Cap 01.voet (Introducao e conhecimentos basicos)

Prévia do material em texto

INTRODUÇÃO 
E CONHECIMENTOS 
BÁSICOS
PARTE I
Representação do 
DNA iluminada pelo 
eixo de sua hélice.
Voet_01.indd 1Voet_01.indd 1 19/03/13 15:1419/03/13 15:14
Voet_01.indd 2Voet_01.indd 2 19/03/13 15:1419/03/13 15:14
CAPÍTULO 1
Vida
1 Procariotos
A. Forma e função
B. Classificação dos procariotos
2 Eucariotos
A. Arquitetura celular
B. Filogenia e diferenciação
3 Bioquímica: Prólogo
A. Estruturas biológicas
B. Processos metabólicos
C. Expressão e transmissão da informação genética
4 Genética: Uma revisão
A. Cromossomos
B. A herança mendeliana
C. Teoria cromossômica da herança
D. Genética bacteriana
E. Genética viral
5 A origem da vida
A. As propriedades exclusivas do carbono
B. Evolução química
C. O surgimento dos sistemas vivos
6 A literatura bioquímica
A. A realização de uma pesquisa bibliográfica
B. A leitura de um artigo científico
Em geral, é fácil determinar se alguma coisa é viva ou não. 
Isso porque os seres vivos apresentam muitos atributos em 
comum, como a capacidade de extrair energia dos nutrientes 
para realizar suas várias funções, o poder de responder ativa-
mente a mudanças no seu ambiente e a capacidade de cres-
cer, diferenciar-se e – talvez o mais característico de todos 
– reproduzir-se. É claro que um dado organismo pode não 
ter todas essas características. As mulas, por exemplo, que 
obviamente são seres vivos, raramente se reproduzem. Já, a 
matéria inanimada pode apresentar algumas propriedades 
vitais. Por exemplo, os cristais podem aumentar de tamanho 
quando imersos em uma solução supersaturada do material 
que os compõe. Por isso, a vida, assim como muitos outros 
fenômenos complexos, talvez não possa ser definida de uma 
forma precisa. Contudo, Norman Horowitz propôs um con-
junto de critérios úteis para os sistemas vivos: a vida possui as 
propriedades de replicação, catálise e mutabilidade. A maior 
parte deste texto se refere à maneira pela qual os organismos 
vivos demonstram essas propriedades.
A bioquímica é o estudo da vida no seu nível molecular. 
O significado desse estudo é bastante aprimorado se estiver 
relacionado com a biologia dos organismos correspondentes 
ou mesmo de comunidades de tais organismos. Por isso, este 
capítulo introdutório começa com uma sinopse do campo 
biológico. A sinopse é seguida por um resumo de bioquímica, 
uma revisão de genética, uma discussão da origem da vida e, 
finalmente, uma introdução à literatura bioquímica.
1 PROCARIOTOS
Há muito tempo se reconhece que a vida baseia-se em uni-
dades morfológicas conhecidas como células. A formulação 
deste conceito é atribuída a um artigo de 1838 de autoria de 
Matthias Schleiden e Theodor Schwann, mas sua origem 
pode estar em observações feitas, no século XVII, pelos pri-
meiros microscopistas, como Robert Hooke. As células são 
classificadas em dois grupos principais: os eucariotos (do 
grego: eu, bom ou verdadeiro � karion, grão ou noz), que 
possuem um núcleo envolto por uma membrana contendo o 
DNA (ácido desoxirribonucleico), e os procariotos (do gre-
go: pro, antes), que não possuem núcleo. Os procariotos, que 
compreendem os vários tipos de bactérias, possuem estrutu-
ras relativamente simples e são invariavelmente unicelulares 
(embora possam formar filamentos ou colônias de células 
independentes). Estima-se que representem a metade da 
biomassa da Terra. Os eucariotos, que podem ser tanto uni-
celulares como multicelulares, são muito mais complexos do 
que os procariotos (os vírus são entidades que, embora muito 
mais simples do que as células, não são classificadas como or-
ganismos vivos, pois não possuem o aparato metabólico para 
se reproduzir fora de suas células hospedeiras. Os vírus são, 
essencialmente, grandes agregados moleculares). Esta seção 
apresenta os procariotos. Os eucariotos serão estudados na 
seção seguinte.
