ao cruzar fêmeas selvagens (olho vermelho) com machos 
mutantes (olho branco), Morgan observou que na geração F1 todos os indivíduos apresentavam o 
fenótipo selvagem, o que demonstrava a recessividade do alelo para olho branco. Na geração F2, 
metade dos machos tinham olho vermelho e a outra metade olho branco. Todas as fêmeas tinham 
olho vermelho. De alguma forma esta característica estava ligada ao sexo, uma vez que somente 
entre os machossurgiram moscas de olho branco. 
Morgan, então, fez o retrocruzamento das fêmeas híbridas de F1 (olho vermelho) com os 
machos parentais (olho branco). Apareceram fêmeas de olho branco e vermelho assim como 
machos de olho branco e vermelho, na proporção 1:1:1:1, indicando que o fenótipo olho branco não 
era característico apenas dos machos. Ao realizar o cruzamento recíproco, isto é, fêmea de olho 
branco x macho de olho vermelho, Morgan verificou que todas as fêmeas da progênie tinham olho 
vermelho e todos os machos, olho branco, um resultado bastante diferente de seu recíproco (Figura 
2.7). 
 
GENÉTICA – Maria Christina Manhães Bonato 17 
Retrocruzamento 
 Cruzamento Recíproco 
 
 
Cromossomos sexuais 
Nos experimentos realizados por Mendel, não importava se o alelo mutante estava no macho 
ou na fêmea. Os cruzamentos recíprocos sempre davam o mesmo resultado. 
Com a cor do olho da Drosófila isto não aconteceu. Morgan percebe, então, que o alelo para a 
cor branca do olho deveria estar ligado ao cromossomo X, uma vez que este cromossomo é 
transmitido num padrão diferente entre machos e fêmeas: o macho (XY) só transmite seu 
cromossomo X para as filhas. A fêmea (XX) transmite o X para ambos os sexos. 
Os cromossomos X e Y constituem os cromossomos sexuais, distinguindo-se dos outros pares 
de cromossomos denominados autossomos. As características analisadas por Mendel encontravam-
se em autossomos. 
Na Figura 2.8 está esquematizada a interpretação que Morgan deu ao padrão de herança do 
olho branco. Os resultados indicavam que os alelos para cor do olho segregavam juntamente com o 
cromossomo sexual X e que o alelo vermelho era dominante sobre o alelo branco. 
CRUZAMENTO X+X+ x XwY 
 
X+ X+ 
Xw X+Xw X+Xw 
F1: todos os indivíduos tem fenótipo 
selvagem conferido pelo alelo + localizado no 
cromossomo X da fêmea. Y X+Y X+Y 
 
X+ Xw 
X+ X+X+ X+Xw 
F2: todas as fêmeas tem fenótipo 
selvagem. Metade dos machos é selvagem, 
metade é mutante Y X+Y XwY 
CRUZAMENTO RECÍPROCO XwXw x X+Y 
 
Xw Xw 
X+ X+Xw X+Xw 
F1: todas as fêmeas tem fenótipo 
selvagem conferido pelo alelo + localizado no 
cromossomo X do macho. Todos os machos 
tem fenótipo mutante conferido pelo alelo w 
localizados nos cromosssomos X da fêmea. 
Y XwY XwY 
 
