Resumo III Bioquimica I (DNA)

Prévia do material em texto

Bioquímica I – Resumo do Módulo III (Biologia Molecular) 
 
 
 O DNA é uma molécula de função ímpar nos organismos vivos. Hoje em dia é de 
conhecimento geral que elas estão totalmente ligadas ao armazenamento e transmissão de 
informação, condição fundamental para a vida. Além dos DNA, moléculas compostas por 
desoxirribonucleotídeos, temos as moléculas de RNA, compostas por ribonucleotídeos e que 
apresentam múltiplas funções, como a de transmissão de mensagens, composição de 
organelas, armazenamento e transmissão de informação como o DNA, além de diversas outras 
coisas. 
 A genética molecular começou a ser reconhecida como ciência apenas no século XX, 
quando ocorreram uma série de experimentos importantes os quais deram base para todo o 
conhecimento que temos atualmente sobre assunto. Dentre esses experimentos clássicos, 
podemos citar cinco: 
 Experimento de Griffiths (1928) 
Feito a partir da manipulação de cepas de Pneumocócus (Streptococcus pneumaniae), 
Frederick Grifitths realizou um processo denominado transformação bacteriana, tipo de 
recombinação característica de bactérias. Esse experimento envolveu dois tipos de cepas: as 
cepas S, as quais possuiam virulência e as cepas R, que eram uma forma mutada, sem 
virulência. Dessa forma, utilizando cobaias, ele fez quatro testes mudando as combinações de 
cepas. 
Na primeira cobaia, ele adicionou somente a cepa S vivas, resultando na morte do 
camundongo. Na segunda, ele adicionou as cepas S aquecidas e portanto, mortas pelo calor. 
Como resultado, essa segunda cobaia permaneceu viva. Na terceira cobaia ele adicionou 
apenas as cepas R vivas e, como era esperado, a cobaia permaneceu viva. Na quarta cobaia ele 
misturou as cepas tipo S mortas pelo calor com as tipo R vivas, combinação a qual levou o 
camundongo ao óbito. 
 
 Então, a partir disso, Griffiths descobriu a existência de um “princípio transformante”. 
Hoje, como mencionado acima, sabemos que o que ele fez nada mais foi do que um processo 
denominado transformação, na qual uma parte ou todo um genoma de um indivíduo é 
incorporado em outro, lhe dando características fenotípicas novas. 
 Experimento de Avery, McLoad & McCarthy 
A partir dos resultados obtidos por Griffiths, em 1944, Avery, MacLoad & McCarthy 
publicaram a primeira evidencia direta que o matrial genético era o DNA e não uma proteína. 
Esse experimento utilizou uma série de lisozimas especiais para diferentes moléculas, ou seja, 
RNAses, Proteases, DNAses, Lipases em cepas S e depois adicionando-as em culturas com 
cepas R. Apenas em um caso tivemos apenas cepas R no final do experimento: quando as 
cepas S foram tratadas com DNAses. Dessa forma eles descobriram que o DNA era o “principio 
transformante” de griffiths 
 
 Experimento de Hershey e Chase 
Através de experimentos utilizando um bacteriófago T2 (vírus), responsável por 
infectar E. coli, Alfred Hershey e Martha Chase publicaram em 1952 mais uma prova de 
que o DNA era o princípio transformante. O experimento se concentrou basicamente na 
marcação dos capsídios virais e do DNA desse bacteriófago. Primeiramente eles marcaram 
os capsídios com 35S e adicionaram o vírus em meio de cultura de E. Coli. Feito isso, ele 
adicionaram esse mix em uma centrífuga e feito isso, eles perceberam que a porção 
radioativa estava no sobrenadante enquanto o pellet de células continha pouca 
radioatividade. 
Em outro mix, eles adicionaram o mesmo bacteriófago, mas dessa vez ao invés de 
marcação com enxofre no capsídio, marcaram os fosfatos do DNA. Dessa forma, o material 
genético continha 32P, isótipo radioativo do fosforo. Após a confecção do mix desse 
bacteriófago com a E. coli e centrifugação, perceberam a formação de um pellet de células 
com radioatividade enquanto o sobrenatante era bem pouco radioativo. A partir desses 
resultados eles concluiram que era o DNA a molécula que era capaz de adentrar as células 
bacterianas e provocar a reprodução desses vírus. 
 
 
 Experimento de Chargaff (1940) 
Realizado por Erwin Chargaff e seus colaboradores, foi responsável por descobrir que as 
quatro bases nucleotídicas do DNA eram encontradas em porções diferentes nos DNAs de 
organismos diferentes e que as quantidades de certas bases estavam relacionadas. A partir 
desses dados, eles chegaram as seguintes conclusões: 
1. A composição de bases do DNA, em geral, varia de uma espécie para outra 
2. Amostras de DNA isoladas de diferentes tecidos da mesma espécie têm a mesma 
composição de bases 
3. A composição de bases de DNA em uma dada espécie não muda com a idade do 
organismo, seu estado nutricional ou a mudança de ambiente 
4. Em todos os DNAs celulares, independentemente da espécie, o número de resíduos da 
adenosina é igual ao número de resíduos da timidina (ou seja %A=%T) e o número de 
resíduos de guanosina é igual ao número de resíduos de citidina (ou seja %G=%C). A 
partir disso, conclui-se que a soma dos resíduos de purinas (A ou G) é igual à soma dos 
resíduos de pirimidina, ou seja, A + G = T + C. 
 
 Experimento de Watson & Crick (1953) 
A partir dos resultados de Chargaff e de dados cristalográficos fornecidos por Maurice 
Wilkins e Rosalind Franklin, Watson & Crick deduziram a estrutura correta do DNA. Eles 
posturalaram que essa molécula se organizava em uma dupla hélice dextrógira em qual 
cada cadeia polinucleotídica, formada por nucleotídeos, é ligada por ligações fosfodiester 
e as cadeias adjacentes são ligadas a partir de pontes de hidrogenio entre as bases 
nitrogenadas. Postularam também que as fitas de DNA eram na realidade não iguais mas 
sim complementares e que cada par de bases ligadas estavam a 0,34 A de distância um do 
outro e que cada torção da molécula é formada por 3,6 A, contendo 10 pares de 
nucleotídeos. Durante uma volta eles tende a assumir uma conformação um pouco mais 
distendida. 
Os ácidos nucleicos 
A sequência de aminoácidos de cada proteína em uma célula e a sequência 
nucleotídica de cada RNA são especificada pela sequência nucleotídica do DNA da célula. Um 
segmento de uma molécula de DNA que contém a informação necessária para a sintese de um 
produto biológicamente funcional, seja ele uma proteína ou DNA, é denominado gene. Uma 
célula costumam ter milhares dessas sequências, fazendo com que não seja uma surpresa o 
tamanho das moléculas de DNA, molécula responsável então pelo armazenamento e 
transferência de informação biológica, única função conhecida desse polímero. 
O RNA, ao contrário do DNA, tem amplas funcionalidades dentro de uma célula e 
podem ser configurar em diferentes classes dentro de uma célula. Os RNA ribossomais 
(rRNAs) são componentes dos ribossomos, os complexos que executam a síntese proteica. Os 
RNAs mensageiros (mRNAs) são intermediários, carregando a informação genética de um ou 
poucos genes para o ribossomo, local onde teremos a produção efetiva de uma proteína. Os 
RNAs transportadores (tRNAs) são moléculas adaptadoras que traduzem fielmente a 
informação no mRNA em uma sequência específica de aminoácidos. Por mais que essas três 
classes de moléculas sejam as mais conhecidas, elas não representam a maioria do RNA 
gerado em uma célula. Temos os RNAs especiais que apresentam diversas funções celulares. 
Os Nucleotídeos 
 Os nucleotídeos são unidades monoméricas que geralmente estão associadas a 
formação dos ácidos nucleicos. Entretanto, essas móleculas são responsáveis por muito mais 
funções dentro da estruturação e metabolismo de uma célula. Dentre essas funções podemos 
citar: 
 São moedas energéticas nas transações metabólicas (ATP e GTP por exemplo); 
 Essenciais na resposta celular a hormônios e outros fatores extracelulares (cAMP); Importantes na estrutura de cofatores enzimáticos e intermediários metabólicos 
(Coenzima A); 
 Armazenamento de informação genética (RNA e DNA); 
Estrutura dos nucleotídeos 
Os nucleotídeos apresentam três componentes característicos: 
 Uma base nitrogenada (contendo nitrogênio em sua composição); 
 Uma pentose (glicídeo) 
 Um ou mais fosfatos 
Quando a molécula está livre do grupamento fostado, é denominada de nucleosídeo. As 
que possuem são denominadas de nucleotídeos. 
 
Estrutura de um ribonucleotídeo. Nos desoxirribonucleotídeos a hidroxila OH é substituída por um H. 
As bases nitrogenadas 
Esses nucleotídios podem ser classificados de duas formas em relação a estrutura da 
base nitrogenada – Adenina, Guanina, Citosina, Timina ou Uracila – relacionada aos compostos 
que as derivam. Quando essa parte da molécula apresenta apenas um anel, é denominada 
pirimidina e quando apresenta dois anéis, é denominada purina. São derivadas de purinas as 
bases Adenina e Guanina e de pirimidinas as bases Citosina, Timina e Uracila. As bases 
nitrogenadas são compostos fracamente básicos, dando esse nome característico, e também 
aromáticos. Graças a característica aromática, todos as moléculas absorvem luz UV a 260 nm 
graças a ressonância do anel. 
 