A. Forma e função
Os procariotos são os organismos mais numerosos e mais 
disseminados na Terra. A razão está no seu metabolismo 
variado e muitas vezes altamente adaptável, que os ajusta 
a uma enorme variedade de habitats. Além de habitar nos-
so meio ambiente moderado e aeróbio, certos tipos de bac-
térias proliferam, ou mesmo requerem, condições que são 
hostis para os eucariotos, como por exemplo meio químico 
incomum, altas temperaturas (até 130°C) e até mesmo falta 
Voet_01.indd 3Voet_01.indd 3 19/03/13 15:1419/03/13 15:14
4 Donald Voet / Judith G. Voet
de oxigênio. Além do mais, sua alta taxa reprodutiva (divi-
são celular a cada 20 minutos para muitas espécies) permite 
que tirem proveito das condições temporariamente favorá-
veis; já, a capacidade que muitas bactérias apresentam de 
formar esporos resistentes permite a sobrevivência em con-
dições adversas.
a. Os procariotos têm uma anatomia relativamente simples
As células procarióticas, observadas pela primeira vez 
em 1683 pelo inventor do microscópio, Antonie van 
Leeuwenhoek, têm tamanhos que variam de 1 a 10 �m. Elas 
apresentam três formas básicas (Fig. 1.1): esferoidal (cocos), 
em forma de bastão (bacilos), ou helicoidal (espirilos), mas 
todas apresentam o mesmo esquema geral (Fig. 1.2). Como 
todas as células, elas são delimitadas por uma membrana 
celular de �70 Å de espessura (membrana plasmática), que 
consiste em uma bicamada lipídica contendo proteínas inse-
ridas que controlam a passagem de moléculas para dentro 
e para fora da célula e catalisam uma grande variedade de 
reações. As células da maioria das espécies procarióticas são 
envoltas por uma parede celular polissacarídica rígida e com 
espessura de 30 a 250 Å que protege a célula contra dano me-
cânico e impede sua ruptura em meio hipotônico. Algumas 
bactérias ainda são revestidas por uma cápsula polissacarí-
dica gelatinosa que as protege das defesas dos organismos 
superiores. Apesar dos procariotos não possuírem as orga-
nelas subcelulares características dos eucariotos (Seção 1.2), 
sua membrana plasmática pode ser dobrada em estruturas 
multicamadas conhecidas como mesossomos. Os mesosso-
mos serviriam de local para a replicação do DNA e outras 
reações enzimáticas especializadas.
O citoplasma procariótico (conteúdo celular) não é uma 
sopa homogênea. Seu cromossomo único (molécula de DNA 
que pode estar presente em várias cópias em uma célula em 
rápida proliferação) se condensa e forma uma estrutura co-
nhecida como nucleoide. O citoplasma contém também nu-
merosas espécies de RNA (ácido ribonucleico), uma grande 
variedade de enzimas solúveis (proteínas que catalisam rea-
ções específicas) e muitos milhares de partículas com diâme-
tro de 250 Å, conhecidas como ribossomos, que são os locais 
de síntese proteica.
Muitas células bacterianas possuem apêndices semelhan-
tes a chicotes, conhecidos como flagelos, que são usados para 
locomoção (Seção 35.31). Determinadas bactérias possuem 
também projeções filamentosas denominadas pili, sendo que 
algumas delas funcionam como canais para o DNA durante 
a conjugação (processo no qual o DNA é transferido de uma 
célula para outra; os procariotos em geral se reproduzem por 
fissão binária) ou auxiliam na adesão das bactérias às células 
do organismo hospedeiro.
Spirillum
Espiroqueta
Anabaena (cianobactéria)
Bacillus grande
Escherichia coli
Staphylococcus
Richettsia Três espécies de
Mycoplasma
10 �m
FIGURA 1.1 Ilustrações em escala de algumas células proca-
rióticas.
Ribossomos
Membrana celular
Parede celular
Mesossomo
PiIi
Flagelos
Nucleoide
FIGURA 1.2 Desenho esquemático de uma célula procariótica.
