Texto Genética Mendeliana

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11/3/2006 
 
 
 
Universidade Católica de Brasília – UCB 
Centro de Ciências da Vida 
Programa de Pós-Graduação Stricto Sensu em Ciências Genômicas e 
Biotecnologia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Genética Humana 
Textos auxiliares 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Rinaldo Wellerson Pereira, PhD 
 
Versão 0.2 
 
 
 
 
 
I semestre 2006 
 
Genética Humana – Textos auxiliares – v.0.2 – Prof. Rinaldo Wellerson Pereira, PhD 
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Sumário 
 
1. Genética Humana na UCB.....................................................................................3 
2. O nascimento de uma disciplina.............................................................................3 
3. A redescoberta dos trabalhos de Mendel e cromossomo como unidade física da 
herança........................................................................................................................10 
4. Partículas hereditárias de Mendel na segregação igual e na segregação 
independente em um contexto meiótico.......................................................................13 
5. A natureza molecular da partícula hereditária de Mendel .....................................16 
6. A estrutura do DNA.............................................................................................19 
7. Vocabulário atual em Genética ............................................................................21 
8. De Mendel ao genoma humano............................................................................22 
9. Duplicação dos cromossomos e replicação do DNA durante a divisão celular......23 
10. A seqüência e a estrutura do genoma humano ..................................................25 
11. A transcrição do gene ......................................................................................27 
12. A tradução do gene ..........................................................................................28 
 
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1. Genética Humana na UCB 
 A disciplina de Genética Humana tem como objetivo levar aos alunos da 
Universidade Católica de Brasília a possibilidade de entender as bases da transmissão 
de características entre gerações. A disciplina será tratada dentro de uma proposta de 
construção hierárquica de conhecimento, onde o professor contextualizará 
historicamente todos os grandes eventos que constituem marcos na evolução do 
conhecimento sobre a transmissão das características entre gerações. Apesar do foco 
principal desta disciplina estar voltado para a compreensão de características discretas 
(aquelas onde formas de manifestação são claramente identificadas), alguns aspectos 
relacionados a características que se apresentam de maneira contínua também serão 
abordados. 
2. O nascimento de uma disciplina 
 A observação de que existem características que são transmitidas entre 
gerações não é recente entre nós. Há existência em livros religiosos judaicos, de mais de 
3000 anos, da existência de famílias onde as crianças não deveriam ser submetidas a 
circuncisão (ritual de remoção do prepúcio praticado no judaísmo) devido ao histórico 
de morte por sangramento, é a luz de nossa compreensão atual a prova da consciência 
de que esta característica acompanhava algumas famílias. O desenvolvimento de 
práticas agropastoris pelo homem a mais de 4000 anos é outro exemplo de que há muito 
tempo o homem tinha conhecimento da transmissão de características. Neste caso 
especificamente, escolhendo dentro de suas plantações e rebanhos melhores plantas e 
animais para formar novas gerações mais produtivas. 
 O marco de transição entre o conhecimento da transmissão de 
características e o desenvolvimento de modelos para explicá-lo é a publicação do 
trabalho do Monge Gregor Mendel em 1866 onde ele trata de seus experimentos com 
hibridização de ervilhas. Aqui vale uma explicação do termo hibridização, já que este 
era muito utilizado a época de Mendel e significava o cruzamento entre indivíduos, 
normalmente de uma mesma espécie e com características diferentes. Estes 
experimentos eram conduzidos no intuito de gerar novas variedades, seja com fins 
ornamentais ou mesmo para buscar entendimento de como as características eram 
transmitidas. Muito embora Mendel tenha citado em seu trabalho outros hibridizadores 
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da época, como Kölreuter, Gärtner, Hebert, Lecoq e Wichura, nenhum deles passou 
próximo das conclusões revolucionárias de Mendel. 
 
Figura 1 – O Monge Gregor Mendel e suas ervilhas 
 Os trabalhos de Mendel 
que o levaram a formular conclusões tão 
revolucionárias que o faz pai da 
Genética foram conduzidos com 
ervilhas de cheiro (Pisum sativum). Os 
experimentos de Mendel como descritos 
em seu trabalho científico, iniciaram-se 
com a seleção de plantas apresentando 
características para as quais existiam 
duas manifestações distintas. As 
características escolhidas foram as 
seguintes: cor da flor (púrpura e branca), cor da semente madura (amarela e verde), 
forma da semente madura (lisa e rugosa), cor da vagem (verde e amarela), forma da 
vagem (inflada e sulcada), tamanho da planta adulta (alta e pequena) e posição das 
flores (Axial e terminal). Após escolher plantas com as características acima, Mendel 
submeteu as quatorze plantas a auto-fecudanção e verificou que as características eram 
transmitidas de maneira estável. Neste momento de seu trabalho experimental Mendel 
tinha estabelecido quatorze linhagens puras. Esta parte do experimento se mostrará 
imprescindível para o sucesso de Mendel. O próximo passo foi à hibridização 
(cruzamento) entre linhagens puras para cada uma das características. Para todos os seus 
cruzamentos Mendel realizou sempre o cruzamento recíproco, ou seja, alternou entre 
qual dos genitores seria o doador de pólen. Como exemplo será utilizado o cruzamento 
entre as linhagens que apresentavam flores púrpuras e flores brancas. 
 
 
 
 
 
 
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Figura 2 – As sete características discretas estudas por Mendel. 
 