X+ Xw 
Xw X+Xw XwXw 
F2: 50% das fêmeas tem fenótipo 
selvagem, 50% fenótipo mutante. 50% dos 
machos é selvagem, 50% é mutante Y X+Y XwY 
Figura 2.8 Padrão de herança do olho branco em Drosophila. 
Figura 2.7. Cruzamentos em Drosófila analisando a segregação do alelo para olho de cor 
branca. 
GENÉTICA – Maria Christina Manhães Bonato 18 
A partir do momento que se constatou que um gene ocupa uma posição no cromossomo, esta 
posição passou a ser denominada locus gênico. O cromossomo Y, homólogo parcial de X, não teria 
um locus equivalente para a cor de olho. Uma vez que os machos só possuem uma cópia do 
cromossomo X, não podem ser considerados nem homozigotos nem heterozigotos para o locus em 
questão. O termo hemizigoto é utilizado para genes ligados ao X nos machos. 
Nesta situação, uma única cópia do alelo recessivo determina o fenótipo, fenômeno 
denominado pseudo dominância. Genes que se encontram no cromossomo X são denominados 
genes ligados ao X. 
Um exemplo humano de padrão de herança ligada ao X é a hemofilia A, uma desordem severa 
de coagulação do sangue determinada por um alelo recessivo. 
Indivíduos afetados não produzem a proteína coagulante fator VIII e após ferimentos leves, sangram 
muito. 
Ligação 
Se os genes estão linearmente localizados nos cromossomos, então os alelos de diferentes 
genes, dispostos num dado cromossomo, sempre segregariam juntos, constituindo um grupo de 
ligação. Assim, a segregação independente da forma e da cor das sementes analisadas por Mendel, 
informa que estes loci estavam localizados em diferentes cromossomos ou grupos de ligação. Os 
pares de cromossomos que contem os mesmos loci gênicos são denominados cromossomos 
homólogos. 
Regra geral: somente genes localizados em diferentes cromossomos apresentam segregação 
independente; genes localizados no mesmo cromossomo tendem a segregar juntos. 
Todavia, a ligação não é completa. Isto porque, durante a meiose, quando os cromossomos 
homólogos pareiam, podem trocar partes entre si (recombinação), mesmo que seja numa freqüência 
baixa. Este processo implica em quebra e reunião de segmentos do DNA com a participação de um 
conjunto de proteínas especializadas nos processos de recombinação. Quando ocorre esta troca de 
segmentos entre homólogos, os alelos aí localizados passam a apresentar uma independência 
relativa, o que resulta no surgimento de recombinantes. 
Quanto maior a distância entre dois loci, maior a probabilidade de ocorrer quebra e reunião e 
maior a freqüência de recombinantes na população. 
Sturtvent utilizou-se deste fenômeno para localizar a posição relativa dos genes nos 4 
cromossomos de Drosophila, ou seja, para construir o mapa genético de Drosophila, demonstrando 
que os cromossomos são estruturas lineares não ramificadas. Atualmente, com a automatização do 
sequenciamento dos genomas, a posição dos genes nos cromossomos, determinada nesta época, 
tem sido geralmente confirmada. 
Apesar da posição dos genes nos cromossomos ser fixa, constituindo os grupos de ligação 
característicos de cada espécie, alguns elementos genéticos não possuem uma localização fixa, 
podendo mover-se de um local a outro genoma sem que isto implique em afetar a arquitetura dos 
cromossomos envolvidos. Quando estes elementos genéticos saltam de um ponto a outro, em geral, 
afetam o funcionamento dos genes no qual se inseriram, constituindo uma das causas importantes 
de variação entre genomas individuais. Este fenômeno foi inicialmente observado e analisado de 
1942-51, por Barbara McClintock, ao realizar análises genéticas do milho. Tais seqüências móveis são 
denominadas elementos transponíveis ou transposons. 
Apesar dos grandes avanços ocorridos no início do século, a natureza química dos fatores 
hereditários ainda não estava definida. Seriam proteínas ou ácidos nucleicos? 
GENÉTICA – Maria Christina Manhães Bonato 19 
Durante muito tempo acreditou-se que as proteínas seriam as depositárias da informação 
genética transmitida de geração à geração, baseado no fato de serem moléculas bastante 
complexas e de haver um número quase ilimitado de combinações possíveis com os 20 diferentes 
aminoácidos. Somente em 1944 foi demonstrado cabalmente por Avery, MacLeod & McCarty, que o 
material genético era o ácido desoxirribonucleico. Ainda foi necessário esperar quase 10 anos para 
que a estrutura desta molécula fosse finalmente desvendada por Watson & Crick (1953), com a 
colaboração fundamental de Rosalin Franklin e Maurice Wilkins. Portanto, mais de 80 anos se 
passaram desde a proposição de Mendel sobre as regras da hereditariedade até o conhecimento da 
molécula depositária da informação genética nos seres vivos do Planeta Terra. 
Guia de Estudo 
Para desenvolver linhagens puras de plantas de ervilha altas, um estudante cruzou duas 
plantas altas. Todos os 200 descendentes deste cruzamento (F1) eram altos. Na geração F2, todos 
eram altos, também. O estudante então, cruzou duas plantas altas de F2 e produziu a geração F3 
onde todos eram altos. Todavia, ao cruzar duas plantas altas de F3, produziu plantas anãs na 
geração F4. Isto não poderia ser encarado como mutação, porque uma proporção razoável da 
população era anã. Explique o que aconteceu e prediga que proporção da geração F4 era anã (de 
Zwicker, 1996). 
Defina dominância completa, parcial, pseudodominância e codominância. 
Mendel cruzou plantas altas de ervilha, com plantas anãs. A geração F1 era toda alta. Quando 
auto-cruzadas para produzirem a geração F2, obteve-se uma proporçãode 3:1 (altas:anãs). Dê os 
genótipos, fenótipos e proporções relativas da geração F3 resultante do auto-cruzamento de F2 (de 
Tamarin, 1996). 
Defina grupo de ligação. 
A cegueira para cor vermelha-verde (daltonismo), em humanos, é causada por alelos 
recessivos ligados ao X. 
Uma mulher daltônica casa-se com um homem que tem visão normal para cores. Que 
proporção de seus filhos e filhas espera-se que seja daltônica? 
Uma mulher normal para visão de cores, cujo pai era daltônico, casa-se com um homem 
normal. Que proporção de seus filhos e filhas espera-se que seja daltônica? 
Capítulo 3 
Natureza do gene 
O DNA é o material genético 
Trabalhando com Streptococcus pneumoniae, uma bactéria que causa pneumonia no ser 
humano mas é letal ao camundongos, Griffith mostrou, em 1928, que uma variante não patogênica 
da bactéria poderia transformar-se em patogênica desde que entrasse em contato com uma variante 
patogênica morta pelo calor. Portanto, as bactérias mortas liberavam algum fator no meio, capaz de 
transformar uma bactéria não patogênica em uma patogênica. 
Para demonstrar a transformação, Griffith utilizou duas linhagens de S. pneumoniae: uma 
patogênica que formava colônias lisas (S) em meio nutriente sólido e uma não patogênica que 
GENÉTICA – Maria Christina Manhães Bonato 20 
formava colônias rugosas (R). A linhagem S produz colônias lisas porque suas células são 
envolvidas por uma capa de polissacarídeo. Camundongos infectados com esta linhagem morrem. A 
linhagem R não tem efeito patogênico no camundongo porque suas células são rapidamente 
destruídas pelas células brancas do sangue, o mesmo não acontecendo com as células da linhagem 
S, protegidas pela capa de polissacarídeos. 
Quando células da linhagem S eram mortas pelo calor e depois inoculadas no camundongo, 
não causavam bacteremia (infecção bacteriana). Células vivas da linhagem R também não 
causavam bacteremia, pois esta linhagem não é patogênica. Porém, ao inocular no camundongo, 
células S mortas juntamente com células R vivas, os camundongos desenvolviam uma bacteremia 
idêntica àquela observada quando infectados com a linhagem S viva (Figura 3.1). 
 