Voet_01.indd 4Voet_01.indd 4 19/03/13 15:1419/03/13 15:14
Bioquímica 5
A bactéria Escherichia coli (abreviada como E. coli 
e denominada de acordo com o seu descobridor Theodor 
Escherich) é o organismo melhor caracterizado biologica-
mente devido ao seu estudo genéticoe bioquímico intensivo 
ao longo dos últimos 70 anos. Na verdade, muitos dos assun-
tos deste texto tratam da bioquímica da E. coli. As células 
deste habitante normal do colo de mamíferos superiores (Fig. 
1.3) têm a forma de bastão com 2 �m de comprimento, 1 �m 
de diâmetro e peso de �2 � 10�12 g. Seu DNA, com uma 
massa molecular de 2,5 � 109 daltons (Da)*, codifica cerca de 
4.300 proteínas (das quais foram identificadas somente cerca 
de 60 a 70%), embora estejam presentes na célula somente 
cerca de 2.600 em um dado momento. De modo geral, uma 
célula de E. coli contém de 3 a 6 mil tipos diferentes de molé-
culas, incluindo proteínas, ácidos nucleicos, polissacarídeos, 
lipídeos e várias moléculas pequenas e íons (Tabela 1.1).
b. Os procariotos utilizam uma ampla variedade de fontes de 
energia metabólica
As necessidades nutricionais dos procariotos são muito varia-
das. Os autotróficos (do grego: auto, próprio � trophikos, ali-
mentar) sintetizam todos os seus constituintes celulares a partir 
de moléculas simples como H2O, CO2, NH3 e H2S. Obviamente, 
necessitam de uma fonte de energia para isso, assim como para 
realizar suas outras funções. Os quimiolitotróficos (do grego: 
lithos, pedra) obtêm sua energia pela oxidação de compostos 
inorgânicos como NH3, H2S, ou mesmo Fe
2�:
* A massa molecular de uma partícula pode ser expressa em unidades 
de daltons, definidas como 1/12 da massa de um átomo de 12C (unidade 
de massa atômica [uma]). Esta quantidade também pode ser expressa 
em termos de peso molecular, definida como a relação da massa da par-
tícula com 1/12 da massa do átomo de12C e simbolizada por Mr (massa 
molecular relativa). Neste texto, será feita referência à massa molecular 
de uma partícula e não ao seu peso molecular.
De fato, estudos revelaram a existência de grandes colônias 
quimiolitotróficas de crescimento extremamente lento, que 
vivem a uma profundidade de 5 quilômetros abaixo da terra 
e cuja biomassa total parece rivalizar com a dos organismos 
habitantes da superfície.
Os fotoautotróficos são os autotróficos que obtêm ener-
gia por meio da fotossíntese (Capítulo 24), um processo no 
qual a energia luminosa impulsiona a transferência de elé-
trons de doadores inorgânicos para o CO2, gerando carboi-
dratos [(CH2O)n]. Na forma mais difundida de fotossíntese, 
a H2O é o doador de elétrons na sequência de reações impul-
sionadas pela luz.
Esse processo é realizado pelas cianobactérias (p. ex., os or-
ganismos verdes viscosos que crescem nas paredes dos aquá-
rios; estas bactérias eram antigamente conhecidas como al-
gas azul-esverdeadas) e também pelas plantas. Acredita-se 
que essa forma de fotossíntese tenha gerado o O2 na atmos-
fera terrestre. Algumas cianobactérias têm a capacidade de 
converter o N2 da atmosfera em compostos orgânicos nitro-
genados. Essa capacidade de fixação de nitrogênio lhes su-
(a) (b)
Pili
Flagelos
FIGURA 1.3 Micrografias eletrônicas de células de E. coli. (a) Coloração mostrando a estrutura interna. 
(b) Coloração mostrando flagelos e pili. (Cortesia de Howard Berg, Harvard University, EUA.)
TABELA 1.1 Composição molecular de E. coli
Componente Porcentagem por peso
H2O 70
Proteína 15
Ácidos nucleicos:
DNA 1
RNA 6
Polissacarídeos e precursores 3
Lipídeos e precursores 2
Outras moléculas orgânicas pequenas 1
Íons inorgânicos 1
Fonte: Watson, J.D., Molecular Biology of the Gene (3rd ed.), p. 69, Benjamin 
(1976).