As puninas e piridimidinas 
O deslocamento dos eletrons entre os átomos no anel confere à maioria das ligações 
caráter parcial de ligação dupla. O resultado é que as pirimidinas são moléculas planares e as 
purinas são próximas de uma estrutura planar com uma leve prega. As bases púricas e 
pirimidicas são hidrofóbicas e relativamente insolúveis em água perto do pH neutro da célula. 
Em pH ácido elas se tornam carregadas e a sua solubilidade aumenta. 
Os grupos funcionais das purinas e das pirimidinas são anéis nitrogenados, grupos 
carbonilas e grupos amino exocíclicos. As ligações de hidrogênio envolvendo os grupos amino 
e carbonila são as forma mais importante de interação entre duas (ou ocasionamente três ou 
quatro) cadeias complementares de ácidos nucleicos. São essas ligações que fazem as bases 
nitrogenadas se ligarem entre si, sendo entre uma Adenina e uma Timina ou Uracila, duas 
ligações e entre Guanina e Citosina, três ligações. Isso, de certa forma, é a fonte para as 
relações e formação dos pares de bases, postulado por Watson e Crick a partir de dados de 
Chargaff. 
A base de um nucleotídeo é ligada covalemente (no N-1 das pirimidinas e nos N-9 das 
purinas) por uma ligação N- β- glicosídica ao carbono 1’ da pentose, e o fosfato é esterificado 
(ou sejam ligado por uma ligação do tipo éster) no carbono 5’. Nessa reação, a pentose, que 
apresenta uma hidroxila livre, que pode se configurar na posição α ou β, mas que geralmente é 
β, reage com uma purina ou pirimidina e um dos grupamentos nitrogenados vai reagir com a 
hidroxila, liberando água e gerando uma nucleosídeo. Com a adição do grupamento fosfato, 
temos o nucleotídeo formado. 
Além das bases já apresentadas acima, podemos ter outras bases diferenciadas ou 
secundárias que nada mais são do que modificações das que foram mencionadas. No DNA, as 
mais comuns são as que possuem formas metiladas das bases principais. Em alguns DNAs 
virais, algumas bases podem ser hidroximetiladas ou glicosiladas. Essas formas alteradas ou 
raras na molécula de DNA muitas vezes estão relacionada a proteção da informação genética 
ou em funções de regulação. Elas também pode ser encontradas em RNAs, principalmente nos 
transportadores. 
Pentoses 
 No que diz respeito ao açúcar, o qual é uma pentose, tal carater pode variar 
dependendo de que ácido nucleico estamos falando. Caso tenhamos um DNA, o tipo de 
pentose que teremos na estrutura do nucleotídeo será uma 2-dexosi-D-ribose e caso 
estejamos falando de um RNA, se tratará de uma D-ribose. Esses dois açúcares são os 
responsáveis por determinar o que é um DNA e o que é um RNA. Além disso, a diferença 
desses açucares se baseia no grupo ligante do carbono 2’ da pentose. Caso seja uma hidroxila 
(OH), se tratará de uma ribose e, caso o que se ligue seja um hidrogênio (H), estaremos 
falando de um dexosirribose. 
Em ambos os casos, a pentose consiste em um anel de β-furanose, o qual não é planar, 
mas é muito próximo disso possuindo conformação pregueada. Os anéis de ribofuranose nos 
nucleotídeos podem existir em quatro diferentes conformações pregueadas. Em todos os 
casos, quatro dos cinco átomos estão em forma planar. O quinto átomo (c-2’ ou c-3’) está no 
mesmo lado (endo) ou no lado oposto (exo) do plano em relação ao átomo de C-5’. 
 
O grupamento fosfato e as ligações fosfodiéster 
 Os nucleotídeos consecutivos dos ácidos nucleicos são ligados covalentemente por 
pontes de grupos fosfato, nas quas os grupos 5’-fosfato de uma unidade nucleotídica é ligado 
ao grupo 3’-hidroxila do próximo nucleotídeo, criando uma ligação fosfodiéster. Portanto, o 
esqueleto covalente dos ácidos nucleicos consiste em fosfatos e resíduos de pentose 
alternados, e as bases nitrogenadas podem ser consideradas como grupos laterais ligados ao 
esqueleto em intervalos regulares. Além disso, o esqueleto do DNA e do RNA possuem caráter 
hidrofílico graças as ligações de hidrogênio que as hidroxilas dos resíduos de açúcar podem 
formar com a água. Dessa forma, entendemos os ribonucleotídeos como mais instáveis que os 
ribonucleotídeos. Isso se dá pois como há mais uma hidroxila livre possibilitando a hidrólise da 
mesma em pH alcalino. 
 As células também contêm nucleotídeos com grupos fosfatos em posições diferentes 
do carbono 5’. Os ribonucleosídeos 2’, 3’-monofosfato cíclicos são intermediários isoláveis e os 
ribonucleosídeos 3’-monofosfato são os produtos finais de hidrólise do RNA por certas 
ribonucleases. Outras variações são adenosina 3’, 5’-monofosfato cíclico (cAMP) e guanosina 
3’, 5’-monofosfato cíclico (cGMP). 
 Todas as ligações fosfodiéster no DNA e no RNA têm a mesma orientação ao longo da 
cadeia, conferindo a cada fita do ácido nucleico uma polaridade específica e extremidades 5’ e 
3’ diferentes. Por definição, a extremidade 5’ não apresenta um nucleotídeo na posição 5’, e a 
extremidade 3’ não apresenta um nucleotídeo na posição 3’. Outros grupos (mais 
frequentemente um ou mais fosfatos) podem estar presentem em uma ou em ambas as 
extremidades. A orientação 5’ para 3’ de uma fita de ácido nucleico refere-se a uma 
extremidade da fita, não a orientação da ligação fosfodiéster individual ligando seus 
nucleotídeos constituintes. 
 
A estrutura dos ácidos nucleicos 
 Assim como nas estruturas proteicas, muitas vezes é útil descrever a estrutura de 
ácidos nucleicos em termos de níveis de complexidade hierárquicos (primário, secundário, 
terciário). A estrutura primária dos ácidos nucleicos é sua estrutura covalente e sequência 
nucleotídica. Qualquer estrutura regular e estável adotada por alguns ou todos os 
nucleotídeos em um ácido nucleico pode ser considerada como estrutura secundária. O 
enovelamento complexo de grandes cromossomos dentro da cromatina eucariótica e o 
nucleoide bacteriano ou o elaborado enovelamento de grandes moléculas de tRNA ou rRNA 
geralmente são considerados estruturas terciárias. 
 Watson e Crick, em 1953, postularam o modelo tridimensional da estrutura do DNA, 
levando em consideração todos os dados disponíveis naquele momento. O modelo consistia 
em duas cadeias de DNA helicoidais enroladas em torno do mesmo eixo para formar uma 
dupla-hélice de orientação à direita. Os esqueletos hidrofílicos de grupos fosfatos e 
desoxirribose alternados estão no lado de fora da dupla-hélice, orientados para a água 
circundante. O anel furanosídeico de cada desoxirribose está na conformação C-2’Endo. Asbases pirimídicas e puricas das duas fitas estão empilhadas dentro da dupla-hélice, com suas 
estruturas hidrofóbicas em forma de anel e quase planares muito perto uma da outra e 
perpendiculares ao eixo longitudinal. O pareamente perfeito das duas fitas cria um sulco maior 
e um sulco menor na superfície do duplex. 
 
 
 Cada base nucleotídica de uma fita está pareada no mesmo plano com a base de outra 
fita. Watson e Crick descobriram que os pares de bases unidos por ligações de hidrogênio de G 
com C e de A com T são aqueles que melhor se enquadram dentro da estrutura, fornecendo 
uma base lógica para a regra de Chargaff que, em qualquer DNA, G=C e A=T. É importante 
também nos atentarmos também ao fato que podem se formar três ligações de hidrogênio 
entre G e C e apenas duas entre A e T. Dessa forma quanto maior for a quantidade de 
pareamentos de G e C, mais difícil será a abertura da fita. 
 Quando Watson e Crick construíram seu modelo, eles tiveram que decidir inicilamente 
se as fitas de DNA seriam paralelas ou antiparalelas, ou seja, se suas ligações fosfodiéster 3’,5’ 
iriam seguir no mesmo sentido ou em sentidos opostos. Uma orientação antiparalela produziu 
o modelo mais convincente, sendo corroborado posteriormente por estudos com DNA-
polimerases e análises de raio-X. 
 Para explicar a periodicidade nos padrões de difração de raios X das fibras de DNA, 
Watson e Crick manipularam modelos moleculares para chegar à estrutura em que a distância 
entre as bases empilhadas verticalmente no interior da dupla-hélice seria de 3,4 Å ; uma 
distância de repetição secundária de aproximadamente 34 Å foi atribuída para a presença de 
10 pares de bases em cada volta completa da dupla-hélice. Em solução aquosa, a estrutura é 
um pouco diferente da que se obteve o DNA, havendo 10,5 pares de bases por volta helicoidal 
e assumindo então 36 A ao invés de 34. 
 As duas cadeias polinucleotídicas antiparalelas da dupla-hélice de DNA não são 
idênticas nem na sua sequência de bases e nem na sua composição. Elas são complementares 
entre si. Sempre que a Adenina está presente em uma cadeia, a timina é encontrada na outra. 
O mesmo ocorre com a Guanina e a Citosina. 
 A dupla-hélice de DNA, ou duplex, é mantida por duas forças: as ligações de hidrogênio 
entre os pares de bases complementares e interações de empilhamento de base. A 
complementaridade entre as cadeias de DNA é atribuída à ligação de hidrogênio entre os pares 
de bases. As interações de empilhamento de bases, as quais são muito inespecíficas no que diz 
respeito à identidade das bases empilhadas, determinam a maior contribuição para a 
estabilidade da dupla-hélice. 
 Por fim, esse modelo permitiu Watson e Crick visualizarem muito antes da 
disponibilidade de dados comprobatórios, que essa estrutura poderia ser replicada de forma 
lógica pela separação das duas cadeias e síntese de uma cadeia complementar a cada uma 
delas. Uma vez que, em cada nova cadeia, os nucleotídeos são unidos na sequência 
especificada pelas regras de pareamente de bases postulada por Chargaff, cada cadeia 
preexistente funciona como molde para direcionar a síntese de uma cadeia complementar. 
Dessa forma, sabemos hoje em dia que a replicação é portanto semi-conservativa e é um 
mecanismo elegante e inteligente de perpetuação de informação genética. 
 