Figura 3 – Procedimento experimental utilizado por Mendel 
 O procedimento 
realizado por Mendel envolvia a 
remoção das anteras de um 
genitor (fêmea) e a transferência 
de pólen do outro genitor 
(macho). A transferência de 
pólen de uma linhagem de flor 
púrpura para o estigma de uma 
planta de flor branca, produzia 
sementes que uma vez plantadas 
geravam somente plantas com 
flores púrpuras. O cruzamento 
recíproco, onde pólen de uma 
planta com flor branca era 
transferido para o estigma de 
uma planta com flor púrpura produzia o mesmo resultado. Os híbridos de flor púrpura 
após a auto-fecundação produziram sementes que uma vez plantadas geravam plantas 
com flores púrpuras e brancas. Este padrão, onde plantas geradas a partir do cruzamento 
entre as linhagens puras apresentavam somente uma característica e estas uma vez auto-
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fecundadas geravam plantas onde as duas manifestações da característica podiam ser 
verificadas, se reproduziu em todos os demais cruzamentos conduzidos por Mendel. 
Tabela 1 – Resultado dos cruzamentos Mendelianos onde os parentais diferem em uma característica 
Característica Parental F1 F2 Razão 
em F2 
Sementes lisas x rugosas Toda lisa 5474 lisa; 1850 rugosa 2,96:1 
Sementes amarelas x verdes Toda amarela 6022 amarela; 2001 verde 3,01:1 
Flor púrpurax branca Toda púrpura 705 púrpura; 224 branca 3,15:1 
Vagem inflada x sulcada Toda inflada 882 inflada; 299 sulcada 2,95:1 
Vagem verde x vagem amarela Toda verde 428 verde; 152 amarela 2,82:1 
Flores terminal x flores axial Toda axial 651 axial; 207 terminal 3,14:1 
Haste longa x haste curta Toda longa 787 longa; 277 curta 2,84:1 
 
 Nestes experimentos, as razões encontradas por Mendel mostraram-se 
não diferir estatisticamente da razão 3:1. Explicar este primeiro número mágico foi o 
primeiro desafio para Mendel e também seu primeiro grande sucesso. Para explicá-lo 
Mendel lançou mão do conceito de “dominante”. Em seus experimentos a manifestação 
da característica estudada que aparecia em todos os indivíduos após a hibridização entre 
as linhagens era tida como dominante. Esta manifestação era também aquela que 
aparecia em maior freqüência quando dos experimentos de auto-fecundação dos 
primeiros híbridos. Para explicar seus resultados Mendel propôs que no indivíduo 
adulto existiriam duas partículas que na formação das células germinativas (pólen e 
óvulo) se separavam igualmente e que se uniriam a acaso para formar a próxima 
geração. A linhagem com a manifestação dominante teria duas partículas dominantes 
(AA), enquanto que a linhagem com a característica recessiva teria duas partículas 
recessivas (aa). Os gametas formados seriam respectivamente, “A” e “a” que ao se 
unirem dariam origem a planta Aa. Seguindo o raciocínio de Mendel durante a auto-
fecudanção o hibrido geraria os seguintes gametas: ½ A e ½ a. Veja o quadro abaixo: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 4 Cruzamento entre as linhagens de ervilhas com a 
característica cor de flor em manifestações púrpura e branca. 
Observando somente as figuras têm-se o que Mendel encontrou. Ao 
implementar a hipótese de que cada característica seria 
determinada por duas partículas que possuíam relação de 
dominância e que durante a formação dos gametas estas partículas 
segregariam igualmente, Mendel verificou que sua hipótese 
explicava seus resultados. 
 
 
 O próximo passo de Mendel foi analisar duas características 
simultaneamente. Como exemplo será utilizado a cor e formato da semente madura. Ao 
cruzar linhagens com sementes de cor amarela e de forma rugosa com uma linhagem 
com semente verde e lisa, Mendel observou que todos os híbridos apresentavam 
sementes amarelas e rugosas. No cruzamento individual eram estas duas manifestações 
que se comportavam como dominantes. Ao permitir a auto-fecundação destes híbridos, 
Mendel observou quatro fenótipos: amarela/lisa, amarela/rugosa, verde/lisa e 
verde/rugosa em uma proporção que não diferia estatisticamente de 9:3:3:1. 
 
 
 
 
 
 
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Figura 5– Cruzamento di-hibrido onde duas 
características são avaliadas simultaneamente. 
 Ao analisar individualmente as 
características cor de semente e forma de 
semente no quadro acima, é facilmente 
identificado que se trata de duas proporções 
3:1. 
 Mendel concluiu que as 
partículas hereditárias para cada uma das 
características estavam segregando de maneira 
independente durante a formação dos gametas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 6 – Segregação independente das partículas 
hereditárias de Mendel mostrando que a explicação 
proposta por Mendel condizia com os resultados 
encontrados. 
 
 Com estes experimentos Mendel identificou padrões de herança e propôs 
um mecanismo para explicá-los. Em 1866, quando da publicação de seu trabalho 
Mendel não obteve o reconhecimento por seus achados. Talvez a explicação mais 
razoável seja aquela onde Mendel é colocado como um homem a frente de seu tempo. E 
nesta condição incapaz de fazer ecoar entre os grandes nomes da ciência de sua época 
seus achados. 
 A segregação igual das partículas hereditárias é o que conhecemos hoje 
como primeira lei de Mendel. Enquanto que a segregação independente é conhecida 
como segunda lei de Mendel. 
 