Voet_01.indd 5Voet_01.indd 5 19/03/13 15:1419/03/13 15:14
6 Donald Voet / Judith G. Voet
pre as necessidades nutricionais mais simples entre todos os 
organismos: com exceção de sua necessidade de pequenas 
quantidades de minerais, elas podem viver literalmente do 
ar e da luz do sol.
Em uma forma mais primitiva de fotossíntese, substân-
cias como H2, H2S, tiossulfato ou compostos orgânicos são 
os doadores de elétrons nas reações impulsionadas pela luz
As bactérias fotossintéticas púrpuras e verdes, que rea-
lizam esses processos, ocupam habitats sem oxigênio, como 
lagoas rasas e barrentas, nos quais a putrefação da matéria 
orgânica gera H2S.
Os heterotróficos (do grego: hetero, diferente) obtêm 
energia por meio da oxidação de compostos orgânicos, sen-
do dependentes dos autotróficos para essas substâncias. Os 
aeróbios obrigatórios (que incluem os animais) utilizam o 
O2, enquanto os anaeróbios utilizam agentes oxidantes como 
sulfato (bactérias redutoras de sulfato) ou nitrato (bactérias 
desnitrificantes). Muitos organismos degradam parcialmente 
vários compostos orgânicos por meio de um processo intra-
molecular de oxidação-redução conhecido como fermen-
tação. Os anaeróbios facultativos, como a E. coli, podem 
proliferar tanto na presença como na ausência de O2. Já os 
anaeróbios obrigatórios são envenenados na presença do 
O2. Acredita-se que seu metabolismo seja semelhante ao das 
formas vivas mais primitivas (que surgiram há mais de 3,8 
bilhões de anos, quando não havia O2 na atmosfera da Terra; 
Seção 1.5B). De qualquer forma, existem poucos compostos 
orgânicos que não possam ser metabolizados por organismos 
procarióticos.
B. Classificação dos procariotos
Os métodos tradicionais de taxonomia (a ciência da classi-
ficação biológica) que se fundamentam primariamente nas 
comparações anatômicas entre organismos atuais e fósseis 
não são aplicáveis aos procariotos. Isso se deve às suas estru-
turas celulares relativamente simples, inclusive as das bacté-
rias ancestrais reveladas pelos vestígios microfósseis, que for-
necem pouca indicação de seu relacionamento filogenético 
(filogenia: desenvolvimento evolutivo). Parte desse proble-
ma está no fato de que os procariotos exibem uma correlação 
pequena entre forma e função metabólica. Além disso, a de-
finição eucariótica de espécie como uma população que pode 
cruzar não tem sentido no caso dos procariotos, que se re-
produzem assexuadamente. Consequentemente, os sistemas 
convencionais de classificação procariótica são arbitrários e 
carentes das conexões evolutivas do sistema de classificação 
eucariótico (Seção 1.2B).
No sistema de classificação mais amplamente utilizado, 
os procariotos (também conhecidos como monera) dividem-
-se em dois grupos: as cianobactérias e as bactérias. As bacté-
rias são subdivididas em 19 subgrupos com base em suas ca-
racterísticas distintas, particularmente a estrutura celular, o 
comportamento metabólico e as propriedades de coloração.
Uma classificação mais simples, com base nas proprie-
dades da parede celular, distingue três tipos principais de 
procariotos: os micoplasmas, as bactérias gram-positivas e 
as bactérias gram-negativas. Os micoplasmas não possuem 
parede celular rígida, encontrada nos demais procariotos. 
Eles são os menores seres vivos (com 0,12 �m de diâmetro, 
Fig. 1.1) e possuem �20% do total de DNA de uma E. coli. 
Presumivelmente, essa quantidade de informação genética 
está próxima da quantidade mínima necessária para espe-
cificar a maquinaria metabólica essencial requerida para a 
vida celular. As bactérias gram-positivas são distinguidas 
das gram-negativas de acordo com a capacidade de cap-
tar a coloração de Gram (procedimento desenvolvido por 
Christian Gram em 1884, no qual as células fixadas pelo 
calor são tratadas sucessivamente com corante roxo cristal 
e iodo e descoradas com etanol ou acetona). As bactérias 
gram-negativas possuem uma membrana externa comple-
xa que envolve sua parede celular e exclui a coloração de 
Gram, enquanto as gram-positivas não possuem essa mem-
brana (Seção 11.3B).