 
 
 
 
 
 
Que componente da célula S morta teria sido responsável pela transformação ocorrida? O 
experimento de Griffith não respondeu esta questão mas demonstrou a possibilidade de 
transformação. 
Dezesseis anos mais tarde, Avery e colaboradores, analisaram o fenômeno de transformação in 
vitro, ou seja, observaram a variação de morfologia das colônias (lisa ou rugosa) em placas de Petri, 
sem inocular no camundongo e testaram a capacidade de diferentes macromoléculas transformarem 
células R em S. 
Demonstraram, então, que a capacidade transformante das células S mortas seria perdida se o 
extrato fosse tratado com enzimas que destruíssem o DNA (DNases). Para realizar este ensaio, 
preparam um extrato de células S mortas e separaram as diferentes classes de moléculas existentes 
no extrato: DNA, RNA, proteínas, polissacarídeos e lipídios. A seguir, testaram a capacidade 
transformante de cada uma delas separadamente (Figura 3.2). 
 
Figura 3.1. Experimento de Griffith com linhagens 
patogênicas (S) e não patogênicas (R) de S. pneumoniae 
inoculadas em camundongo. 
GENÉTICA – Maria Christina Manhães Bonato 21 
 
 
 
 
 
 
 
 
Estes testes demonstraram que os polissacarídeos não transformavam as células rugosas, 
apesar da capa de polissacarídeos estar envolvida na patogenicidade. Proteínas, lipídios ou RNA, 
também não possuíam capacidade transformante. Somente o DNA induzia a transformação das 
células R. Como contra prova, o extrato bruto foi colocado em presença de enzimas degradativas. 
Os extratos das células S mantinham sua capacidade transformante após tratamento com enzimas 
que degradavam proteínas, lipídios, polissacarídeos ou RNA. Todavia, quando tratavam o extrato 
das células S com DNAses, o extrato perdia sua capacidade transformante, ou seja não 
transformava mais células R em células S, uma vez que não mais apareciam colônias lisas. 
Desta forma foi possível deduzir que o DNA era o agente responsável pelo desenvolvimento da 
capa de polissacarídeos e pela patogenicidade a ela associada. 
Assim, o fenômeno de transformação refere-se à alteração genética de uma célula provocada 
pela incorporação e expressão de DNA estranho à célula. O trabalho de Avery, MacLeod e McCarty 
(1944) foi a primeira evidência experimental de que o DNA era o material genético: o DNA 
transformava células tipo R em células tipo S. 
Posteriormente,Hershey & Chase(1952) trabalhando com o bacteriófago T2, demonstraram o papel 
do DNA na produção de novos fagos durante o processo infeccioso. Uma vez que os fagos são 
estruturas muito simples, constituindo-se basicamente de uma capa protéica envolvendo uma 
molécula de ácido nucléico, os pesquisadores aproveitaram-se disto marcando radiativamente os 
componentes protéico ou nucléico e medindo a radiatividade intra e extra celular após infecção das 
bactérias Escherichia coli pelos fagos marcados (Figura 3.3). Este experimento apenas corroborou 
os dados iniciais de Avery et al. (1944) ao demontrar que, também em vírus, o DNA, e não as 
proteínas, era o material genético. 
 
Figura 3.2.Transformação de células R em S com moléculas de 
DNA isoladas de extrato de células S demonstrando que o DNA é o 
material genético. Os outros componentes celulares testados não 
transformaram células R em células S. 
 
GENÉTICA – Maria Christina Manhães Bonato 22 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Atualmente, o desenvolvimento científico e tecnológico tem permitido a incorporação e 
expressão de DNA estrangeiro em diferentes organismos. Bactérias podem expressar genes típicos 
de eucariotos como os que codificam o fator VIII de coagulação do sangue ou a insulina e cuja 
produção em grande escala é de enorme interesse à medicina. 
Quando células eucarióticas são transformadas o processo é denominado transfecção porque o 
termo transformação já era utilizado para significar crescimento canceroso. Os eucariotos (animais 
ou plantas) que incorporam DNA estrangeiro na linhagem germinativa são denominados 
transgênicos. 
Na Figura 3.4A, um experimento realizado em 1982 por Palmiter, Brinster e colaboradores, 
mostra um camundongo transgênico que recebeu e expressou o gene que codifica hormônio de 
crescimento de rato, ao lado de um camundongo não transgênico. Na Figura 3.4B, Wood (1989) 
transfecta uma planta de fumo (tabaco) com o gene da luciferase de vaga-lume. 
A luciferase catalisa a oxidação ATP-dependente de luciferina, o que leva a emissão de luz. Se 
as plantas transfectadas forem aguadas com luciferina elas se tornam luminescentes. Tanto o 
camundongo como a planta receberam DNA exógeno que se incorporou e se expressou provocando 
alteração fenotípica no organismo transgênico. 
Assim, atualmente, a demonstração de que os ácidos nucléicos são os armazenadores da 
informação genética é facilmente verificada nos experimentos de transferência de genes de um para 
outro organismo, mesmo entre indivíduos tão díspares quanto uma planta de fumo e um vagalume 
ou uma bactéria e o ser humano. 
 