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3. A redescoberta dos trabalhos de Mendel e cromossomo como unidade física 
da herança 
 O trabalho sobre hibridização em ervilhas, onde Mendel brilhantemente 
discorre sobre os mecanismos envolvidos na transmissão de características discretas foi 
praticamente ignorado até 1900. Muito embora Mendel tenha se correspondido 
frequentemente com o grande botânico da época, tentando convencê-lo de seus 
resultados, Mendel não foi capaz de fazer repercutir seus resultados. Entre 1866 e 1900 
o trabalho de Mendel foi citado em quatro publicações. Do ponto de vista histórico a 
mais importante foi a citação de Mendel em uma grande revisão sobre hibridização em 
plantas, publicada por Focke em 1881. A importância desta publicação deve-se ao fato 
de que os pesquisadores que encontraram em seus resultados algo semelhante ao 
encontrado por Mendel se referem ao trabalho de Focke como a fonte que os levaram ao 
trabalho de Mendel. É creditado a Hugo de Vries, Carl Correns e Erich von Tschermark 
a redescoberta dos trabalhos de Mendel. Os três desenvolviam pesquisas com plantas e 
no final do século IXX e início do século XX encontraram resultados que ambos 
inicialmente acreditavam ser originais. No entanto, ao buscarem na literatura se 
depararam com os trabalhos de Mendel e verificaram que os resultados encontrados por 
eles eram idênticos aqueles encontrados por Mendel quase trinta anos antes. 
 Em 1900 o ambiente científico já não era como à época de Mendel. Nos 
trintas anos decorridos desde a publicação do trabalho de Mendel, a ciência tinha 
avançado na teoria celular e na capacidade de estudar a unidade básica dos organismos 
vivos (a célula). As técnicas de microscopia permitiam o estudo de organelas e 
compartimentos celulares. Para o avanço da genética foi particularmente importante o 
desenvolvimento na capacidade de estudar o núcleo celular. Em especial o estudo do 
comportamento dos cromossomos durante a mitose (divisão celular para manutenção 
somática) e meiose (divisão celular para formação dos gametas). 
 Em vários organismos onde o núcleo e o comportamento dos 
cromossomos foram estudados, estes apareciam em pares no organismo adulto, mas 
tinham o número reduzido pela metade na formação dos gametas. Historicamente, 
Walter Sutton e Theodor Boveri são tidos como aqueles que de maneira independente 
associaram o comportamento dos cromossomos ao comportamento das partículas 
hereditárias de Mendel. Esta observação e uma série de experimentos envolvendo a 
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observação do comportamento dos cromossomos durante a meiose deram corpo à teoria 
cromossômica da herança. Alguns experimentos extremamente importantes para 
corroborar esta teoria foram aqueles onde cromossomos heteromórficos (formas 
diferentes) estavam presentes. Apesar de heteromórficos, estes cromossomos estavam 
sempre juntos durante a meiose, mas sempre segregavam igualmente durante a 
formação dos gametas. A observação de que o sexo em alguns organismos estava 
associado à constituição cromossômica também contribuiu para a aceitação da teoria 
cromossômica da herança. 
 Os experimentos que ajudaram a pavimentar a idéia de que realmente oscromossomos constituem a unidade física da herança foram conduzidos pelos grupos de 
Thomas Hunt Morgan e Willian Bateson por volta de 1905-1915. O primeiro estudando 
a herança de cor de olhos na mosca das frutas (Drosophila melanogaster) e o segundo 
estudando a herança da cor de plumagem em aves. Ambos encontraram que seus 
resultados não seguiam estritamente aqueles propostos por Mendel. Nos experimentos 
conduzidos por estes grupos, diferentemente daqueles conduzidos por Mendel, o sexo 
do genitor era importante para o resultado final. Ou seja, a escolha do fenótipo do 
genitor masculino e do genitor feminino interferia no padrão de segregação. É 
importante lembrar que de acordo com as proposições Mendelianas o padrão de 
segregação de um fenótipo era independente do sexo dos genitores e que as 
manifestações de uma determinada característica sempre se distribuíam igualmente 
entre os descendentes do sexo masculino e feminino. 
 Em seus experimentos com D. melanogaster o grupo de Morgan para 
explicar seus resultados propôs que a partícula hereditária para a característica cor de 
olhos estaria localizada em um membro do par de cromossomos sexuais e não no outro. 
A mosca das frutas possui quatro pares de cromossomos, sendo três homomórficos e um 
heteromórfico. Este para heteromórfico é designado X e Y, sendo o X maior que o Y. 
Era sabido que o sexo em D. melanogaster estava associado à composição 
cromossômica neste par heteromórfico. Ao propor a presença da partícula hereditária 
em um membro do par de cromossomos sexuais, ficava também proposto que no 
indivíduo masculino, XY, bastaria uma cópia da partícula recessiva para que esta se 
manifestasse. 
 
 
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Figura 7 – Cromossomos de D. 
melanogaster, como especial atenção aos 
cromossomos sexuais onde o macho aqui é 
XY. O cromossomo X e Y apesar de 
constituírem um par eles apresentam forma 
diferente (heteromorfos). 
 
 É importante ressaltar aqui que Batason também encontrou resultados 
semelhantes em seus estudos de transmissão da cor de plumagem em galinhas. O padrão 
de Bateson também estava de acordo com a proposta de que a partícula estava 
localizada em um dos cromossomos sexuais. No entanto, em aves o sexo 
heterogamético é o feminino (ZW) enquanto que sexo o homogamético é o macho (ZZ). 
Assumindo a presença da partícula hereditária no cromossomo Z os resultados de 
Bateson estão de acordo com os resultados encontrados por Morgan. 
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Figura 8 – Resultados encontrados por Morgan quando do cruzamento entre linhagens de mosca da fruta com 
características cor de olho vermelho e branco. Seus resultados não coincidiam com aqueles encontrados por 
Mendel. Para explicar seus resultados propôs que a partícula responsável pela transmissão da característica 
cor de olhos estava no cromossomo X. Assim o padrão de transmissão era dependente do sexo, o qual, por 
conseguinte era dependente dos cromossomos sexuais. Tem-se então uma fortíssima evidência em favor da 
teoria cromossômica da herança. Ou seja os cromossomos funcionando como unidade física da herança. 
 