O desenvolvimento, nas últimas décadas, de técnicas 
para a determinação das sequências de aminoácidos das 
proteínas (Seção 7.1) e das sequências de bases dos áci-
dos nucleicos (Seção 7.2A) tem proporcionado indicações 
abundantes das relações genealógicas entre os organismos. 
Na verdade,essas técnicas tornam possível colocar essas re-
lações em termos quantitativos e, assim, construir um siste-
ma de classificação com embasamento filogenético para os 
procariotos.
Por meio da análise das sequências do RNA ribossômi-
co, Carl Woese mostrou que um grupo de procariotos que 
ele denominou Archaea (também conhecido como células 
arqueais) tem uma relação tão distante com os outros pro-
cariotos, as Bacteria (também chamadas de eubactérias), 
quanto os dois grupos de procariotos estão em relação aos 
Eukarya (os eucariotos). O grupo Archaea pareceu, a princí-
pio, constituir três tipos de organismos incomuns: os metano-
gênicos, anaeróbios obrigatórios que produzem metano (gás 
do pântano) pela redução do CO2 com H2; as halobactérias, 
que vivem somente em soluções salinas concentradas (� 2 M 
NaCl); e determinadas termoacidófilas, organismos que ha-
bitam fontes termais ácidas (�90°C e pH � 2). No entanto, 
evidências recentes indicam que �40% dos microrganismos 
marinhos são Archaea, sendo assim a forma de vida mais co-
mum na Terra.
Com base no número de características bioquímicas fun-
damentais diferenciais entre os grupos Archaea, Bacteria e 
Eukarya, mas que são comuns dentro de cada grupo, Woese 
propôs que esses grupos de organismos constituíssem os três 
super-reinos ou domínios primários de descendência evolu-
tiva (em vez da divisão tradicional em procariotos e euca-
riotos). Contudo, determinações de sequências revelaram 
que os Eukarya compartilham com os Archaea similaridades 
de sequência que não compartilham com o grupo Bacteria. 
Evidentemente, Archaea e Bacteria divergiram a partir de 
alguma forma de vida primordial e Eukarya divergiu de 
Archaea, como indica a árvore filogenética da Fig. 1.4.
2 EUCARIOTOS
As células eucarióticas em geral têm um diâmetro de 10 a 
100 �m, tendo por isso um volume até um milhão de vezes 
maior do que o das procarióticas. Contudo, o que melhor 
Voet_01.indd 6Voet_01.indd 6 19/03/13 15:1419/03/13 15:14
Bioquímica 7
caracteriza as células eucarióticas não é o tamanho, mas sim 
uma profusão de organelas delimitadas por membranas, e 
cada uma delas com uma função especializada (Fig. 1.5). Na 
verdade, a estrutura e as funções eucarióticas são mais com-
plexas do que as procarióticas em todos os níveis de organi-
zação, começando pelo nível molecular.
Os eucariotos e os procariotos se desenvolveram de 
acordo com estratégias evolutivas fundamentalmente dife-
rentes. Os procariotos exploraram as vantagens da simpli-
cidade e da miniaturização: sua rápida velocidade de cres-
cimento lhes permite ocupar nichos ecológicos onde podem 
acontecer flutuações drásticas nos nutrientes disponíveis. A 
complexidade dos eucariotos, por lhes conferir um tamanho 
maior e um crescimento mais lento do que os procariotos, 
proporciona uma vantagem competitiva em ambientes está-
veis com recursos limitados (Fig. 1.6). Por isso, é errado con-
Bacteria
Gram-positivas
Halófilas
Animais
Fungos gelatinosos
Fungos
Plantas
Ciliados
Flagelados
MicrosporídeosMethanococcus
Thermoproteus
Bactérias púrpuras
Cianobactérias
Flavobactérias
Archaea
Eukarya FIGURA 1.4 Árvore filogenética. Esta “ár-
vore genealógica” indica as relações evolutivas 
entre os três domínios de seres vivos. A raiz 
representa o último ancestral comum a todas 
as formas de vida da Terra. (Segundo Wheelis, 
M.L., Kandler, O., and Woese, C.R., Proc. 