As diferentes formas tridimensionais possíveis para o DNA 
 O DNA é uma molécula extremamente flexível. Rotação considerável é possível em 
torno de vários tipos de ligações no esqueleto açúcar-fosfato (fosfodesoxirribose) e flutuação 
térmica pode produzir enovelamento, alongamento e desnaturação (fusão) das cadeias. 
Muitas variações significativas da estrutura de DNA de Watson e Crick são encontradas no DNA 
celular, algumas ou todas elas podem ser importantes no metabolismo de DNA. Essas 
variações estruturais geralmente não afetam as propriedades-chave do DNA descritas por 
Watson e Crick: complementaridade das cadeias, cadeias antiparalelas e a exigência do 
pareamento A=T e G=C. 
 Variação estrutura no DNA reflete três aspectos: as diferentes conformações possíveis 
da desoxirribose, a rotação em torno das ligações contíguas que constituem o esqueleto de 
fosfodesoxirribose e a rotação livre em torno da cade C-1’-N-glicosídica. Devido a restrições 
estéricas, as purinas nos nucleotídeos púricos estão restritas a duas conformações estáveis 
com respeito à desoxirribose, denominadas syn e anti. As pirimidinas geralmente estão 
restritas à conformação anti, devido a interferências estéricas entre o açúcar e o oxigênio da 
carbonila no C-2 da pirimidina. 
 A estrutura de Watson e Crick também é conhecida como forma B do DNA ou B-DNA. 
Existe, entretanto mais duas formas bem caracterizadas: as formas A e Z. A forma B é a 
estrutura mais estável para uma molécula de DNA de sequência aleatória sob condições 
fisiológicas, sendo, desta forma, o ponto de referência padrão em qualquer estudo das 
propriedades do DNA. A forma A é favorecida em muitas soluções que são relativamente livres 
de água. A forma Z é a mais modificada de todas, tendo esse formato associado a regulação 
gênica já que quando a molécula está nessa conformação não há expressão. 
 
 
 Algumas sequências de DNA adotam estruturas incomuns. As variações estruturais 
dependentes de sequência encontras em cromossomos grandes podem afetar a função e 
metabolismo dos segmentos de DNA em suas adjacências. Um exemplo claro é o 
aparecimento de curvaturas no DNA quando temos quatro ou mais resíduos de adenosina 
sucessivamente em uma cadeia. Outro tipo de sequência bem comum é um palindromo, que 
são sequências de ácidos nucleicos de fita dupla com simetria dupla ou seja regiões de DNA 
com repetições invertidas de sequências de bases tendo simetria dupla nas duas cadeias de 
DNA. Tais squencias são autocomplementares dentro de cada cadeia e, consequentemente 
tem potencial de formar grampos ou estruturas cruciformes. 
 Outras estruturas de DNA incomuns envolvem três ou até mesmo quatro cadeias de 
DNA (formando triplex ou tetraplex de DNA). Os nucleotídeos participantes de um par de 
bases do tipo Watson-Crick (A=T ou C=G) podem formar ligações de hidrogênio adicionais, 
especialmente com grupos funcionais ancorados no sulco maior. Os átomos que participam na 
ligação de hidrogênio do triplex de DNA frequentemente são denominados posições de 
Hoogsteen e o pareamento do tipo não Watson-Crick é chamado de pareamento de 
Hoogsteen. 
 Os triplex são mais estáveis em pH mais baixos e podem se formar facilmente quando 
temos uma cadeia de pirimidinas em uma fita e outra só de purinas na complementar. Os 
tetraplex (tetraplex G) são mais ocorrentes em DNAs com altas quantidades de guanosinas e 
são estáveis em uma série de situações. É importante salientarmos ainda que os palindromos e 
as estruturas triplex e tetraplex são de grande importância para a regulação gênica. Os 
palindromos são geralmente sítios de reconhecimento de proteínas de DNA e as outras 
estruturas são responsáveis por diminuir a expressão gênica. 
Propriedades químicas da molécula de DNA 
 Como o papel do DNA envolve a transmissão e reposição da informação genética, a 
manutenção da sua forma e sua estabilidade são fatores cruciais. A molécula podem sofrer 
pequenas alterações químicas naturalmente que são lentas e pequenas mas que, ainda assim, 
podem ser significativas. Processos como a carcinogênese e envelhecimento podem estar 
intimamente ligados ao acúmulo lento e irreversível de alterações no DNA. Dessa forma a 
preservação de sua estrutura e crucial para que os processos metabólicos ocorram de forma 
correta. 
 Tanto o DNA quanto os RNAs dupla-hélices podem ser desnaturadosa partir da 
mudança de temperatura e pH. Em pH 7,0 e temperatura ambiente o DNA está em sua 
estrutura nativa mas ao ser submetido a situações de pH extremos ou ainda, de altas 
temperaturas, esse desenovelamento ou fusão pode ocorrer. E esse desenovelamento pode 
ser ainda parcial ou total. Em ambos os casos o reenovelamento ocorre mas no total ele é 
mais lento enquanto que o parcial, quando posto em situação “normal” de temperatura e pH 
reenovela rapidamente. 
 O rompimento das ligações de hidrogênio entre pares de bases e de bases empilhadas 
causam desenrolamento da dupla-hélice para formar duas cadeias simples, completamente 
separadas uma da outra pela molécula inteira ou denominado efeito hipercrômico. A transição 
entre DNA de cadeia dupla e a forma desnaturada de cadeia única pode ser então detectada 
pelo monitoramento da absorção de luz UV a 260 nm, sendo quando mais enovelada, menor a 
absorção. 
 Podemos ainda estabelecer as quantidades de G eC ou A e T a partir da temperaturas 
em DNAs bacterianos ou virais. Isso ocorre porque com o calor, eles desnaturam 
vagarosamente. A temperatura de melting ou de fusão (Tm) representa a temperatura em que 
50 % desse DNA está desnaturado. Quanto maior for o percentual de G e C, maior será essa 
temperatura de melting. Entretanto, as taxas de desnaturação ainda podem ser afetadas por 
faltores com temperatura, comprimento, concentrações de fragmentos de DNA, 
concentrações de sais, logo, esses fatores precisam ser mantidos constantes caso queiramos 
medir esses parâmetros. 
 DNAs de cadeia simples desnaturados de duas espécies podem formar o denominado 
duplex híbrido, sendo o grau de hibridização totalmente dependente da extensão das 
sequências semelhantes e dos fatores citados acima. A possibilidade de formação desses 
duplex é reflexo da herança evolutiva de algumas regiões muito conservadas, que 
provavelmente geram proteinas e RNAs os quais tem função semelhantes em diferentes 
espécies. 
Transformações não-enzimáticas 
 Os nucleotídeos e ácidos nucleicos também podem sofrer transformações as quais não 
necessitam de nenhuma enzima para ocorrer. As alterações na estrutura do DNA que 
produzem mudanças permanentes na informação genética codificadas pelo DNA são 
chamadas de mutações. A partir disso podemos ter a desaminação dos nucleotídeos, as quais 
geram mal pareamento. É necessário ressaltar o caso da Uracila, que com a amina, assume 
forma de citosina. Dessa forma, não haveria como diferenciar uma base da outra e, por isso, a 
evolução padronizou a timina como componente do DNA muito provavelmente. Outro tipo de 
modificação é a hidrólise das ligações N-B-Glicosídicas entre as bases e as pentoses. Outras 
reações podem ser promovidas pela radiação UV, ou como os raios X ou Gama, radiações essas 
que cedem energia para a formação de dímeros (ligações entre grupos que não deviam se 
ligar) e provocar dobras, gerando consequências indesejáveis. 
 O DNA também pode ser danificado por reagentes químicos introduzidos por usos de 
produtos de atividade industrial. São divididos em duas classes principais: (1) agentes 
desaminantes, especialmente ácido nitroso (HNO2) ou compostos que podem ser 
metabolizados a ácido nitroso ou nitritos e (2) agentes alquilantes. Entretanto a fonte mais 
importante de alterações mutagênicas no DNA é o dano oxidativo. Espécies reativas de 
oxigênio como peróxido de hidrogênio, radicais hidroxila e radicais superoxidos, surgem como 
produtos do metabolismo aérobio. As células possuem um sistema de defesa utilizando 
enzimas que convertem esses compostos reagentes em inofensivos. Entretanto, uma fração 
desses composto sempre escapa promovendo esse dano. 
Metilação do DNA 
 Certas bases nucleotídicias em moléculas de DNA são metiladas enzimáticamente. A 
adenina e a citosina são metiladas com mais frequência do que guanina e timina. A metilação 
geralmente pe restrita a certas sequências ou regiões da molécula de DNA. Em alguns casos, a 
função dessa metilação é bem conhecida mas em outros, a sua ocorrência ainda é bastante 
obscura. Sabe-se entretanto que esses eventos estão relacionados a regulação transcricional e 
reconhecimento de DNA, no caso de E. coli. 
 Outras funções dos nucleotídeos 
 Além de suas funções como subunidades dos ácidos nucleicos, os nucleotídeos tem 
uma variedade de outras funções em cada célula, tais elas: como carreadores de energia ou 
moedas energéticas; como componentes de cofatores enzimáticos; e como mensageiros 
químicos. 
1) Carreadores de energia 
O grupo fosfato ligado covalentemente na hidroxila 5’ de um ribonucleotídeo pode ter um ou 
dois fosfatos adicionais ligados. As moléculas formadas são conhecidas como nucleosídeos (?) 
mono, di e trifosfatos. Iniciando a partir da ribose, os três fosfatos geralmente são rotulados 
de a, b e y. A hidrólise de nucleosídeos trifosfatos produz energia química parada direcionar 
muitas reações celulares. A adenosina 5’-trifosfato, também conhecida como ATP, é a mais 
utilizada mas UTP, GTP e CTP também podem ser utilizados em algumas reações. 
2) Cofatores enzimáticos 
Uma série de cofatores enzimáticos que servem para uma ampla gama de funções químicas 
inclui a adenosina como parte de suas estruturas. Eles não são estruturalmente relacionados, 
exceto pela presença de adenosina. Ou seja, o nucleosídeo não tem atividade direta sob o 
substrato mas, caso retirarmos ele, a atividade enzimática cai drasticamente. Evolutivamente a 
adenosina foi mantida para essa função apenas por uma economia. Ou seja, parece ser 
vantajoso termos um composto para multiplas funções. Essa economia também se aplica a 
estruturas das proteínas. O domínio denominado cavidade de ligação de nucleotídeo o qual 
tem como função se ligar a adenosina, é o mesmo e pode ser utilizado em diferentes enzimas. 
3) Reguladores 
Células respondem a seu ambiente por receberem avisos dos hormônios ou outros sinais 
químicos externos. A interação desses sinais químicos extracelulares – também conhecidos 
como primeiros mensageiros – com receptores na superfície da célula muitas vezes leva à 
produção de segundos mensageiros dentro da célula, os quais, por sua vez, conduzem a 
mudanças adaptativas no interior da célula. Muitas vezes esses segundos mensageiros nada 
mais são do que um nucleotídeo. Um dos mais comuns é a adenosina 3’, 5’-monofosfato 
cíclico ou cAMP. Outro nucleotídeo regulador, o ppGpp é produzido em bactérias como 
resposta a uma redução de velocidade da síntese proteica durante a falta de aminoácidos. 
 