 
4. Partículas hereditárias de Mendel na segregação igual e na segregação 
independente em um contexto meiótico 
A meiose é o processo de divisão celular onde a partir de uma célula com 
número de cromossomos igual a 2n (diplóide) são produzidas quatro células com 
número n (haplóide) de cromossomos. Tomando o ser humano como exemplo, temos 
nas gônadas (ovário e testículos) células germinativas com número de cromossomos 
2n=46, ou seja, 23 pares de cromossomos. Os pares são formados por um cromossomo 
recebido do pai e por um cromossomo recebido da mãe. Ao final da meiose estas células 
produzirão espermatozóides e óvulos com número n igual a 23. No momento da 
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fecundação, ao unirem-se, o espermatozóide e o óvulo tem-se restabelecido o número 
diplóide 2n=46. 
 O entendimento da meiose aqui na disciplina de genética não levará em 
conta todas as fases e processos, os quais são estudados nas disciplinas de biologia 
celular e histologia. Nosso entendimento de meiose envolverá os seguintes passos: 
duplicação dos cromossomos no núcleo interfásico, segregação igual dos cromossomos 
homólogos duplicados e por último a segregação das cromátides irmãs. 
 
Figura 9 – A esquerda tem-se fotografias do processo de meiose em uma célula com 2n=14. O sistema de 
coloração utilizado evidencia somente os cromossomos. Em 1 temos os cromossomos não condensados 
dentro do núcleo. Este arranjo é chamado de cromatina. Durante a interfase os cromossomos não 
condensados se duplicam e então começam a se condensar e alinhar no centro da célula, já que a 
membrana nuclear é perdida durante a divisão celular (cariocinese). Estes passos são representados de 2 a 
8. De 9 a 11 tem-se a segregação dos membros de cada par de homólogos. Ou seja, cada cromossomo 
duplicado do par de homólogo segrega para uma célula. Em 11 temos o produto final da meiose I, neste 
exemplo, com duas células cada uma com 7 cromossomos duplicados. De 12 até 14 temos a meiose II onde 
as cromátides irmãs segregam dando origem a 4 células, cada uma com sete cromossomos. À direita é 
mostrado um esquema para uma célula com 2n=4. Ao longo deste texto este esquema será utilizado várias 
vezes. 
 
 
 Para entender em definitivo a segregação das partículas mendelianas em um 
contexto meiótico veja os esquemas na figura abaixo: 
 
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Figura 10 – A direita tem-se de maneira esquemática meiose de uma célula com 2n=2. A leitura desta 
figura é a seguinte: Uma célula com 2n=2 tem seus cromossomos não condensados em processo de 
duplicação. Os cromossomos homólogos duplicados segregam igualmente na meiose I e em seguida cada 
cromossomo homólogo tem suas cromátides irmãs segregadas na meiose II para formar 4 células cada 
uma com um cromossomo, ou seja, com n=1. A esquerda têm-se as partículas hereditárias como propostas 
por Mendel e a segregação igual para formação dos gametas. Ou seja, temos a primeira lei de Mendel. Ao 
buscar no esquema da direita onde está o esquema da esquerda não é difícil vê-lo na segregação dos 
cromossomos homólogos duplicados na meiose I. 
 
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 Na figura acima a primeira lei de Mendel foi apresentada no contexto do 
comportamento dos cromossomos durante a meiose. Na figura abaixo, a segunda lei de 
Mendel (segregação independente) no mesmo contexto. 
 
Figura 11 – Para demonstrar a segunda lei de Mendel em um contexto cromossômico é necessário utilizar dois 
pares de cromossomos homólogos. Então esta figura trata da meiose em uma célula 2n=4. Os pares de 
cromossomos homólogos segregam de maneira independente um do outro durante a meiose I. Assim existem 
duas possibilidades de segregação, representadas na figura pelos esquemas de número 1 e 2. No entanto é 
importante ressaltar que uma célula quando em meiose segue somente um padrão de segregação, mas na 
média das células que entram em divisão meiótica 50% seguirão o esquema 1 e os outros 50% seguirão o 
esquema 2. Por esta razão ao computar a proporção de gametas o fazemos em um denominador de 8 e não 
quatro. Aqui a figura da esquerda, representando a segregação independentede Mendel está nas duas 
possibilidades de meiose I apresentadas nos esquemas 1 e 2. 
 
 
5. A natureza molecular da partícula hereditária de Mendel 
 Apesar das fortes evidências de que o cromossomo seria realmente a 
unidade física da herança, esta teoria, inicialmente postulada por Suton e Boveri, 
tornou-se aceita sem questionamentos após uma série de experimentos conduzidos por 
Calvin Bridges, o qual era aluno de Morgan. Os experimentos de Bridges 
demonstravam que anormalidades nos cromossomos sexuais de D. melanogaster 
estavam associadas à inviabilidade daquelas moscas que eram fruto da união de gametas 
que carregavam o cromossomo anômalo. Assim em 1915, é publicado o primeiro livro 
onde a genética Mendeliana é interpretada a luz da teoria cromossômica. Este livro tem 
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o título em inglês de The Mechanism of Mendelian Heredity, que pode ser traduzido 
como O mecanismo da hereditariedade Mendeliana. Seus autores são Morgan, 
Sturtevant, Muller e Bridges. 
 Aceito que os cromossomos são fisicamente as estruturas físicas da 
herança, o próximo grande desafio seria a identificação da natureza molecular da 
herança. Ou seja, identificar qual molécula dentro do núcleo é a responsável pela 
herança. Desde 1869 sabia-se que o núcleo das células era rico em um tipo particular de 
molécula ácida e rica em fósforo. Esta molécula recebeu a denominação de nucleína e 
foi identificada por Friedrich Miescher. A nucleína de Miescher corresponde aos nossos 
conhecimentos atuais ao ácido desoxirribonucléico (DNA). O DNA, sem dúvida está no 
subconsciente de todos nós como a molécula da vida por ser nele que está a informação 
genética. Neste momento do texto não iremos simplesmente saltar dos cromossomos 
para o DNA, mas sim tratar de construir através dos principais experimentos que 
levaram ao momento em que o DNA foi em definitivo alçado a uma posição de enorme 
destaque. 
 A nucleína Miescher teve sua composição molecular identificada em 
1900 por Phoebus Levene. Este pesquisador concluiu que a nucleína era uma molécula 
constituída por algumas unidades básicas, a saber: uma molécula de açúcar, uma 
molécula de fósforo e quatro tipos de bases nitrogenadas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 12 – A unidade básica do DNA. O nucleotídeo é a unidade básica do DNA. 
 