Figura 3.3.Experimento de Hershey & Chase usando 
bacteriófago T2 marcado com 32P ou 35S. Uma vez que 
grande parte do 35S será incorporado em proteínas (cisteína, 
metionina), as novas partículas fágicas terão sua capa 
protéica marcada. Quando estas partículas infectam 
bactérias E. coli não marcadas, então a marcação 35S é 
detectada praticamente apenas no meio extracelular. Por 
outro lado, como grande parte do 32P é incorporado nos 
ácidos nucleicos, as novas partículas fágicas tem DNA 
marcado. Ao infectarem E. coli não marcada, a marcação 32P 
é encontrada intracelularmente e emuma fração das novas 
partículas fágicas recém montadas. 
GENÉTICA – Maria Christina Manhães Bonato 23 
 
 
 
O RNA como material genético 
 
Em alguns vírus, o RNA é o material genético. Este é o caso do vírus TMV (do inglês, Tobacco 
Mosaic Virus) que infeta as plantas de fumo e é constituído de uma única molécula de RNA 
empacotada numa estrutura helicoidal formada por milhares de cópias de um único tipo de proteína. 
Em 1955, Fraenkel-Conrat & Williams mostraram que os componentes protéicos e nucléicos do 
vírus podiam ser separados in vitro e a partícula reconstituída com os componentes trocados. 
Valendo-se disto, Fraenkel-Conrat & Singer (1957) reconstituíram partículas virais a partir de duas 
linhagens diferentes. Quando as partículas reconstituídas infectavam uma planta, as novas 
partículas fágicas apresentavam a capa de proteína do tipo originalmente associado ao RNA (Figura 
3.5) demonstrando que o RNA e não a proteína era o material genético. 
 
 
As evidências acima mostram que o DNA é o material genético e que, em alguns vírus, o RNA é o 
material genético. 
 
Prion: uma partícula protéica infecciosa e hereditária 
Todos os exemplos de infecção, seja de bactérias, fagos, fungos ou parasitas, dependem da 
existência de uma molécula de ácido nucléico. Existe porém, um tipo de doença infecciosa cujo 
agente infeccioso é uma proteína, sem participação de DNA ou RNA. Além disto esta doença 
Figura 3.4.Organismos transgênicos. 
A) camundongo transfectado com o gene para 
hormônio de crescimento de rato. 
B) planta de tabaco transfectada com o gene para 
luciferase de vagalume 
Figura 3.5. TMV, vírus do 
mosaico de tabaco. A 
informação genética está 
codificada numa molécula 
de RNA. 
GENÉTICA – Maria Christina Manhães Bonato 24 
também apresenta caráter hereditário sendo transmitida de geração à geração como traço 
autossômico dominante. Este tipo de doença, com formas diferentes de manifestação nos seres 
humanos e animais, é fatal. A partícula protéica infecciosa, é denominada Prion. 
A proteína infecciosa tem uma conformação diferente da proteína celular normal. A forma 
normal, denominada PrP c, é encontrada, predominantemente, na superfície dos neurônios, ligada a 
uma âncora fosfolipídica glicoinositol; é sensível à proteases e possivelmente, está envolvida em 
funções sinápticas. A proteína infectiva, denominada PrP Sc, encontra-se na forma de agregados no 
sistema endossomo-lisossomo, caracterizando-se pela alta resistência à temperaturas elevadas e à 
ação de proteases. Na estrutura da proteína normal prevalecem alfa-hélices (42%), quase sem 
lâminas beta. Na estrutura da proteína infecciosa prevalecem lâminas beta (43%), com 30% de alfa-
hélices. 
As doenças causadas por prion resultam em desordens degenerativas do sistema nervoso 
central, conhecidas como encefalopatias espongiformes transmissíveis TSE, do inglês, 
Transmissible Spongiform Encephalopaties). Caracterizam-se pela perda de controle motor, 
demência, paralisia e finalmente a morte, geralmente antecedida por pneumonia. Os prions afetam 
diferentes regiões do cérebro. A morte das células nervosas infectadas dá ao cérebro a aparência de 
uma esponja, daí o nome genérico da doença, encefalopatia espongiforme. Os sintomas de cada 
tipo de doença dependem da região do cérebro que foi afetada. 
No ser humano, o prion pode causar doenças como Creutzfeldt-Jakob (CJD), Síndrome de 
Gerstmann-Straussler-Scheinker (GSS), Insônia Familiar Fatal (FFI), Kuru e Síndrome de Alpers. Em 
carneiros, o prion causa uma doença denominada scrapie e no gado, a encefalopatia bovina 
espongiforme, BSE (do inglês Bovine Spongiform Encephalopatie), recentemente referida como a 
doença da vaca louca. As TSE desenvolvem-se muito vagarosamente e podem surgir, 
possivelmente, via: 
transmissão horizontal: p. ex., do carneiro para a vaca; da vaca para o homem ou do homem 
para o homem, através da dieta ou procedimentos médicos; 
transmissão vertical (hereditária): uma mutação no gene PrP é transmitida de pais para filhos, 
como um caráter autossômico dominante; 
surgimento espontâneo: a proteína muda da conformação não infecciosa para a infecciosa. 
A idéia de que o agente infeccioso responsável por esta doença era uma proteína foi aventada 
pela primeira vez em 1966, por Tikvah Alper, ao observar que a radiação ultra-violeta, capaz de 
destruir ácidos nucleicos, não destruía a infectividade do scrapie. 
Em 1967 J. S. Griffith propôs que a infectividade do scrapie poderia ser resultante de uma 
conformação alterada da proteína normal. 
Estas idéias só foram desenvolvidas alguns anos mais tarde por Stanley Prusiner que se propôs, 
juntamente com vários colaboradores, a explicar como uma proteína é capaz de transmitir uma 
doença quando ingerida. S. Prusiner, que recebeu o Prêmio Nobel de Fisiologia e Medicina em 1997 
por sua contribuição no estudo das doenças provocadas por prions, sugeriu que a proteína 
infecciosa reconhecia a proteína normal e induzia uma modificação conformacional nesta proteína 
tornando-a também infecciosa. Portanto, somente indivíduos que produzam a forma normal da 
proteína (PrPc) podem ser infectados, pois a propagação da PrPSc depende da presença da PrPc. 
GENÉTICA – Maria Christina Manhães Bonato 25 
As proteínas com conformação alterada agregam-se formando longos filamentos que se 
depositam em organelas citoplasmáticas provocando danos ao tecido nervoso e finalmente, a morte 
do indivíduo. A real função das formas normais desta proteína ainda não está totalmente 
esclarecida. As estruturas dos prions podem ser visualizadas nos sites indicados abaixo. 
Os genes governam a expressão das proteínas 
Como os genes controlam as características fenotípicas dos organismos? 
A primeira sugestão à respeito foi feita pelo médico Archibald Garrod (1909), em seu trabalho 
sobre erros inatos do metabolismo, ao estabelecer uma conexão entre genes e enzimas. Garrod 
estudava uma desordem metabólica benigna denominada alkaptonúria que provoca artrite 
tardiamente no adulto mas que pode ser detectada desde o nascimento, pela cor escura da urina 
exposta ao ar, particularmente após ingestão de alimentos ricos em fenilalanina ou tirosina. 
Num estudo familiar demonstrou que esta desordem resultava de um traço recessivo herdado 
no padrão mendeliano e que a cor escura da urina decorria da alta concentração, nos indivíduos 
afetados, de ácido homogentísico, que escurece ao ser oxidado. Concluiu que os afetados não 
possuíam uma enzima capaz de metabolizar esta substância resultando em interrupção da via 
metabólica e, conseqüentemente, acúmulo de ácido homogentísico (Figura 3.7). 
 