O metabolismo do DNA 
O DNA, assim como os outros elementos da célula, também está sujeito a processos 
metabólicos. Dentre esses processos podemos incluir a replicação, o reparo e a 
recombinação. 
Replicação do DNA 
 Antes mesmo das descobertas de Watson e Crick, já sabia-se que algo dentro das 
células era capaz de se dividir e criar cópias fiéis de si mesmo, perpetuando a informação. Com 
as descobertas de Watson e Crick, os quais estipularam que cada fita de DNA é um 
complemento da outra além do fato de que elas podem desnaturar e renaturar, esse 
mecanismo inteligente e elegante de perpetuação ou replicação pode ser deduzido com mais 
clareza. Ademais, ficou provado tambem que as propriedades fundamentais do processo de 
replicação do DNA e os mecanismos utilizados pelas enzimas que o catalisam são, em essência, 
idênticos em todas as espécies. 
 O ciclo celular é composto por quatro fases: G1, S e G2 configurando o período da 
intérfase e pela mitose, que nada mais é do que o momento da divisão celular. G1 e G2 estão 
relacionados ao crescimento da célula e, por conseguinte, sua preparação para a divisão mas 
devemos ter foco na faseS, que é quando esse crescimento cessa por um momento e ocorre a 
duplicação das fitas de DNA. 
 A replicação tem um caráter semi-conservativo, ou seja, cada molécula filha possui 
uma fita da molécula mãe além de um recém sintetizada. Isso foi provado através por 
Meselson-Stahl, que através de experimentos com isótopos 14N e 15N. Primeiramente as células 
foram cultivadas por muitas gerações em meio contendo apenas nitrogênio pesado (15N) de 
modo que todo o nitrogênio do DNA fosse esse. Quando centrifugado em um gradiente de 
CsCl uma banda única surgia próxima ao fundo do tubo. Após obterem esses dados, eles 
transferiram essas células para um meio de cultura rico em nitrogênio leve (14N), deixaram as 
células replicarem por uma geração e levaram a centrifugação. O resultado foi uma banda 
mediana, distante da primeira obtida. Por fim, eles deixaram essas células por mais um tempo 
nesse meio com nitrogênio leve e, ao centrifugar o resultado foi a obtenção de mais uma 
banda, dessa vez mais próxima do topo do tubo, bem mais leve. 
 A partir desses resultados eles conseguiram provar o caráter semi-conservativo da 
replicação, ou seja, as primeiras moléculas, apenas com 15N ao serem inseridas em um meio 
apenas com 14N geram moléculas filhas com uma fita com 15N, a qual serviu como molde e 
outra com 14N, a qual foi sintetizada posteriormente. Com o segundo ciclo, agora tivemos essas 
fitas recém-sintetizadas com 14N em sua composição funcionando como molde e gerando 
moléculas apenas compostas por 14N. 
 
 
 A replicação começa em uma origem e em geral segue bidirecionalmente. O 
desenovelamento do DNA, ao contrário do que se pensou primariamente, não ocorre de uma 
única vez. Durante a duplicação do DNA, temos a abertura das fitas e formação das forquilhas 
de replicação, onde o DNA está sendo desenrolado e as fitas separadas rapidamente 
replicadas. 
 A sintese desse DNA ocorre sempre no sentindo 5’ -> 3’, o que levou ao 
questionamento de muitos cientistas: como ambas as fitas, de forma continua, vão ter essa 
síntese em direções contrárias com apenas uma enzima? Em 1960, Okazaki descobriu que uma 
das novas fitas de DNA é sintetizada em pequenos pedaços, os quais, nós chamamos 
atualmente de fragmentos de okazaki. A partir disso concluiu-se que uma fita é sintetizada 
continuamente e a outra, descontinuamente. A fita contínua, também chamada de fita lider, é 
aquela em que a 5’->3’ segue na mesma direção do movimento da forquilha de replicação. A 
fita descontínua, ou fita retardada, é aquela em que a síntese 5’->3’ prossegue na direção 
oposta da direção do movimeno da forquilha. 
 Antes de abordamos sobre os componentes que promovem a síntese do DNA, é 
importante termos em mente que existem enzimas responsáveis também por sua degradação. 
Essas enzimas são conhecidas como nucleases ou DNases (ou RNases, no caso do RNA). Essas 
enzimas se dividem em duas grandes classes: as exonucleases e as endonucleases. As 
exonucleases tem capacidade de degradar tanto 5’ -> 3’ quanto no sentido 3’ -> 5’ mas sempre 
removendo os nucleotídeos das extremidades. Já as endonucleases agem em sítios específicos 
do DNA ou de uma molécula de ácido nucleico. Algumas endonucleases clivam apenas 
sequências específicas de DNA, sendo desse grupo, as endonucleases de restrição, as quais 
apresentam um potencial biotecnológico. 
 A síntese de DNA ocorre por ação de enzimas específicas, denominadas DNA-
Polimerases. 
 Primeira polimerase a ser descoberta foi a DNA polimerase I, que é uma enzima 
formada a partir de um único polipeptídeo. A partir de estudos com essa enzima, o porcesso 
de síntese de DNA pode ser caracterizado. A reação fundamental é a transferência do grupo 
fosforil. O nucleófilo é o grupo 3’- hidroxila do nucleotídeo na extremidade 3’ da fita em 
crescimento. O ataque nucleofílico ocorre no fósforo a do deoxinucleosídeo-5’-trifosfato que 
chega. O pirofosfato inorgâncio é liberado na reação. 
 
(dNMP)n + dNTP  (dNMP)n+1 + Pirofosfato (Ppi) 
 DNA DNA alongado 
 A catálise por praticamente todas as DNA-polimerases envolve principalmente dois 
íons de Mg2+ no sítio ativo. Um desses auxilia a retirar o próton do grupo 3’-hidroxila, 
tornando-o um nucleófilo mais eficaz. O outro se liga ao dNTP de entrada e facilita sua saída 
do pirofosfato. 
 Além desse íon, estudos recentes comprovaram que as polimerases tem duas 
necessidades básicas: precisam de um molde e de um primer. A reação de polimerização é 
guiado por uma fita-molde de DNA, de acordo com as regras de pareamento de base previstas 
por Watson e Crick: onde uma guanina está presente em um molde, um desoxinucleotídeo 
citosina é adicionado à nova fita, e assim sucessivamente. Quanto ao primer, ou iniciador, 
nada mais é do que um segmento de fita, complementar ao molde, com um grupo 3’-hidroxila 
livre, ao qual um nucleotídeo pode ser adicionado; a extremidade 3’ livre do iniciador é 
denominada de terminal do iniciador. Em outras palavras, parte dessa nova fita já deve estar 
no lugar: todas as DNA-polimerases só podem adicionar nucleotídeos a uma fita preexistente. 
Muitos iniciadores são oligonucleotídeos de RNA em vez de DNA, e enzimas especializadas 
sintetizam iniciadores quando e onde são necessários. 
 Um sítio ativo de DNA-polimerase tem duas partes. O nucleotídeo que chega é 
inicialmente posicionado no sítio de inserção. Uma vez que a ligação fosfodiester é formada, a 
polimerase desliza para frente no DNA e o novo par formado agora é posicionado no sítio de 
pós-inserção enquanto no sítio de inserção, outro nucleotídeo é adicionado. 
 
 A replicação prossegue com extraordinário grau de fidelidade. Em E. coli, um erro 
acontece apenas a cada 109 a 1010 nucleotídeos adicionados. Em números relativos, um erro 
ocorre a cada 1.000 a 10.000 replicações. Durante o pareamento, a geometria dos pares de 
bases A e T ou de G e C, além das ligações de hidrogênios específicas entre elas auxiliam no 
correto encaixe das bases. O sítio ativo da DNA polimerase I acomoda apenas pares de bases 
com essa geometria. Um nucleotídeo incorreto pode ser capaz de fazer uma ligação de 
hidrogênio com uma base no molde, mas ele geralmente não se encaixará no sítio ativo. Bases 
incorretas podem ser rejeitadas antes que a ligação fosfodiéster se forme. 
 Além disso, um mecanismo intrínseco a praticamente todas as DNA-polimerases é uma 
atividade de exonuclease separada 3’  5’ que realiza uma dupla verificação em cada 
nucleotídeo após sua adição. Essa atividade de nuclease permite a remoção pela enzima de um 
nucleotídeo adicionado recentemente e é altamente específica para pares de bases não 
correspondentes. Se a polimerase adicionou o nucleotídeo errado, a translocação da enzima 
para a posição onde o próximo nucleotídeo seria adicionado é inibida. Essa pausa cinética 
fornece a oportunidde para uma correção. A atividade da exonuclease de 3’  5’ remove o 
nucleotídeo malpareado, e a polimerase reinicia novamente. Essa atividade é conhecida como 
revisão. 
 Existem ainda outros mecanismos de revisão, como é o caso do DNA metilado de E. 
coli. Dessa forma ela consegue identificar qual é o DNA é naturalmente dela e qual foi 
exógeno. Apenas durante e um pouco após a replicação que esse DNA se torna hemi-metilado. 
Isso se dá pois a fita recém-formada ainda não conseguiu ser metilada. 
 Dessa forma temos três polimerases: 
 DNA Polimerase I: envolvida com a limpeza e reparo do DNA durante a replicação; 
 DNA Polimerase II: envolvida principalmente com o reparo; 
 DNA Polimerase III: envolvida com a replicação de fato;A polimerase III é a principal envolvida no processo de replicação. É ela que promove 
de fato a confecção dessas novas fitas de DNA. É uma enzima grande, composta por 13 
subunidades, sendo as subunidades a, e e o formam a porção polimerizadora da enzima. A 
atividade de polimerização fica por conta da subunidade a e a de limpeza, com a subunidade 
e. 
 