 Os experimentos de Frederick Griffith publicados em 1928 marcam o 
momento em que o caminho para identificação do DNA como molécula da 
hereditariedade foi aberto. Griffith realizou experimentos com duas cepas de bactérias 
do gênero Streptcoccus. Uma cepa era altamente letal e possuía parede celular o que lhe 
conferia a característica de produzir colônias lisas, enquanto que a segunda cepa não 
apresentava patogenicicidade e não possuía parede celular. A ausência de parede celular 
fazia com que estas bactérias quando cultivadas em placas produziam colônias com 
aspecto rugoso. Em determinado momento do trabalho de Griffith, bactérias não 
patogênicas foram misturadas com um extrato de bactérias patogênicas mortas pelo 
calor. Estas bactérias não patogênicas foram então inoculadas em camundongos e 
surpreendentemente estes morreram. Ao isolar bactérias dos camundongos mortos, 
Griffith verificou que elas agora formavam colônias lisas. Estes achados levaram 
Griffith a estabelecer o conceito de princípio transformante. Identificar o princípio 
transformante de Griffith passou então a ser o alvo daqueles interessados em descobrir 
qual seria a molécula da hereditariedade. 
 
 
 
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Figura 13 – Experimentos de Griffith onde ele estabelece o conceito de princípio trasnformante. 
 
 Os experimentos que permitiram esclarecer qual seria o princípio 
transformante de Griffith foram realizados pelos pesquisadores Avery, MacLeoad e 
MacCarty em 1944. Com uma série de experimentos relativamente simples o grupo de 
Avery foi capaz de demonstrar que a molécula da hereditariedade era o DNA. Para 
realização de seus experimentos, eles produziram um extrato de Streptococcus 
patogênica mortas pelo calor. Este extrato foi tratado em diferentes experimentos com 
enzimas para degradação de carboidratos, ácido ribonucléico (RNA), lipídeos e DNA. 
Os diferentes extratos tratados foram misturados com bactérias não patogênicas e estas 
inoculadas em camundongos. O único extrato que não foi capaz de transformar as 
bactérias não patogênicas em bactérias patogênicas foi aquele tratado com enzima para 
degradação de DNA. A ausência do DNA impedia a capacidade transformante do 
extrato de bactérias patogênicas. Estava estabelecida com alto grau de confiabilidade 
que o DNA era a molécula da hereditariedade. 
6. A estrutura do DNA 
A partir de 1944, quando o DNA foi identificado como sendo a molécula da 
hereditariedade o novo desafio era compreender como esta molécula tida por muitos 
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como relativamente simples poderia desempenhar um papel tão primordial no mundo 
biológico. Conhecer a estrutura do DNA era tido como o primeiro passo e grandes 
nomes da ciência da época estavam envolvidos neste desafio. 
 No entanto coube a dois jovens pesquisadores não estabelecidos entre os 
notáveis da época a proeza de decifrar o código da vida, como os próprios trataram o 
DNA após sua descoberta. James Watson e Francis Crick foram capazes de somar uma 
gama de conhecimentos que se tinha a época sobre o DNA com uma pitada de intuição 
e em 1953 publicaram o artigo científico que hoje é tido como um dos mais impactantes 
do século XX. Em um artigo de uma página publicado na prestigiosa revista Nature, 
Watson e Crick apresentaram o DNA como uma molécula constituída por uma dupla 
hélice. Esta dupla hélice seria formada por duas fitas antiparelas, onde cada uma das 
fitas seria constituída por unidades de nucleotídeos ligados por ligações fosfodiéster 
entre o fósforo ligado ao carbono 5’ de uma desoxirribose e a hidroxila ligada ao 
carbono 3’ de outra desoxirribose. No carbono 1’ das desoxirriboses estaria ligada uma 
bse nitrogenada. As quatro bases nitrogenadas presentes no DNA são as adeninas, 
guaninas, citosinas e timinas. A principal força de estabilização entre as duas fitas para 
formação da dupla hélice seriam as pontes de hidrogênio. O pareamento se daria entre 
guanina e citosina e entre adenina e timina. As guaninas e as citosinas se pareariam por 
três pontes de hidrogênio, enquanto as adeninas e timinas se pareariam por duas pontes 
de hidrogênio. 
Estando as partículas hereditárias de Mendel nos cromossomos, e sendo o DNA 
a molécula da hereditariedade, podemos aprofundar molecularmente nossa visão do 
cromossomo para o que nos interessa neste momento. O cromossomo é uma dupla 
hélice de DNA. Assim cada par de cromossomos homólogos é um par de duplas hélices. 
E se a única molécula variável ao longo do DNA é a base nitrogenada, podemos reduzir 
a partícula hereditária de Mendel a uma seqüência de nucleotídeos na dupla hélice. 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 13 – A dupla hélice de DNA 
 