Natl. Acad. Sci. 89, 2931 [1992].)
Membrana nuclear
Núcleo
Nucléolo
Cromatina
Ribossomos
livres
Retículo 
endoplasmático
Retículo 
endoplasmático
rugoso
Retículo endoplasmático liso
Centríolos
Aparelho 
de Golgi
Vacúolo
Mitocôndria
Lisossomo Membrana celular
FIGURA 1.5 Desenho esquemático de uma célula animal, juntamente com micrografias eletrônicas de suas organelas. (Núcleo: 
Tektoff-RM, CNRI/Photo Researchers; retículo endoplasmático rugoso: Pietro M. Mota & Tomonori Naguro/Photo Researchers 
e aparelho de Golgi: Secchi-Lecaque/Roussel-UCLAF/CNRI/Photo Researchers; retículo endoplasmático liso: David M. Phillips/
Visuals Unlimited; mitocôndria: CNRI/Photo Researchers; lisossomo: Biophoto Associates/Photo Researchers.)
Voet_01.indd 7Voet_01.indd 7 19/03/13 15:1419/03/13 15:14
8 Donald Voet / Judith G. Voet
siderar os procariotos evolutivamente primitivos em relação 
aos eucariotos. Ambos são bem adaptados aos seus respecti-
vos estilos de vida.
Os mais antigos microfósseis de eucariotos conhecidos 
datam de 1,4 bilhão de anos, ou seja, 2,4 bilhões de anos após 
o surgimento da vida. Essa observação apoia a noção clássi-
ca de que os eucariotos são descendentes de um procarioto 
altamente desenvolvido, possivelmente um micoplasma. No 
entanto, as diferenças entre os eucariotos e os procariotos 
modernos são tão profundas que tornam essa hipótese im-
provável. Talvez os eucariotos primitivos que, de acordo com 
as evidências de Woese, teriam evoluído de uma forma de 
vida primordial tenham sido relativamente mal sucedidos e 
por isso são raros. Somente após terem desenvolvido algu-
mas das complexas organelas descritas na seção seguinte eles 
se tornariam suficientemente abundantes para gerar rema-
nescentes fósseis significativos.
A. Arquitetura celular
As células eucarióticas, assim como as procarióticas, estão 
envoltas por uma membrana plasmática. O grande tamanho 
das células eucarióticas faz com que as relações superfície-
-volume sejam muito menores do que as dos procariotos (a 
área da superfície de um objeto aumenta com o quadrado de 
seu raio, enquanto o volume aumenta com o cubo). Essa res-
trição geométrica, acoplada ao fato de que muitas enzimas 
essenciais estão associadas à membrana, racionaliza parcial-
mente a grande quantidade de membranas intracelulares en-
contradas nos eucariotos (a membrana plasmática constitui 
� 10% do total de membranas em uma célula eucariótica). 
Uma vez que todas as substâncias que entram ou saem da cé-
lula devem de alguma forma atravessar a membrana plasmá-
tica, a superfície de muitas células eucarióticas é aumentada 
por numerosas projeções e/ou invaginações (Fig. 1.7). Além 
disso, porções da membrana plasmática frequentemente in-
vaginam, em um processo conhecido como endocitose, de 
forma que a célula engloba porções do meio externo. Assim, 
as células eucarióticas podem englobar e digerir partículas de 
alimento, como bactérias, enquanto os procariotos são limi-
tados à absorção de moléculas individuais de nutrientes. O 
inverso da endocitose, conhecido como exocitose, é um me-
canismo secretor eucariótico comum.
a. O núcleo contém o DNA celular
O núcleo, a organela mais visível da célula eucariótica, é o 
repositório da informação genética. Essa informação está co-
dificada na sequência de bases das moléculas de DNA que 
formam o número de cromossomos característico de cada 
espécie. Os cromossomos consistem em cromatina, um com-
plexo de DNA e proteínas. A quantidade de informação ge-
nética contida nos eucariotos é enorme; uma célula humana, 
por exemplo, possui 700 vezes mais DNA do que E. coli (em 
termos comumente associados com a memória dos computa-
dores, o genoma [complemento genético] de cada célula hu-
mana corresponde a 800 megabytes de informação – cerca de 
FIGURA 1.6 (Desenho de T.A. Bramley, in Carlile, M., Trends Biochem. Sci 7, 128 [1982]. 