 
Estágios da replicação 
 A síntese de uma molécula de DNA pode ser dividida em três estágios: iniciação, 
alongamento e terminação, diferenciando-se tanto pelas reações que ocorrem como pelas 
enzimas necessárias. 
 Iniciação 
 A origem de replicação de E. coli, OriC, consiste em 245 pb e contém elementos 
sequenciais de DNA que são altamente conservados entre origens de replicação 
bacteriana. Dois tipos de sequências apresentam especial interesse: cinco repetições de 
uma sequência de pb (sítios R) que funcionam como sítios de ligação para a proteína 
iniciadora chave DnaA, e uma região rica em pares de base A=T chamada de elemento de 
desenrolamento de DNA (DUE). 
 Pelo menos 10 enzimas ou proteínas diferentes participam da fase de iniciação da 
replicação. Elas abrem a hélice do DNA na origem e estabelecem um complexo de pré-
iniciação para reações subsequentes. O componente crucial no processo de iniciação é a 
proteína DnaA, um membro da família de proteínas AAA + ATPase. 
 
 Enquanto a proteína DnaA promove a abertura das fitas por desnaturação. A DnaB é 
carreada desnaturada pela DnaC e posteriormente deixada no DNA. Como uma helicase 
replicativa, a DnaB migra ao longo da fita simples de DNA na direção 5’  3’, 
desenrolando o DNA ao longo do caminho. As helicases DnaB carregadas nas duas fitas de 
DNA viajam em direções opostas, criando duas forquilhas de replicação potenciais. Todas 
as outras enzimas na forquilha de replicação são ligadas direta ou indiretamente à DnaB. À 
medida que a replicação começa e as fitas de DNA são separadas na forquilha, muitas 
moléculas de proteínas de ligação de DNA de fita simples (SSB) se ligam e estabilizam as 
fitas separadas, e a DNA-girase (DNA-topoisomerase II) alivia o estresse topológico 
induzido à frente da forquilha pela reação de desenrolamento. 
 A iniciação é a única fase da replicação do DNA que é conhecida por ser regulada, e ela 
é regulada de modo que a replicação só ocorra apenas uma vez em cada ciclo celular. O 
mecanismo de regulação ainda não é completamente compreendido, mas estudos 
genéticos e bioquímicos forneceram ideias sobre vários mecanismos regulatórios distintos. 
 Alongamento 
 A fase de alongamento da replicação inclui duas operações distintas, porém 
relacionadas: a síntese da fita líder e a síntese da fita retardada. Várias enzimas na 
forquilha de replicação são importantes para a síntese de ambas as fitas. O DNA parental é 
inicialmente desenrolado pelas DNA-helicases, e o resultante estresse topológico é 
aliviado pelas topoisomerases. Cada fita separada é então estabilizada pela SSB (single-
strand binding protein). A partir desse ponto a síntese das fitas líder e retardada é 
completamente distinta 
 Ambas as fitas são sintetizadas ao mesmo tempo por um único dímero assimétrico de 
DNA-polimerase III, mostrando o porquê a sintese dos fragmentos de okasaki da fita 
retarda é tão complexo. Esse mecanismo só é possivel porque a polimerase forma uma 
alça, de forma que, após a inserção do primer, ela “estica” a fita molde da fita retardada 
formando essa alça. A medida que a replicação ocorre, essa alça vai aumentando até que a 
polimerase chegue no fragmento de okasaki sintetizado anteriormente. Enquanto isso a 
helicase continua a abrir o DNA e a primase, a confeccionar os primers, frequentemente, 
para essa fita. Os fragmentos de okasaki são retirados posteriormente pela DNA 
polimerase I, a qual tem função exonucleolítica 5’  3’, e que depois sintetiza os 
fragmentos de DNA. As ligações fosfodiester são formadas posteriormente pela DNA 
ligase. 
 
 Terminação 
 Nos procariotos, como o DNA é circular, existem sequências de terminação, as TER, 
locais onde deverá ocorrer a parada das forquilhas. Dessa forma, uma proteina TUS se liga 
na sequência TER formando o complexo TER/TUS que, quando uma forquilha chega nesse 
momento, é instantaneamente paralisada e espera a do outro lado chegar para fechar o 
círculo. 
A replicação em eucariotos 
 Os mecanismos de replicação na sua essencia são bem conservados em todos os seres 
mas, em relação aos eucariotos, ele ocorre de forma um pouco mais complexa e diferenciada. 
Nos eucariotos, ao contrário dos procariotos, são encontradas multiplas origens de replicação, 
o que faz sentido dado ao tamanho dos cromossomos humanos por exemplo. Levaria mais de 
500 horas para confeccionar uma nova fita caso só existisse uma origem de replicação. 
 Além disso, assim como as bactérias, os eucariontes têm vários tipos de DNA-
polimerases. Algumas foram associadas a funções especificas, como a replicação do DNA 
mitocondrial. Temos então a DNA-polimerase a, a qual possui atividade muito provavelmente 
de produção de iniciadores dos fragmentos de okasaki, tanto para o DNA quanto para o RNA. A 
DNA-polimerase d, que estende os iniciadores produzidos pela a e essa possui atividade 
comparável a DNA polimerase III dos eucariotos. Temos ainda a DNA-polimerase e que 
substitui a d em algumas situações, como no reparo do DNA. 
Sequenciamento de DNA 
 Frederick Sanger, ao final dos anos 1970, desenvolveu uma metodologia a qual 
possibilitou a determinação de sequências grandes de DNA contando com o melhor 
conhecimento da química dos nucleotídeos e do metabolismo do DNA e em métodos 
eletroforéticos para separação das cadeias de DNA diferindo em tamanho por apenas um 
nucleotídeo. Essa eletroforese é bastante semelhante às de proteína, sendo utilizado gel de 
poliacrilamida ou o gel de agarose como matrizes. 
 O processo de sequenciamente consistia na criação de um ambiente favorável para 
replicação e, adicionando todos os fatores e enzimas necessários. Entretanto, além dos usuais 
dNTPs, eram também utilizados ddNTPs, que são nucleotídeos os quais não contam com uma 
hidroxila no carbono 3’ e, portanto, impossibilita a ação da polimerase. A partir disso, em 
quatro meios distintos, um para cada base, era adicionada o molde e um iniciador marcado 
radioativamente. Posteriormente, era adicionado em cada um dos quatro tubos, um único tipo 
de dNTP e seu ddNTP análogo. No caso do sequenciamento do molde CTAGGTACCATCGA, 
adicionando um iniciador anterior a ele, a sequencia final esperada seria GATCCATGGTAGCT. 
Se em um desses tubos tivesse dATP e ddATP, essa confecção da fita, caso o ddATP fosse 
incorporado, poderia ser GA, GATCCA ou GATCCATGGTA. Essas fitas tem tamanhos diferentes 
dado o seu comprimento, e isso era discriminado no gel de eletroforese. Com esse mesmo 
procedimento ocorrendo em quatro tubos distintos, teriamos todas as possibilidades, sendo 
cada uma parando em um nucleótideo diferente e, cada uma diferindo ainda pelo peso 
molecular. Ao se fazer uma eletroforese e uma autorradiografia da mesma, era possível 
visualizar diferentes bandas, cada uma proveniente de um nucleotídeo diferente da sequência, 
que, quando compilados, era possível determinar a sequência a qual era complementar ao 
molde e que desejamos descobrir. 
 