 
7. Vocabulário atual em Genética 
Muito do vocabulário apresentado neste texto até o momento provavelmente 
frustrou aqueles que já possuem uma bagagem de conhecimentos em genética adquirida 
no ensino médio.Intencionalmente, somente agora depois de uma viajem de quase cem anos 
partindo em 1866 com Mendel até 1953 com Watson e Crick que será apresentado uma 
série de termos que serão amplamente utilizados ao longo dos próximos tópicos. A 
começar pelo termo que define a disciplina tratada por este texto, a genética. A palavra 
genética para designar uma área do conhecimento interessado na transmissão de 
características de uma geração para outra foi proposto por Willian Bateson em uma 
carta escrita em 1905 a um amigo pesquisador. Bateson além de grande divulgador da 
genética mendeliana, ajudou a cunhar uma série de termos que são amplamente 
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utilizados entre aqueles que tratam da genética. Para designar o componente responsável 
por uma característica genética é utilizado o termo gene. Pelo apresentado até este 
momento, já é claro para o leitor que o gene é última instância uma seqüência de DNA 
que faz parte do cromossomo. De outra forma, o gene é uma seqüência de nucleotídeos. 
As diferentes manifestações de uma característica genética são denominadas fenótipos. 
De acordo com a proposta de Mendel os genes apresentavam-se aos pares (AA, Aa e 
aa). Para estas configurações utilizamos a designação de genótipos. Cada membro de 
um genótipo é designado com sendo um alelo. Para o genótipo AA, é dito ser um 
genótipo homozigoto dominante. O genótipo Aa é dito ser um genótipo heterozigoto. 
O genótipo aa é designado como homozigoto recessivo. 
A partir deste ponto estes termos serão amplamente utilizados em nosso texto e 
tantos outros novos aparecerão na construção de nosso genetiquês. 
8. De Mendel ao genoma humano 
A leitura do texto anterior conduz o leitor a conclusão de que a partícula 
hereditária de Mendel está fisicamente em estruturas dentro do núcleo celular, 
denominadas cromossomos. Os cromossomos são constituídos por proteínas e DNA. 
Com foco na molécula de DNA, conclui-se que cada cromossomo é uma dupla hélice de 
DNA. Cada dupla hélice de DNA é formada por duas fitas de nucleotídeos que correm 
em sentido contrário. Ou seja, são antiparelas com uma fita seguindo o sentido 5´ para 
3´e a outra fita seguindo o sentido 3´ para 5´. Sendo o DNA a molécula da 
hereditariedade a idéia a ser compreendida aqui é que cada gene em última instância é 
uma seqüência de DNA. Esta idéia é representada na figura 13. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 13 – Representação esquemática de como poderíamos pensar os alelos desde a 
proposição de Mendel até o nosso conhecimento da estrutura do DNA 
 
9. Duplicação dos cromossomos e replicação do DNA durante a divisão celular 
Em organismos de reprodução sexuada a transmissão de material genético dos 
parentais para seus descendentes dá-se quando da união dos gametas. Sendo a meiose, o 
processo de divisão celular que leva a formação dos gametas, nada mais natural que a 
tratemos de maneira especial. A figura 9 representa a meiose. Ao observamos os 
diversos passos na figura, verificamos que a cromatina é duplicada para garantir que ao 
final da meiose quatro células, cada uma com um membro do par de cromossomos 
homólogos, sejam geradas. 
Cada membro de um par de cromossomos homólogos é constituído em última 
instância por uma dupla hélice de DNA. Assim como entender a duplicação 
cromossomo em termos da seqüência de DNA. O modelo da dupla hélice de Watson e 
Crick trazia em si uma proposição de como se daria a duplicação das duplas hélices de 
DNA. A proposição era a de que uma fita de DNA serviria de molde para síntese de 
uma nova fita. Assim, uma dupla fita após a duplicação cromossômica daria origem a 
duas duplas fitas. 
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Este processo de duplicação das duplas hélices é denominado de replicação do 
DNA. A replicação do DNA ocorre de maneira semiconservativa, onde cada nova dupla 
fita replicada é constituída por uma fita molde e uma fita recém sintetizada. Veja a 
representação da replicação semiconservativa na figura 14. 
Figura 14 – Esquema representando a replicação semi-
conservativa de uma dupla hélice de DNA. As fitas em 
vermelho representam as fitas recém sintetizadas a partir 
da fita molde. 
 
O entendimento molecular do processo de replicação do DNA foi desvendado a 
partir da identificação da enzima DNA polimerase pelo grupo de Arthur Kornberg na 
década de 1960. Este grupo foi responsável pela primeira descrição molecular da 
replicação do DNA. Em eucariotos a replicação inicia-se em vários pontos ao longo dos 
cromossomos. Estes pontos são denominados origem de replicação. A origem de 
replicação possui seqüências de DNA que durante a divisão celular recruta toda uma 
maquinaria composta por um grande número de proteínas. Esta maquinaria removerá as 
pontes de hidrogênio, oferecendo todas as condições para que a DNA polimerase inicie 
a adição de nucleotídeos no sentido 5´para 3´. A região do DNA onde a maquinaria de 
replicação desenvolve sua atividade é denominada de forquilha de replicação. Além 
desta peculiaridade, a DNA polimerase não é capaz de iniciar a adição de nucleotídeos 
sem que haja um iniciador de fita dupla. Este iniciador é um fragmento de RNA 
sintetizado pela enzima primase. Esta estrutura de dupla fita entre DNA e RNA dará 
condições para que a DNA polimerase inicie a adição de nucleotídeos complementares a 
fita molde. 
A capacidade da DNA polimerase em adicionar nucleotídeos somente no sentido 
5´ para 3´ gera um problema durante a replicação, onde em uma das fitas a replicação 
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deveria se dar no sentido de 3´para 5´. A solução encontrada ao longo do processo de 
evolução dos organismos foi a replicação de uma das fitas acontecer em sentido 
contrário a forquilha de replicação. Assim em uma forquilha de replicação, uma das 
fitas é replicada de maneira contínua e a outra é replicada de maneira descontínua. A 
fita descontínua é constituída de pequenos fragmentos que são sintetizados a medida 
que a forquilha de replicação avança. Estes fragmentos são denominados com o nome 
de seu descobridor, assim os chamamos de fragmentos de okazaki. A forquilha de 
replicação com a maquinaria enzimática responsável pela replicação é mostrada na 
figura 15. 
 