Figura 3.7. Via metabólica de degradação da fenilalanina. A ausência da enzima 
homogentisato desoxigenase interrompe a via, provocando acúmulo de ácido homogentísico 
que é excretado na urina. 
Em 1941, três décadas após a publicação de Garrod, George Beadle & Edward Tatum, 
trabalhando com esporos do fungo filamentoso Neurospora crassa, mostram, novamente, existir 
correlação entre uma mutação e a ausência de uma atividade enzimática específica. O intenso 
trabalho destes pesquisadores utilizando mutantes para desvendar os passos das vias metabólicas 
de um organismo une, naquele momento, os campos da Genética e da Bioquímica. 
Esporos selvagens de Neurospora podem crescer muito bem em um meio mínimo, ou seja, em 
um meio onde as únicas fontes de carbono e nitrogênio são glicose e amônia e que contem ainda 
alguns sais e ácidos orgânicos além da vitamina biotina. Isto significa que as células de Neurospora 
possuem informação genética para sintetizar todos os aminoácidos, bases, vitaminas e tantas outras 
biomoléculas necessárias a sua sobrevivência. 
Ao tratar uma população selvagem de Neurospora com radiação X, Beadle & Tatum 
conseguiram isolaruma série de indivíduos que haviam perdido a capacidade de crescer em meio 
mínimo. Analisaram, então, qual a deficiência destes mutantes, complementando o meio mínimo 
com aminoácidos, bases ou vitaminas. Localizaram, desta forma, grupos de indivíduos que 
necessitavam, p. ex., de arginina para crescer, ou seja, que haviam perdido a capacidade de 
sintetizar arginina. Mutantes que requerem a adição de um nutriente específico ao meio de 
Fenilalanina 
 
Tirosina 
 
Hidroxifenil 
Piruvato 
 .. 
Fenilalanina 
Hidroxilase 
Tirosina 
Aminotransferase 
Hydroxifenilpiruvato 
Desoxigenase 
 
Ácido 
Homogentísico 
 
 
Homogentisato desoxigenase 
 CO2 + H2O 
GENÉTICA – Maria Christina Manhães Bonato 26 
crescimento são denominados auxotróficos e apresentam deficiência enzimática em algum passo da 
via biossintética daquela substância. 
Utilizando o grupo de mutantes deficientes em arginina, Beadle & Tatum puderam deduzir qual 
a via metabólica para síntese de arginina. Inicialmente, através de cruzamentos entre os diversos 
mutantes obtidos, para arginina, identificaram 3 loci gênicos localizados em cromossomos diferentes: 
arg-1, arg-2, arg-3. Como sabiam a estrutura da molécula de arginina, podiam inferir que tipos de 
moléculas teriam sido seus precursores, tais como citrulina e ornitina. Quando ornitina era colocada 
no meio, somente o mutante arg-1 crescia. Na presença de citrulina, os mutantes arg-1 e arg-2 
cresciam. O mutante arg-3 só crescia na presença de arginina (Tabela 3.3). 
 