 Hoje em dia esse sequenciamento já não é mais realizado dessa forma. São utilizados 
leituras a laser para determinação das sequências. O principio é o mesmo de Sanger, só que 
dessa vez os ddNTPs são marcados com uma molécula fluorescente e ao invés de serem 
adicionados em quatro tubos, são adicionado em um único capilar e submetido a eletroforese. 
Com a migração doDNA e passagem pelo laser, o detector verifica a coloração do marcador e 
acusa o nucleotídeo que o contém. Dessa forma, ao final, é possível determinar qual é a 
sequência de DNA. 
Replicação de RNA 
 O RNA é a única macromolécula conhecida que tem papel tanto no armazenamento da 
informação quanto na catálise (ribozimas). Todas as moléculas de RNA, exceto os genomas de 
RNA de certos vírus são derivadas de informação permanentemente armazenada no DNA. 
Durante a transcrição, um sistema de enzimas converte a informação genética de um 
segmento de fita dupla de DNA de um filamento de RNA com uma sequência de bases 
complementar a uma das fitas de DNA. Três tipos principais de RNAs são produzidos: 
 Os RNAs mensageiros (mRNA) codificam a sequência de aminoácidos de um ou mais 
polipeptídeos especificados por um gene ou conjunto de genes. 
 Os RNAs transportadores (tRNA) leem a informação codificada no mRNA e 
transferem o aminoácido adequado para uma cadeia polipeptídica em crescimento 
durante a síntese de proteínas. 
 Os RNAs ribossomais (rRNA) são constituintes dos ribossomos, as máquinas celulares 
intrincadas que sintetizam proteínas. 
 Muitos RNAs adicionais especializados têm funções regulatórias ou catalíticas ou são 
precursores das três classes principais de RNA. Esses RNAs de função especial não são mais 
considerados secundário. Nos vertebrados, esses outros RNAs especiais constituem a maioria 
das moléculas sintetizadas, excedendo as três classes clássicas. 
 Durante a replicação, o cromossomo inteiro é copiado mas quando falamos de 
processos transcrionais, apenas algumas região participam do processo. Essas regiões 
configuram um gene – sequência do DNA que é responsável por codificar uma sequência 
primária de algum produto gênico – ou grupo de genes, que podem ser transcritos 
frequentemente ou então, em situações específicas. Algumas porções do genoma nunca são 
transcritas. A célula restringe a expressão da informação genética à formação dos produtos 
gênicos necessários em qualquer momento particular. O que será transcrito ou não é 
delimitado por sequências regulatórias específicas que marcam o início e o final dos 
segmentos de DNA a serem transcritos e designam qual fita no duplex de DNA será usada 
como molde. A soma de todas as moléculas de RNA produzidas em uma célula sob um 
determinado conjunto de condições é chamado de transcriptoma celular. 
 A sintese dos RNAs se assemelha muito ao processo de replicação, tanto no 
mecanismo químico fundamental, na sua polaridade (direção da síntese) e no seu uso de um 
molde. E, como a replicação, a transcrição tem fases de iniciação, alongamento e terminação. 
Entrentanto, elas diferem por no caso da transcrição não necessitarmos mais de um primer e 
por envolver segmentos específicos no DNA e não ele por inteiro. O RNA transcrito geralmente 
assume forma helicoidal e pode formar ainda grampos e bolhas. 
A RNA-polimerase 
 A RNA-polimerase dependente de DNA precisa, além do molde DNA, de todos os 
quatro ribonucleosídeos 5’trifosfatos (ATP, GTP, UTP e CTP) como precursores das unidades de 
nucleotídeos de RNA, bem como de Mg2+. A proteína também se liga a um Zn2+. O mecanismo 
de síntese de RNA se assemelha muito aos usados pelas DNA-polimerases. A RNA-polimerase 
alonga uma fita de RNA ao adicionar unidades de ribonucleotídeos à extremidade hidroxila 3’, 
construindo o RNA na direção 5’  3’. Assim como na replicação, o grupo hidroxila 3’ atua 
como nucleófilo, atacando o a fosfato do ribonucleosídeo trifosfato que chega e liberando o 
pirofosfato. É importante salientar ainda que a geometria, assim como na DNA-polimerase I, 
também ajuda a determinar se o pareamento está correto. 
(NMP)n + NTP  (NMP)n+1 + Pirofosfato (PPi) 
 RNA RNA alongado 
 A RNA-polimerase precisa de DNA para sua atividade e é mais ativa quando ligada a 
um DNA de fita dupla. A fita a qual serve de molde está em direção 3’  5’ e o RNA sintetizado 
tem sequência identica a fita codante, a qual não serve de molde mas carrega a informação de 
fato. 
 A RNA-polimerase dependente de DNA da E.coli é uma enzima complexa, grande, com 
cinco subunidade centrais e uma sexta subunidade, de um grupo denominado σ, com variantes 
designadas pelo peso molecular. Essa subunidade está relacionada ao direcionamento da 
enzima ao sítio de ligação do DNA, sendo liberada posteriormente. A holoenzima pode então 
variar essa região σ. 
 As RNA-polimerases não apresentam um sítio ativo distinto de exonuclease de revisão 
3’5’ e a taxa de erro acaba sendo muito maior. Entretanto, como são feitas muitas cópias em 
forma de RNA de um mesmo gene e por fim degradadas e substituidas, esse erro não é 
perpetuado e portanto não traz grandes consequências. Ainda assim, sabe-se que as RNA-
polimerases pausam sua atividade quando uma base errada e podem retirar um nucleotídeo 
errado na extremidade 3’ fazendo o inverso da reação de polimerização. Entretanto esse 
mecanismo ainda é obscuro. 
 A iniciação da síntese de RNA em pontos específicos de DNA, denominadas regiões 
promotoras ou promotores que dirigem a transcrição de segmentos adjacentes de DNA 
(genes). As sequências em que as RNA-polimerases se ligam podem ser muito variáveis, e 
muitas pesquisas tiveram como foco a identificação das sequências particulares que são 
críticas para a função do promotor. A ligação da RNA polimerase de E. coli se estende desde 
cerca de 70 pb (região -70) antes do sítio de início de transcrição até cerca de 30 pb (região 
+30). Há ainda, regiões especifícas imporantes para a interação do fator σ, que geralmente se 
concentram em torno das posiões -10 e -35. Após a interação, o DNA começa se abrir por 
mudanças conformacionais formando um complexo aberto com a enzima. Com a abertura, a 
transcrição é iniciada no interior do complexo, levando a uma mudança conformacional que 
converte o complexo na forma de alongamento, seguida pelo movimento do complexo de 
transcrição para longe do promotor. A medida que essa enzima anda sobre o DNA, o fator σ se 
dissocia e a proteína NusA se liga à RNA-polimerase em alongamento. Quando a replicação 
acaba, essa proteína se dissocia e a enzima pode se ligar a outra subunidade σ e realizar 
novamente o processo. 
 A terminação nos procariotos pode ocorrer por influência de duas classes de sinais: 
uma classe se baseia em um fator proteico denominado rho (p) e a outra é independente de 
rho. A maioria dos terminadores independentes de rho tem duas características distintivas. A 
primeira é uma região que produz um transcrito de RNA com sequências 
autocomplementares, permitindo a formação de uma estrutura em grampo com 15 a 20 
nucleotídeos no centro antes da extremidade projetada da fita de RNA. A segunda 
característica é um filamento altamente conservado de três resíduos A na fita molde que são 
transcritos como resíduos U próximos da extremidade 3’ do grampo. Quando uma polimerase 
chega a um sítio de terminação com essa estrutura, ela pausa. A formação da estrutura em 
grampo no RNA interrompe vários pares de bases A=U no segmento híbrido de RNA-DNA e 
pode interromper interações importantes entre o RNA e a RNA-polimerase, facilitando a 
dissociação. 
Os terminadores dependentes de rho não têm sequência de resíduos repetidos de A na fita-
molde, mas em geral incluem uma sequência rica em CA chamada de elemento rut. A proteína 
rho se associa ao RNA em sítios de ligação específicos e migra na direção 5’  3’ até alcançar o 
complexo de transcrição que é pausado no sítio de terminação. Aqui ela contribui para livberar 
o transcrito de RNA. A proteína rho tem uma atividadede helicase de RNA-DNA dependente 
de ATP que promove a translocação da proteína ao longo do RNA, sendo o ATP hidrolisado 
pela proteína rho durante o porcesso de terminação. O mecanismo detalhado pelo a proteína 
promove a liberação do transcrito de RNA não é conhecido. 
 
RNA-polimerases em eucariotos 
 Nos eucariotos, encontramos três classes de RNA-polimerases: 
 RNA polimerase I -> relacionada com a síntese de pré-rRNA 
 RNA polimerase II -> relacionada com a síntese de mRNA e snRNA 
 RNA polimerase III - > relacionada com a síntese de tRNA 
 A RNA-polimerase II é central para a expressão gênica de eucariontes. Embora essa 
polimerase seja surpreendentemente mais complexa do que a sua contraparte bacteriana, a 
complexidade mascara uma impressionante conservação da estrutura, função e mecanismo. A 
Pol II isolada da levedura é uma enzima grande com 12 subunidades. A maior subunidade 
(RBP1) apresenta um alto grau de homologia com a subunidade b’ da RNA- polimerase 
bacteriana. Outra subunidade (RBP2) é estruturalmente semelhante à subunidade bacteriana 
b, e duas outras (RBP3 e RBP11) exibem algum grau de homologia estrutural em relação às 
duas subunidades a bacteriana. 
 A RNA-polimerase II requer uma série de outras proteínas, denominadas de fatores de 
transcrição, a fim de formar o complexo de transcrição ativo. Os fatores de transcrição gerais 
necessários a cada promotor da Pol II são altamente conservados em todos os eucariotos. O 
processo de transcrição por essa enzima pode ser descrito em termo de várias fases – 
montagem, iniciação, alongamento e terminação -. 
 O processo de transcrição 
 Primeiramente, temos a criação de um complexo fechado que se forma quando uma 
proteína denominada TBP se liga a uma região rica em Timinas e Adeninas, denominada de 
TATA Box. O complexo TATA/TBP é estabilizado por duas subunidades da polimerase, as 
porção TFIIA e TFIIB. A subunidade TFIIF ajuda então a Pol II a se ligar aos seus promotores, 
tanto pela interação com TFIIB quanto reduzindo a ligação da molécula a sítios inespecíficos do 
DNA. A partir daí, outras duas subsunidades, denominandas TFIIE e TFIIH se ligam para criar 
um complexo fechado. A TFIIH apresenta uma atividade de helicase e promove o 
desenrolamento do DNA próximo ao sítio de ínicio do RNA em um processo ativo, criando 
assim, um complexo aberto. 
 Além de uma atividade de helicase, a porção TFIIH promove a fosforilação na porção 
CTD (domínio carboxil-terminal) da polimerase (região da cauda), associadas a outras 
proteínas. Isso provoca uma mudança conformacional geral no complexo, iniciando a 
transcrição. A fosforilação do CTD também é importante durante a fase de alongamento 
subsequente, com o estado de fosforilação do CTD mudando à medida que a transcrição 
prossegue. Com essa mudança, temos alterações nas interações entre o complexo de 
transcrição com outras proteínas e enzimas, de modo que diferentes combinações de 
proteínas se liguem a esse complexo durante a iniciação e não em estágios superiores. Durante 
a síntese dos 60 a 70 nucleotídeos iniciais de RNA, priemiro a TFIIE e então a TFIIH são 
liberadas, e a Pol II entra na fase de alongamento da transcrição. 
 
 A TFIIF permanece então ligada à Pol II durante o alongamento. Nesse momento 
temos proteínas denominadas fatores de alongamento estimulando a atividade da 
polimerase. Os fatores de alongamento, alguns ligados ao CTD fosforilado, impedem a pausa 
da transcrição e também coordenam as interações entre complexos de proteínas envolvidos 
no processamento pós-transcricional de mRNA. Quando o RNA já está completamente 
transcrito, o processo se encerra, a enzima é desfosforilada e reciclada para que possa reiniciar 
o processo. 
 