Figura 15 – Forquilha de replicação mostrando a replicação bidirecional e os fragmentos 
de Okazaki. 
 
10. A seqüência e a estrutura do genoma humano 
Os termos DNA e genoma estão além da academia, utilizados nem sempre de 
maneira correta em todos os meios de comunicação. O que então constitui o genoma 
humano? É a seqüência de nucleotídeos das duplas hélices que compõem o genoma 
haplóide humano. Ou seja, a seqüência de nucleotídeo nos 22 cromossomos 
autossômicos, no cromossomo X e no cromossomo Y. Esforços que começaram no 
início da década de 90 e se estenderam até o inicio do século XXI permitiram obter 
praticamente 100 % da seqüência do genoma humano. Atualmente a seqüência do 
genoma humano está disponível em bancos de dados na internet que podem ser 
acessados de qualquer computador. No entanto, a seqüência por si só diz pouco sobre as 
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potencialidades deste imenso trabalho. Grandes esforços estão sendo empreendidos em 
entender o significado das seqüências de nucleotídeos. 
Neste momento, o que se sabe é que o genoma humanoé funcionalmente muito 
mais complexo que se tinha imaginado. Não é o objetivo aqui enveredar nos mínimos 
detalhes nesta complexidade. Aqui trataremos dos aspectos básicos de como a 
informação presente na seqüência de DNA desempenha seu papel. O DNA é a molécula 
da hereditariedade, mas a molécula que efetivamente trabalha na determinação de todas 
as características em um indivíduo. Podemos imaginar o ser humano como um grande 
reator de reações bioquímicas catalisadas pelas proteínas. Quais, quantas e quanto 
destas proteínas estão presentes em uma célula é o que faz os mais diversos tipos de 
células serem o que são. Por exemplo, um hepatócito possui o mesmo genoma que uma 
célula epitelial, no entanto as proteínas presentes nestas células são diferentes. 
O DNA está no núcleo, mas as proteínas são sintetizadas no citoplasma. Francis 
Crick foi quem propôs a presença de um adaptador na transferência da informação do 
núcleo para o citoplasma. Proposição que se confirmou e que estabeleceu o que 
conhecemos como dogma central da biologia molécula. A idéia por trás deste dogma é a 
de que o DNA é transcrito para mRNA (RNA mensageiro) e este traduzido para 
proteínas. 
Dados publicados em 2005 e 2006 mostram que o genoma humano é ativamente 
transcrito e muitos destes transcritos não são traduzidos a proteínas. Entender o papel 
destes RNAs é campo de intensas pesquisas atualmente. Aqui não trataremos neste nível 
de profundidade. Concentraremos-nos ao processo de transcrição de RNAs que 
possuem informação para síntese de proteínas e da maquinaria necessária para traduzir a 
informação do mRNA em proteínas. 
O número de regiões no DNA que codificam para proteínas, de agora em diante 
denominadas de genes, é um tem controverso e para o qual ainda não há um valor 
definitivo. Já se falou em 100.000 e o número em pauta atualmente é de algo em torno 
de 35.000 genes. 
Alguns elementos definem uma determinada seqüência do genoma como sendo 
um gene. De maneira geral, existindo exceções, os elementos que constituem um gene 
são os elementos regulatórios, o promotor, o sitio de inicio da transcrição, os exons, 
introns e o sitio de final da transcrição. Os exóns representam as regiões que realmente 
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serão traduzidas a uma seqüência de aminoácidos e assim formando proteína.A figura 
16 representa a estrutura básica de um gene em eucariotos. 
Figura 16 – Elementos básicos em uma seqüência de DNA que constituem um gene em eucariotos 
 
11. A transcrição do gene 
As seqüências regulatórias e o promotor são reconhecidos por proteínas, 
denominadas de fatores de transcrição. A presença de fatores de trasncrição específicos 
para uma seqüência regulatória é que definirão se a RNA polimerase transcreverá o 
gene para RNA. Este é o primeiro ponto de regulação da expressão de um gene em 
diferentes tipos celulares. Encontrada as condições para transcrição de um gene a RNA 
polimerase o faz sempre adicionando ribonucleotídeos no sentido 5’ para 3’, gerando 
uma molécula fita simples e com o ribonucleotídeo uracila ao invés da timina. Além da 
característica de ser fita simples, de ter a uracila e não a timina, o RNA se diferencia do 
DNA por ter como açúcar a ribose e não a desoxiribose. A diferença entre estas duas 
moléculas, é a presença de uma hidroxila (OH) no carbono 2’ na ribose, o qual não está 
presente na desoxiribose. 
A transcrição de gene que codifica para a síntese de proteína inicia-se no sítio de 
início da transcrição e termina no sítio final da transcrição gerando o mRNA primário. 
O mRNA primário é constituído de uma porção 5’não traduzida (5’ UTR, do inglês 
unstralated), dos exóns, dos íntrons e da porção 3’ não traduzida (3’UTR). Para que o 
mRNA primário seja exportado ao citoplasma e lá traduzido é necessário que este sofra 
algumas modificações. Estas modificações são coletivamente chamadas de 
processamento do mRNA e implicam na adição de uma 7 metil guanosina (uma guanina 
ribonucleotídeo com um grupo metil) no 5’do mRNA, na adição de uma cauda de 
adeninas na extremidade 3’ e na remoção dos íntrons. A molécula de mRNA processada 
é denominada de RNA maduro e está pronta para ser enviada ao citoplasma onde será 
traduzida. O mRNA maduro é constituído da 7 metil guanosina no 5’, denominada 
como CAP, da proção 5’ UTR, da porção codificante (os exóns juntos sem os íntrons), a 
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porção 3’ não traduzida e a cauda de adeninas (cauda poliA). A figura 17 mostra o 
processo de transcrição e processamento do mRNA. 
 