 
Ornitina Citrulina Arginina 
arg-1 + + + 
arg-2 - + + 
arg-3 - - + 
Tabela 3.3. Crescimento de mutantes arg em meio mínimo suplementado com ornitina, citrulina ou arginina. 
Isto indicava uma hierarquia de eventos. Como o mutante arg-3 não consegue sintetizar 
arginina na presença de nenhum dos dois precursores, deve apresentar uma mutação na enzima 
que transforma um precurssor (ornitina ou citulina), em arginina. Já o mutante arg-2 que consegue 
sintetizar arginina na presença de citrulina, mas não de ornitina, indica que a citrulina é o precursor 
imediato da arginina e tem uma deficiência no passo da via que converte ornitina em citrulina. O 
mutante arg-1 capaz de sintetizar arginina em presença tanto de ornitina como citrulina, seria 
deficiente num passo anterior, que convertesse uma molécula precursora em ornitina. 
Cada um destes passos é catalisado por enzimas específicas. Uma mutação em um dado gene 
interfere na produção de uma dada enzima. A deficiência na enzima provoca um bloqueio na via 
metabólica. O bloqueio pode ser superado se suprirmos as células com o composto que seria 
formado se não ocorresse o bloqueio. 
O modelo proposto por Beadle e Tatum ficou conhecido como a hipótese um gene - uma 
enzima e lhes valeu o prêmio Nobel de Fisiologia e Medicina, em 1958, juntamente com Joshua 
Lederberg. Mostravam que os genes eram responsáveis pelas funções enzimáticas e que cada gene 
controlava uma enzima específica. 
Posteriormente, com o avanço do conhecimento acerca do que seriam os genes, a hipótese um 
gene - uma enzima mostrou-se pouco abrangente, na medida em que restringia a definição de gene 
à de uma atividade enzimática. 
Atualmente podemos considerar o gene como qualquer segmento de DNA utilizado como 
molde para síntese de um RNA funcional. 
 
Guia de Estudo 
 Como foi demonstrado que o DNA é o material genético? 
 Compare as conclusões tiradas a partir do experimento de Griffth com aquelas tiradas a partir do 
experimento de Avery et al. 
 Como foi demonstrado que o RNA, em alguns casos, poderia ser o material genético? 
 O que são prions? Como funcionam? 
 O que são mutantes auxotróficos? 
GENÉTICA – Maria Christina Manhães Bonato 27 
 Porque indivíduos com alkaptonúria 
apresentam a urina escura? 
 O que significa a hipótese, um gene-uma 
enzima? 
 Qual a função da luciferase? 
 Como os prions estão relacionados com o 
Dogma Central da Biologia? 
 Relate a evolução do conceito de gene. 
 Uma geneticista estudando a via de síntese da fenilalanina em Neurospora isolou vários mutantes 
que requeriam fenilalanina para crescer. Ela testou o crescimento de cada um dos tres mutantes em 
meios de cultivo diferentes, contendo cada uma das substâncias que poderiam fazer parte desta via 
metabólica (tabela abaixo). O sinal + indica crescimento e o sinal - indica ausência de crescimento. 
Em que posição da via se encontra cada uma das substâncias testadas? 
 
 
Capítulo 4 
Estrutura do DNA 
A molécula de DNA 
 
Em 1953, Watson & Crick propuseram que a molécula de DNA era constituída de uma dupla 
hélice de cadeias polinucleotídicas antiparalelas interconectadas pela energia cooperativa de muitas 
pontes de hidrogênio que se estabeleciam entre bases complementares, púricas e pirimídicas, dos 
nucleotídios. Em seu modêlo, as bases projetavam-se para o interior da hélice a partir dos 
esqueletos externos de açucar-fosfato (Figura 4.1). 
 
 
 
A proposta da dupla hélice baseava-se em tres pontos: 
 na natureza química dos componentes do DNA (desoxirribonucleotídios); 
 nos dados de difração de Raio X coletados por Rosalind Franklin & Maurice Wilkins; 
 nas relações entre as bases, estabelecidas por Erwin Chargaff. 
 Substância 
Linhagem Fenilpiruvato Prefenato Corismato Fenilalanina 
Selvagem + + + + 
Mutante 1 - - - + 
Mutante 2 + + - + 
Mutante 3 + - - + 
Figura 4.1. A dupla hélice. O diâmetro 
constante de 20Å da dupla hélice é 
decorrente do emparelhamento de uma base 
púrica com uma pirimídica. Cada volta 
completa da hélice engloba cerca de 10 
nucleotídios, com comprimento de 34 Å. 
GENÉTICA – Maria Christina Manhães Bonato 28 
 
Com estas informações disponíveis, Watson & Crick construíram modelos moleculares, 
confeccionados em arame, na tentativa de encontrar aquele que se adequasse aos dados de 
difração de Raio X, à complementaridade de bases e a estrutura química de cada base. 
Difração de Raio X 
 
Para analisar a estrutura do DNA, R. Franklin, no laboratório de M. Wilkins, utilizava o método 
de difração de Raio-X. Em um cristal as moléculas estão arranjadas ordenadamente. Assim, quando 
um feixe de Raio-X atinge um cristal, espalha-se ordenadamente de acordo com um padrão que 
reflete a estrutura do cristal. A imagem do padrão de espalhamento é fixada em um filme fotográfico 
impressionado pelos Raios-X. 
Na Figura 4.2, o padrão de espalhamento do feixe de Raio-X atravessando um cristal de DNA 
indica que: 
a molécula é uma hélice (padrão em cruz no centro) 
as bases (áreas escuras) dispõem-se perpendicularmente ao eixo principal da molécula. 
 