Processamento de RNA 
 Muitas das moléculas de RNA em bactérias e praticamente todas as moléculas de RNA 
em eucariotos são processadas em algum grau após a síntese. Dificilmente uma molécula de 
RNA já é liberada pronta logo após a sua transcrição. Esse processamento, que é algo bastante 
interessante, ocorre não por ação de proteínas mas sim por ação de RNAs catalíticos, as 
ribozimas. 
 Uma molécula de RNA que acaba de ser sintetizada e ainda não sofreu nenhum tipo de 
alteração é denominada transcrito primário. Os processamentos mais extensos ocorrem nos 
mRNAs eucariontes e nos tRNA tanto procarionte quanto eucarionte, mas os RNAs especiais e 
os ribossomais também são alvos de alterações. Em um mRNA primário podemos encontrar as 
sequências codificantes provenientes de um gene mas que não se apresentam de forma 
contínua nessa fita. 
 Dentro de um mRNA, podemos ter três tipos básicos de processamento. Podemos ter 
regiões não codificantes, denominadas íntrons, as quais se concentram entre as regiões 
codificantes, sendo essas denominadas éxons. Em um processo denominado splicing de RNA, 
os íntrons são removidos do transcrito primário de forma que após esse processo, os éxons se 
posicionarão de maneira contínua que especifica um polipeptídeo funcional. Os mRNAs de 
eucariontes também são modificados em cada extrremidade. Um resíduo modificado, 
denominado 5’ cap ou quepe 5’ é adicionada à extremidade 5’. Já a extremidade 3’ é clivada e 
80 a 250 resíduos de Adenina são adicionados para criar a denominada cauda poli(A). Esses 
três processos são promovidos por complexos proteícos diferentes mas que não atuam 
independentemente, sendo organizados em associação uns com outros e com o CTD 
fosforilado da Pol II. 
O quepe 5’ 
 A maioria dos mRNAs de eucariontes tem um quepe 5’, um 
resíduo de 7-metilguanosina ligado ao resíduo terminal 5’ do mRNA 
por meio de uma rara ligação trifosfato 5’,5’-trifosfato. O quepe 5’ 
ajuda a proteger o mRNA das ribonucleases. Ele também se liga a um 
complexo de proteínas ligadoras de quepe específico e participa da 
ligação do mRNA ao ribossomo para iniciar a tradução. 
 O quepe 5’ é formado pela condensação de uma molécula de 
GTP com o trifosfato na extremidade 5’ do transcrito. Em seguida, a 
guanina é metilada no N-7, e grupos metil adicionais são 
frequentemente adicionados às hidroxilas 2’ do primeiro e segundo 
nucleotídeos adjacentes ao quepe. Os grupos metil são derivdos da S-
adenosilmetionina. Todas essas reações ocorre logo no ínicio da 
transcrição, após os primeiros 20 a 30 nucleotídeos desse mRNA serem 
adicionados. 
 
 
A cauda poli(A) 
Na sua extremidade 3’, a maioria dos mRNAs 
eucariótiocos tem um filamento de 80 a 250 resíduos A, 
que perfazem a cauda poli (A). Essa cauda serve como um 
sítio de ligação para uma ou mais proteínas específicas. A 
função da cauda poli(A) e de suas proteínas específicas, 
assim como o quepe 5’, é de proteção do transcritos 
contra a ação de exonucleases. Muitos mRNAs 
bacterianos também adquirem caudas poli(A), mas, ao 
contrário dos eucariotos, essa cauda estimula a destruição 
do transcrito ao invés de protege-lo. 
 A cauda de poli (A) é adicionada em um processo que 
envolve diversas etapas. O transcrito se estende além do 
local em que a cauda de poli(A) deve ser adicionada, é clivado no local de adição da poli (A) por 
um componente de endonuclease de um grande complexo enzimático, novamente associado 
ao CTD da Pol II. O local de mRNA em que a clivagem ocorre é marcado por dois elementos de 
sequência: a sequência altamente conservada (5’) AAUAAA (3’), de 10 a 30 nucleotídeos no 
lado 5’ (a montante) do sítio de clivagem, e uma sequência não tão bem definida rica em 
resíduos de G e U, de 20 a 40 nucleotídeos abaixo do local da clivagem. A clivagem gera o 
grupo livre 3’-hidroxila que define a extremidade do mRNA, à qual os resíduos A são 
imediatamente adicionados pela polimerasepoliadenilada, que catalisa a reação: 
RNA + nATP  RNA – (AMP)n + nPPi 
 mRNA mRNA + Cauda PoliA 
em que n = 80 a 250. Essa enzima não precisa de um molde mas exige o mRNA clivado como 
um iniciador. 
Splicing 
 Como dito anteriormente, tanto as regiões intronicas quanto a exonicas são transcritas 
para o mRNA primário. Entretanto, apenas 1977, Phillip Sharp e Richard Roberts desmentiram 
a informação de que todos os genes são contínuos. Eles descobriram que essas regiões não 
codificadoras se concentravam entre as regiões codificantes interrompendo os genes. Hoje 
sabe-se que a maioria dos genes de vertebrados contém essas regiões, excedendo as histonas. 
 Há quatro classes de íntrons. As duas primeiras são os íntrons do grupo I e do grupo II, 
os quais diferem em detalhes dos seus mecanismos de splicing, mas compartilha uma 
característica: ambos sobre o denominada autosplicing, ou seja, não há nenhuma enzima 
proteica envolvida no processo. Os mecanismos de splicing em ambos os grupos envolvem 
duas etapas de reações de transesterificação, em que um grupo ribose 2’ ou 3’-hidroxila faz 
um ataque nucleofílico em um fósforo e uma nova ligação fosfodiéster é formada às custas da 
antiga, mantendo o equilíbrio de energia. Essas reações são muito semelhantes às reações de 
quebra e religação do DNA promovidas pelas topoisomerases e recombinases sítio-específicas. 
A reação de splicing do grupo I precisa de um 
nuclesídeo guanina ou de um cofator nucleotídeo, 
sendo esse segundo não utilizado como fonte de 
energia. Ao invés disso, o grupo 3’-hidroxila da 
guanosina é usado como um nucleófilo na primeira 
etapa da via do splicing. O grupo 3’-hidroxila da 
guanosina forma uma ligação 3’,5’-fosfodiéster normal 
com a extremidade 5’ do íntron. A 3’-hidroxila do éxon que é deslocada nessa etapa age então 
como um nucleófilo em uma reação semelhante na extremidade 3’ do íntron. O resultado é a 
remoção precisa do íntron e ligação dos éxons. 
 Nos íntrons do grupo II, o padrão de reação é 
semelhante exceto pelo nucleófilo na primeira etapa, 
que nesse caso é o grupo 2’-hidroxila de um resíduo 
A dentro do íntron. Uma estrutura em laço 
ramificado é formada como um intermediário. 
 A maioria dos íntrons não sobre autosplicing 
e esses tipos não são designados com um número de 
grupo. A terceira e maior classe de íntrons inclui 
aqueles encontrados nos transcritos primários de 
mRNA nuclear. São chamados de íntrons do 
spliceossomo, pois sua remoção é catalisada por um 
grande complexo proteico denominada spliceossomo e ocorre no seu interior. Dentro do 
spliceossomo os íntrons sofrem splicing pelo mesmo mecanismo formador de laço que os 
íntrons do grupo II. O spliceossomo é composto pelos snRNP (ribonucleoproteínas nucleares). 
Cada snRNP contém uma classe de RNA eucarionte, de 100 a 200 nucleotídeos de 
comprimento, conhecida como RNAs nucleares pequenos (snRNA). Cinco snRNA (U1, U2, U4, 
U5 e U6) envolvidos nas reações de splicing são geralmente encontrados em abundâncias nos 
núcleos de eucariontes. Os RNA e as proteínas no snRNP são altamente conservados em 
eucarionte. É necessário ressaltar ainda que o splicing desse tipo não envolve gasto de ATP 
mas a montagem do spliceossomo envolve. 
 Alguns dos componentes do aparato de splicing estão presos ao CTD da RNA-
Polimerase II, indicando que o splicing, como outras reações de processamento de RNA, é 
fortemente coordenado com a transcrição. Após o splicing, o íntron permanece no núcleo e é 
depois degradado. 
 A quarta classe de íntrons, encontrada em certos tRNA, se distingue dos íntrons dos 
grupos I e II pelo fato da reação de splicing precisar de ATP e de uma endonuclease. A 
endonuclease de splicing cliva as ligações fosfodiéster em ambas as extremidades do íntron, e 
os dois éxons são ligados por um mecanismo semlhante à reação da DNA-ligase. 
Processamento diferencial de mRNA 
 Alguns transcritos de mRNA de eucariontes produzem apenas um mRNA maduro e um 
polipeptídeo correspondente, mas outros podem ser processados de mais de uma maneira 
para produzir diferentes mRNAs e, portanto, diferentes polipeptídeos. O transcrito primário 
contém sinais moleculares para todas as vias de processamento alternativo e a via favorecida 
em uma célula é determinada por fatores de processamento, proteínas ligadoras de RNA que 
promovem uma via particular. 
 Transcritos complexos podem ter ou mais de um sítio de clivagem e poliadenilação ou 
padrões de splicing alternativo, ou ambos. Se há dois ou mais sítios de clivagem e 
poliadenilação, o uso daquele mais próximo da extremidade 5’ irá remover mais da sequência 
do transcrito primário. Esse mecanismo, chamado de escolha do sítio de poli(A), produz 
diversidades nos domínios variáveis de algumas cadeias polinucleotídicas, como as da 
imunoglobulina, por exemplo. Se a cauda poli(A) é adicionada em posição X, o mRNA carregará 
aquela informação. Agora, se ela for adicionada numa posição -9X, esse mRNA terá menos 
informação. Quanto ao splicing alternativo, podemos ter retirada de certos regiões intronicas 
em um processamento, e em outras, não. 
 