Figura 17 – Esquema representando o processod e transcrição de um gene desde sua seqüência no DNA até o 
mRNA e o processamento do mRNA. 
 
 
12. A tradução do gene 
Aceito que o mRNA é a molécula intermediária no fluxo da informação genética 
do DNA até as proteínas, uma pergunta a ser respondida é a seguinte: Como uma 
seqüência de nucleotídeos informa sobre a seqüência de aminoácidos em uma proteína? 
Caso um nucleotídeo fosse o suficiente para informar sobre um aminoácido, teríamos 
informação somente para quatro diferentes aminoácidos. O que não faz sentido, já que 
20 é o número de aminoácidos diferentes encontrados nas proteínas. Caso os quatro 
nucleotídeos se combinassem dois a dois para informar sobre um aminoácido, ainda 
assim teríamos combinações de menos. Neste caso 16. Caso os quatro nucleotídeos se 
combinassem três a três, teríamos 64 combinações diferentes. Um número maior que as 
20 combinações necessárias para codificar os 20 aminoácidos encontrados nas 
proteínas. Experimentos demonstrarem ser este o segredo do código genético, três 
nucleotídeos combinados codificando para um aminoácido na proteína. Para alguns 
aminoácidos diferentes combinações os codificavam. Este conjunto de três nucleotídeos 
é denominado de códon. Além dos codons com informação para cada aminoácido, três 
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codons foram identificados como tendo a informação para finalizar a tradução. A figura 
18 representa o código genético. 
 
Figura 18 – Tabela do código genético. Para formar um códon uma letra da esquerda, com uma da parte 
superior e com uma letra da direita na tabela. Stop representa os codons de terminação da tradução. 
 
Como vimos na replicação do DNA e na transcrição, estes processos são sempre 
levados a cabo por um grande conjunto de moléculas trabalhando de maneira 
coordenada. Chamamos estes conjuntos de maquinaria de replicação e maquinaria de 
transcrição. Para a tradução não é diferente, há também a maquinaria de tradução. Entre 
as moléculas e macromoléculas que fazem parte desta maquinaria, os ribossomos 
(organela celular composta por proteínas e RNAs), o RNA transportador (tRNA) e o 
próprio mRNA são aqueles que trataremos neste texto afim de dar uma visão do 
processo de tradução. 
Os ribossomos são organelas constituídas por duas subunidades, uma maior e 
uma menor, que se encontram dissociadas no citoplasma. Estas subunidades se 
associam ao mRNA mensageiro através da 7 metil guanosina e de seqüências no 
5’UTR. Esta estrutura se desloca ao longo do 5’UTR até posicionar o primeiro códon 
em um sitio denominado de P e o segundo códon em um sítio denominado de A. O 
primeiro códon a ser traduzida é invariavelmente um AUG, codificando para uma 
metionina. Este códon é denominado de códon de iniciação da tradução. Com os dois 
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condons posicionadosno sítio P e no sítio A, tRNAs através de seqüências 
complementares aos codons, denominadas de anticondons se paream com os codons. Os 
RNAS trasnportadores, tem esta denominação por transportarem até os ribossomos os 
aminoácidos. Há uma relação entre o anticódon e o aminoácido transportado pelo 
tRNA. E como o anticondon é complementar a um códon específico, está aí a maneira 
como as três letras no DNA, transcritas no mRNA, são agora traduzidas em um 
aminoácido. Com os dois tRNAs posicionados no ribossomo, proteínas e RNAs 
ribossomais (rRNA) catalizam a ligação entre o aminoácido do tRNA no sítio P para o 
aminoácido no tRNA do sítio A. A ligação entre os dois aminoácidos é chamada de 
ligação peptídica. O tRNA do sítio P, agora sem aminoácido é liberado e o tRNA do 
sítio A agora com dois aminoácidos ligados a ele é trasnferido para o sítio P, deixando o 
sítio posicionado em outro códon para que um novo tRNA com anticódon especifico se 
posicione. Agora os dois aminoácidos ligados ao tRNA no sítio P são ligados ao 
aminoácido no novo tRNA no sitio A, gerando um tRNA com três aminoácidos ligado a 
ele. Este processo se repetirá tantas vezes até que um códon de terminação se posicione 
no sítio A, sinalizando para o final da tradução, liberando a seqüência de aminoácidos 
do tRNA e dissociando toda a maquinaria de tradução. Esta seqüência de aminoácidos 
representa a proteína codificada pelo gene que foi transcrito e traduzido. Afigura 19 
esquematiza o processo de tradução. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 19 – Esquema da tradução, mostrando que a medida que o ribossomo se desloca ao longo do 
mRNA, tRNAs reconhecem os codons através dos anticodons e levam ao ribossomo os aminoácidos 
específicos para formar a proteína.