 
As Razões de Chargaff 
Erwin Chargaff (1950) desenvolveu uma técnica para medir a quantidade de cada tipo de base 
presente no DNA de diferentes espécies. Seus dados mostraram que a quantidade relativa de um 
dado nucleotídio podia ser diferente entre as espécies, mas sempre, a quantidade de adenina era 
igual a de timina e a quantidade de guanina era igual a de citosina. 
Em todos os organismos estudados verificava-se a razão 1:1 entre bases púricas e pirimídicas: 
A + G = T + C. Todavia, a quantidade relativa de cada par AT ou GC podia variar bastante de 
organismo para organismo, de sorte que a razão A+T/G+C era característica da espécie analisada 
(Tabela 4.1). Estas relações entre as bases são, atualmente, denominadas Razões de Chargaff. 
Tabela 4.1. Bases de DNA de diversas origens 
Figura 4.2. Imagem produzida por um feixe de Raio X 
atravessando um cristal de DNA (Franklin & Gosling, 
1953). 
GENÉTICA – Maria Christina Manhães Bonato 29 
Organismo Adenina Timina Guanina Citocina A+T/G+C 
EcoliK12 26 23,9 24,9 25,2 1,0 
Sreptococcus pneumoniae 29,8 31,6 20,5 18 1,59 
Mycobacterium tuberculosis15,1 14,6 34,9 35,4 0,42 
Leveduras 31,3 32,9 18,7 17,1 1,79 
Homo sapiens 30,3 30,3 19,5 19,9 1,53 
Methanococcus jannaschii 34,4 34,1 15,5 15,8 2,18 
Archaeoglobus fulgidus 25,8 25,6 24,2 24,3 1,05 
 
 
Hélices antiparalelas 
 
Qual a estrutura possível? 
Os dados de difração mostravam que o diâmetro da hélice, cerca de 20 Å, mantinha-se 
constante em toda sua extensão. Isto só seria possível se purinas sempre emparelhassem com 
pirimidinas. Duas purinas emparelhadas aumentariam o diâmetro enquanto duas pirimidinas 
emparelhadas diminuiriam o diâmetro da hélice. Adenina e Timina podiam estabelecer facilmente 
duas pontes de hidrogênio entre si, da mesma forma que Guanina e Citosina podiam estabelecer 
facilmente três pontes de hidrogênio entre si e estes eram os pares propostos por Chargaff. 
Todavia, o estabelecimento das pontes de hidrogênio entre as bases complementares das duas 
hélices somente se adequou perfeitamente aos dados de difração quando o modelo foi construído 
com as hélices invertidas uma em relação a outra. Para isto é necessário considerar que as fitas de 
DNA tem polaridade. Ou seja, uma das extreminadades da fita tem um fosfato 5' e a outra tem um 
grupo hidroxila 3' (Figura 4.3). Quando as duas fitas correm em sentidos opostos, ou seja, estão 
antiparalelas, as bases púricas e pirimídicas dos pares A-T e G-C encaixam-se perfeitamente bem. 
 