Figura impressa com a permissão de Elsevier Biomedical Press.)
Voet_01.indd 8Voet_01.indd 8 19/03/13 15:1419/03/13 15:14
Bioquímica 9
200 vezes o conteúdo de informação deste texto). Dentro do 
núcleo, a informação genética codificada pelo DNA é trans-
crita em moléculas de RNA (Capítulo 31), as quais, após ex-
tenso processamento, são transportadas para o citoplasma 
(nos eucariotos, é o conteúdo celular fora do núcleo), onde 
direcionam a síntese ribossômicade proteínas (Capítulo 32). 
O envelope nuclear é constituído de uma membrana dupla 
perfurada por numerosos poros com �90 Å de largura que 
regulam o fluxo de proteínas e de RNA entre o núcleo e o 
citoplasma.
O núcleo da maioria das células eucarióticas contém 
pelo menos um corpo escuro, conhecido como nucléolo, que 
consiste no local de montagem dos ribossomos. Ele contém 
segmentos cromossômicos que carregam múltiplas cópias de 
genes que codificam o RNA ribossômico. Esses genes são 
transcritos no nucléolo, e o RNA resultante se combina com 
as proteínas ribossômicas que foram importadas de seus lo-
cais de síntese no citosol (porção do citoplasma sem as orga-
nelas delimitadas por membranas). Os ribossomos imaturos 
são então exportados para o citosol, onde é completada sua 
montagem. Assim, a síntese proteica ocorre quase totalmen-
te no citosol.
b. O retículo endoplasmático e o aparelho de Golgi atuam 
na modificação das proteínas de secreção e das ligadas 
as membranas
A membrana celular mais extensa, descoberta por Keith 
Porter em 1945, forma um compartimento labiríntico deno-
minado retículo endoplasmático. Uma grande porção dessa 
organela, chamada de retículo endoplasmático rugoso, pos-
sui ribossomos associados que estão engajados na síntese de 
proteínas destinadas à secreção ou aquelas ligadas a mem-
branas. O retículo endoplasmático liso, sem ribossomos, é o 
local de síntese de lipídeos. Muitos dos produtos sintetizados 
no retículo endoplasmático são, no final, transportados para 
o aparelho de Golgi (assim denominado devido a Camillo 
Golgi, que o descreveu pela primeira vez em 1898), consistin-
do em uma pilha de sacos membranosos achatados, nos quais 
esses produtos são processados (Seção 23.3B).
c. As mitocôndrias são os locais do metabolismo oxidativo
As mitocôndrias (do grego: mitos, fio � chondros, grânulo) 
são os locais onde ocorre a respiração celular (metabolismo 
aeróbio) em quase todos os eucariotos. Essas organelas ci-
toplasmáticas, que são suficientemente grandes para terem 
sido visualizadas pelos citologistas do século XIX, variam 
em tamanho e forma, mas com frequência são elipsoidais 
com dimensões em torno de 1,0 � 2,0 �m – muito seme-
lhante a uma bactéria. Uma célula eucariótica contém cerca 
de 2.000 mitocôndrias, que ocupam cerca de um quinto do 
volume celular total.
A mitocôndria possui duas membranas, de acordo com 
os primeiros estudos de microscopia eletrônica realizados 
por George Palade e Fritjof Sjöstrand: uma membrana ex-
terna lisa e uma membrana interna extremamente dobra-
da, cujas invaginações são denominadas cristas (do latim: 
cristae). Assim a mitocôndria possui dois compartimentos, 
o espaço intermembranas e o espaço interno ou matriz. As 
enzimas que catalisam as reações da respiração são compo-
nentes tanto da matriz, semelhante a gel, como da membrana 
mitocondrial interna. Essas enzimas acoplam a oxidação de 
nutrientes geradora de energia à síntese de trifosfato de ade-
nosina (adenosine triphosphate [ATP], comumente chamado 
adenosina trifosfato, Seção 1.3B e Capítulo 22), que requer 
energia. O ATP exportado para o resto da célula provê a 
energia para os diversos processos celulares que consomem 
energia.