Processamento de RNA ribossomal e tRNA 
 O processamento não é exclusivo dos mRNA. Os RNAs ribossomais de bactérias, 
arqueobactérias e células eucariontes são feitos de precursores maiores chamados de RNAs 
pré-ribossomais, ou pré-rRNAs. As modificações ocorrem no nucléolo e é guiada pelos snoRNA 
ou RNA nucleolares pequenos. As modificações de nucleosídeos mais comuns nos rRNAs de 
eucariontes são a conversão dessas moleculas em nucleosídeos de outro tipo ou, ainda, a sua 
metilação. 
 Os RNAs transportadores são do mesmo modo derivados de precursores maiores e 
ainda pode contar com nucleotídeos modificados. A maioria das células tem de 40 a 50 tRNAs 
diferentes, e as células eucariontes têm multiplas cópias de vários genes de tRNA. Há então 
remoção de nucleotídeos das extremidades 5’ e 3’ por ação de enzimas específicas 
promovendo o processamento desse RNA a partir desses precursores maiores. A endonuclease 
RNase P, encontrada em todos os organismos, remove o RNA na extremidade 5’ dos tRNAs e 
as extremidades 3’ são retiradas pelas Rnase D. Além disso, o trinucleotídeo CCA(3’) 3’-
terminal, ao qual um aminoácido é ligado também é adicionado a tRNA durante o 
processamento, não existindo no momento da transcrição. Por fim, esse tRNA pode sofrer 
ainda modificações em algumas bases, tais como metilação, desaminação ou redução. 
 
Processamento de RNAs de função especial 
 Os snRNAs e snoRNAs não apenas facilitam as reações de processamento do RNA mas 
são eles mesmos sintetizados como precursores maiores, e então processados. Muitos 
snoRNAs são codificados no interior dos íntrons de outros genes. À medida que os íntrons 
sofrem splicing a partir do pré-mRNA, as proteínas snoRNPs se ligam às sequências de snoRNA 
e as ribonucleases removem o RNA extra nas extremidades 5’ e 3’. Os snRNA destinados aos 
spliceossomos são sitentizados como pré-snRNA pela RNA-Pol II, e as ribonucleases removem 
o RNA extra em cada extremidade. Nucleosídeos particulares nos snRNAs também são sujeitos 
a 11 tipos de modificação. 
 A função de muitos mRNAs de eucariontes é regulada por microRNAs (miRNAs). Os 
miRNAs são em si derivados de precursores maiores por meio de uma série de reações de 
processamento. Alguns deles são codificados nos íntrons de outros genes e coexpressados 
com esses genes hospedeiros. 
As ribozimas 
 As ribozimas nada mais mais são do que um grupo de moléculas de RNA com 
atividade catalítica, ou seja, enzimática. As ribozimas melhor caracterizadassão os íntrons do 
grupo I, os quais, como vimos, sofrem autosplicing, a Rnase P e a ribozima cabeça-de-martelo. 
A maior parte das atividades dessas riboximas se baseia em duas reações fundamentais: 
transesterificação e hidrólise da ligação fosfodiéster (clivagem). O substrato para as ribozimas 
é frequentemente uma molécula de RNA, e pode até mesmo ser parte da própria ribozima. 
Quando o seu substrato é o RNA, o catalisador de RNA pode fazer uso de interações de pares 
de bases para alinhar o substrato para reação. 
 
 
 
Degradação de mRNAs 
 A concentração de qualquer molécula depende de dois fatores: sua taxa de síntese e 
sua taxa de degradação. Quando a síntese e degradação de um mRNA estão equilibradas, a 
concentração do mRNA permanece em um estado estácionário. Uma mudança nessas taxas 
resulta ou no acúmulo ou no esgotamento desse material. Vias de degradação garantem que 
os mRNAs não se acumulem na célula, dirigindo a síntese de proteínas desnecessárias. 
 O RNA mensageiro é degradado pelas ribonucleases presentes em todas as células. Na 
E. coli, o processo começa com um ou vários cortes por uma endorribonuclease, seguido por 
degradação 3’ 5’ por exorribonucleases. Em eucariontes inferiores a via de degradação 
principal envolve o encurtamente da cauda poli(A), em seguida, a remoção do quepe da 
extremidade 5’ e a degradação do mRNA na direção 5’  3’. Uma via degradativa 3’  5’ 
também existe e pode ser a via principal em eucariontes superiores. Todos os euariontes têm 
um complexo de até 10 exorribonucleases conservadas 3’  5’, chamados de exossomos, que 
está envolvido no processamento da extremidade 3’ de rRNA, tRNA e alguns RNAs de função 
especial, bem como a degradação de mRNAs. 
Polinucleotídeo-fosforilase 
 Essa enzima, descoberta em 1955 por Marianne Grunberg-Manago e Severo Ochoa, é 
capaz de catalisar uma reação de síntese de polímeros semelhantes ao RNA, a partir de 
ribonucleosídeos 5’-difosfatos, adicionando-os ou removendo da extremidade 3’-hidroxila do 
polímero, sem a necessidade de um molde. Essa enzima promove a produção de polímeros 
com sequências aleatórias e acredita-se que ela tenha derivado de uma RNA-Polimerase e a 
função de síntese tenha se mantido, mas aparentemente por retenção, pois a sua função 
básica é na realidade a degradação do RNA. 
 
Regulação da expressão gênica 
 A concentração celular de uma proteína é 
determinada pelo equilíbrio delicado de ao menos sete 
processos, cada um tendo vários pontos de regulação 
em potencial: 
1. Síntese do transcrito de RNA primário 
(transcrição); 
2. Modificação pós-transcricional do mRNA; 
3. Degradação do RNA mensageiro; 
4. Síntese proteica (tradução); 
5. Modificação pós-traducional de proteínas; 
6. Direcionamento e transporte de proteínas; 
7. Degradação de proteínas; 
 
 
 
 Genes para produtos necessários em todos os momentos, como os das enzimas das 
vias metabólicas centrais, são expressos em nível mais ou menos constante em praticamente 
todas as células de uma espécie ou organismo. Esses genes, são chamados muitas vezes de 
genes constitutivos ou housekeeping genes e sua expressao é denominada expressão do gene 
constitutivo. 
 Para outros produtos gênicos, os níveis celulares aumentam e diminuem em resposta a 
sinais moleculares. Esse tipo de expressão é denominada expressão gênica regulada. Produtos 
gênicos que aumentam de concentração sob circunstâncias moleculares específicas são 
chamados de induzíveis. O processo de aumentar sua expressão é a indução. A expressão de 
muitos dos genes codificadores de enzimas de reparo de DNA, por exemplo, é induzida por um 
sistema de proteínas reguladoras que responde aos níveis de dano ao DNA. Ao contrário, 
produtos gênicos que diminuam em concetração em resposta a um sinal molecular são 
denominados repressiveis, e o processo é chamado de repressão. 
 A iniciação da transcrião é regulada por proteínas que se ligam as regiões promotoras 
ou próximas à ela. Pelo menos três tipos de protéinas regulam a iniciação da transcrição pela 
RNA-polimerase: fatores de especificidade alteram a especificidade da RNA-polimerase para 
um determinado promotor ou conjuntos de promotores repressores impedem o acesso da 
RNA-polimerase ao promotor, e os ativadores estimulam a interação RNA-polimerase-
promotor. 
 Os repressores se ligam a sítios específicos no DNA. Em células bacterianas, tais sítios 
de ligação, chamados operadores, estão geralmente próximos de um promotor. A ligação da 
RNA-polimerase, ou seu movimento ao longo do DNA após sua ligação a ele, é bloqueada 
quando o repressor está presente. A regulação pela proteína repressora que bloqueia a 
transcrição é chamada de regulação negativa. A ligação do repressor ao DNA é regulada por 
um sinal molecular, geralmente uma molécula pequena ou uma proteína, que se liga ao 
repressor e provoca uma mudança conformacional. A interação entre repressor e molécula 
sinalizadora aumenta ou diminui a transcrição. Em alguns casos, a mudança conformacional 
resulta na dissociação de um repressor ligado ao DNA do operador. 
 Os ativadores fornecem um contraponto molecular aos repressores: eles se ligam ao 
DNA e estimulam a atividade da RNA-polimerase em um promotor. Esse evento é conhecido 
como regulação positiva. Em procariotos, muitas vezes os sítios de ligação ativadores são 
adjacentes aos promotores ligados fracamente ou não ligados à RNA-polimerase isolado, de 
modo que ocorre pouca transcrição na ausência de um ativador. Nos eucariotos se ligam aos 
sítios de DNA, chamados potenciadores ou enhancers, que estão muito distantes do 
promotor. Esses ativadores afetam a taxa de transcrição em um promotor que pode estar 
localizado a milhares de pares de bases de distância. Moléculas sinalizadoras podem portanto 
diminuir ou aumentar a transcrição dependendo de como elas afetam o ativador. 
 Em eucariotos, a distância entre os sítos de ligação de ativadores ou repressores e 
promotores é superada fazendo alças (looping) no DNA entre eles. O processo de looping é 
facilitado em alguns casos por proteínas denominadas reguladores arquitetônicos que se 
ligam a sítios de intervenção e facilitam o looping do DNA. É necessario ressaltar ainda que a 
maioria dos sistemas eucarióticos envolve ativadores de proteínas. 
Proteínas regulatórias interagindo com o DNA 
 As proteínas regulatórias geralmente se ligam a sequências de DNA específicas. Para 
isso, essas proteínas contam com dois domínios distintos, sendo um para a sua fixação no DNA 
e outro para se ligar em outra proteína. Para se ligarem especificamente a sequências de DNA, 
as proteínas regulatórias devem reconhecer características da superfície do DNA. A maioria 
dos grupos químicos que diferem entre pares de bases, consiste em grupos doadores e 
aceptores de ligações de hidrogênio expostos no sulco maior do DNA, e a maior parte dos 
contatos proteínas-DNA que conferem especificidade consiste em ligações de hidrogênio. No 
interior de proteínas regulatórias, as cadeias laterais de aminoácidos com ligações de 
hidrogênio mais frequentes com as bases no DNA são aquelas de resíduos de Asn, Gln, Glu, Lys 
e Arg. 
Motivos ligadores de DNA 
 Vários motivos de ligações podem ser encontrados no DNA, mas podemos destacar 
dois mais notáveis: a hélice-volta-hélice e o dedo de zinco. 
 A hélice-volta-hélice é um motivo de ligação o 
qual é crucial para a interação de muitas proteínas 
regulatórias bacterianas com o DNA, e motivos 
semelhantes ocorrem em algumas proteínas 
regulatórias de eucariotos. O motivo hélice-volta-hélice 
compreende cerca de 20 aminoácidos em dois 
segmentos curtos a helicoidais, cada um com sete