Figura 4.3. Polaridade das fitas do DNA. A 
polaridade é relativa à posição dos carbonos 
3'e 5' da molécula de açúcar. A fita à 
esquerda, corre no sentido 5' para 3' e a fita 
à direita, no sentido 3' para 5'. 
GENÉTICA – Maria Christina Manhães Bonato 30 
Apesar das pontes de hidrogênio serem individualmente muito fracas, uma grande quantidade 
delas é suficiente para manter as duas hélices unidas. À temperaturas mais elevadas, todavia, estas 
ligações se rompem e as hélices se separam, fenômeno denominado desnaturação. Quanto maior 
for a quantidade de pontes de hidrogênio entre as duas hélices, maior será a temperatura necessária 
para desnaturar a molécula de DNA. Portanto, quanto maior a quantidade de pares G-C (3 pontes), 
maior a temperatura de desnaturação. 
Formas e tamanhos do DNA 
A estrutura do DNA descrita no tópico anterior é denominada forma B do DNA. Nesta 
configuração as hélices enrolam-se para a direita (sentido horário). As bases estão dispostas quase 
que absolutamente perpendiculares ao eixo principal e cada giro completo da hélice corresponde a 
cerca de 10 bases numa extensão de 34 Å (3,4 nm). 
Nem sempre a molécula de DNA encontra-se na forma padrão B. Outras conformações são 
possíveis, uma vez que a molécula não é uma estrutura estática, mas dinâmica, em constante 
movimento. Em certas regiões e em determinados momentos, as fitas da dupla hélice podem se 
separar transitoriamente e depois, voltar à conformação original ou adquirir, localmente, uma nova 
conformação. Mais de 20 variantes de hélices dextras já foram observadas. 
Além, disso, em algumas regiões da molécula podem ser encontradas estruturas onde a hélice 
gira para a esquerda (sentido anti-horário). Esta forma, denominada forma Z do DNA, ocorre quando 
segmentos pequenos da molécula apresentam seqüências repetidas C-G. A estabilidade desta 
estrutura, em condições fisiológicas, parece depender de grupos metila ligados às citosinas 
presentes nas repetições CpG e afetaria o padrão de expressão gênica de células eucarióticas. 
As moléculas de DNA são enormes. Um par de desoxirribonucleotídios tem uma massa 
molecular média de 660 Da e uma espessura de 3,4 Å. A Tabela 4.2 mostra o número de pares 
de bases e o comprimento total do DNA de alguns organismos com diferentes níveis de 
complexidade. Numa faixa ampla, de virus à mamíferos, poderíamos dizer que a quantidade 
haplóide de DNA varia com a complexidade, todavia isto nem sempre é verdade. Compare peixe 
pulmonado com Homo sapiens. 
Tabela 4.2 – Tamanho de algumas moléculas de DNA 
Organismo # cromossomos haplóides pares de bases comprimento, micrometro 
Vírus 
SV40 - 5,10 x 103 1,7 
Lambda - 4,8 x 104 17 
T4 - 1,66 x 105 55 
Bacteria 
Mycoplasma hominis - 7,6 x 105 2,6 x 102 
Escherichia coli - 4,7 x 106 1,6 x 103 
Eucarya 
Levedura 16 1,35 x 107 4,6 x 103 
Drosophila 04 1,65 x 108 5,6 x 104 
Homo sapiens 23 2,9 x 109 0,99 x 106 (~1m) 
Peixe pulmonado 19 1,02 x 1011 34,7 x 106 (~35m) 
GENÉTICA – Maria Christina Manhães Bonato 31 
Modos de duplicação 
O grande mérito do trabalho de Watson & Crick (1953) foi sugerir um mecanismo de cópia da 
molécula de DNA baseado na complementaridade de bases: 
" It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately 
suggests a possible copying mechanism for the genetic material" 
Ao decifrarem a estrutura demonstraram como a molécula se auto duplicava garantindo a 
manutenção e a transmissão da informação genética de geração à geração. 
Em artigo posterior publicado ainda em 1953, Watson & Crick analisaram as implicações genéticas 
da estrutura do DNA, propondo que: 
a) cada uma das fitas serviria de molde para a síntese de uma fita complementar; 
b) a seqüência dos pares de nucleotídeos nos genes constituiria informação codificada a qual 
seria sequencialmente traduzida para a linguagem dos aminoácidos nas proteínas. 
Watson e Crick salientaram ainda que o passo inicial da duplicação deveria ser o 
desenrolamento das duas hélices do DNA as quais, separadas, serviriam de molde para a síntese da 
fita complementar. Ao final do processo existiriam dois pares de cadeias onde a seqüência de bases 
estaria exatamente duplicada, uma vez que a duplicação baseava-se no emparelhamento específico 
das bases. Cada par seria constituído de uma fita nova e uma velha. 
O problema era desenrolar as duas cadeias interconectadas da dupla hélice. 
Se apenas uma das cadeias se quebrasse, a outra poderia facilmente girar em torno dela 
aliviando a tensão da fita não quebrada. No ponto de quebra os terminais mantidos bastante 
próximos, unir-se-iam novamente. 
Três modos possíveis de duplicação da molécula foram considerados (Figura 4.4): 
• as duas fitas se desenrolariam, sem rupturas do esqueleto açúcar-fosfato e cada uma delas, 
separadamente, seria utilizada como molde para construir a sua complementar, de sorte que cada 
nova dupla seria constituída de uma fita velha e de uma nova (modo semi-conservativo); 
• similar ao modo anterior, mas as fitas novas recém sintetizadas constituiriam a nova dupla e 
a dupla original se manteria como tal (modo conservativo); 
• haveria quebras continuadas na espinha-dorsal de açúcar-fosfato e subseqüente 
reconstituição após duplicação que poderia resultar numa mistura entre segmentos velhos e novos 
na mesma fita (modo dispersivo). 
 
 
 
Figura 4.4 Modos possíveis de replicação da 
dupla hélice: semi-conservativo, conservativo e 
dispersivo. As fitas recém-duplicadas são 
vermelhas 
GENÉTICA – Maria Christina Manhães Bonato 32 
As hipóteses colocadas foram testadas por Mathew Meselson & Franklin Stahl, em 1958, num 
engenhoso experimento que permitiria distinguir um modo do outro pelo padrão de sedimentação 
das moléculas de DNA após ultracentrifugação em gradiente de clorento de césio. 
A replicação é semi-conservativa 
Em 1958, Mathew Meselson & Franklin Stahl idealizaram um experimento para testar as hipóteses 
colocadas acerca dos modos possíveis de duplicação do DNA. Utilizaram como método, 
ultracentrifugação em gradiente de cloreto de césio, que permite separar moléculas com densidades 
levemente diferentes. O objetivo era distinguir as moléculas de DNA, antes e depois da duplicação, 
por diferenças de densidade entre elas. 
Como a densidade do cloreto de césio (1,7) é correspondente a do DNA, um gradiente deste 
sal permitiria que amostras de DNA com diferentes