As mitocôndrias são semelhantes às bactérias não so-
mente no tamanho e na forma. Sua matriz contém DNA, 
RNA e ribossomos específicos que participam na síntese de 
vários componentes mitocondriais. Além disso, elas se repro-
duzem por fissão binária, e os processos respiratórios media-
dos por elas guardam uma semelhança notável com aqueles 
das bactérias aeróbias modernas. Essas observações con-
duziram à hipótese defendida por Lynn Margulis e ampla-
mente aceita atualmente de que as mitocôndrias evoluíram 
a partir de bactérias aeróbias gram-negativas de vida livre, 
as quais formaram uma relação simbiótica com um eucarioto 
anaeróbio primitivo. Os nutrientes supridos pelo eucarioto e 
consumidos pelas bactérias foram várias vezes recompensa-
dos pelo metabolismo oxidativo altamente eficiente que as 
bactérias forneceram ao eucarioto. Essa hipótese é corrobo-
rada pela observação que a ameba Pelomyxa palustris, um 
dos poucos eucariotos que não possui mitocôndrias, alberga 
bactérias aeróbias em uma relação simbiótica.
d. Os lisossomos e os peroxissomos são receptáculos de 
enzimas degradativas
Os lisossomos, descobertos em 1949 por Christian de Duve, 
são organelas delimitadas por uma única membrana que 
apresentam tamanhos e morfologia variáveis embora a maio-
ria tenha diâmetros entre 0,1 e 0,8 �m. Os lisossomos, que 
consistem essencialmente em sacos membranosos contendo 
várias enzimas hidrolíticas, atuam na digestão de materiais 
ingeridos por endocitose e na reciclagem de componentes ce-
lulares (Seção 32.6). Investigações citológicas revelaram que 
FIGURA 1.7 Micrografia eletrônica de varredura de um 
fibroblasto. (Cortesia de Guenther Albrecht-Buehler, 
Northwestern University, EUA.)
Voet_01.indd 9Voet_01.indd 9 19/03/13 15:1419/03/13 15:14
10 Donald Voet / Judith G. Voet
os lisossomos se formam por brotamento a partir do apare-
lho de Golgi.
Os peroxissomos (também conhecidos como microcor-
pos) são organelas com 0,5 �m de diâmetro, envoltas por 
membrana e que contêm enzimas oxidativas. Eles têm esse 
nome porque algumas reações peroxissômicas geram peró-
xido de hidrogênio (H2O2), uma substância reativa que pode 
ser tanto utilizada na oxidação enzimática de outras substân-
cias como pode ser degradada por meio da reação catalisada 
pela enzima catalase:
Acredita-se que os peroxissomos atuem na proteção de 
componentes celulares sensíveis ao ataque oxidativo pelo 
H2O2. Determinadas plantas contêm um tipo especial de pe-
roxissomo, o glioxissomo, assim chamado porque é o local 
de uma série de reações que constituem a rota do glioxilato 
(Seção 23.2).
e. O citoesqueleto organiza o citosol
O citosol, longe de ser uma solução homogênea, é um gel 
altamente organizado cuja composição pode variar de forma 
significativa ao longo da célula. Muito de sua variabilidade 
interna resulta da ação do citoesqueleto, um arranjo extenso 
de filamentos que provê a forma da célula e sua capacidade 
de se locomover, sendo também responsável pela organiza-
ção e pelos movimentos de suas organelas (Fig. 1.8).
Os microtúbulos, os componentes mais evidentes do ci-
toesqueleto, são tubos com cerca de 250 Å de diâmetro com-
postos pela proteína chamada tubulina (Seção 35.3G). Eles 
formam a estrutura de sustentação que guia os movimentos 
das organelas dentro da célula. Por exemplo, o fuso mitótico 
é um arranjo de microtúbulos e proteínas associadas que par-
ticipam da separação dos cromossomos duplicados durante 
a divisão celular. Os microtúbulos são também os principais 
constituintes dos cílios, apêndices semelhantes a cabelos que 
se projetam de muitas células, cujos movimentos de chico-
te movem o fluido circundante ou propulsionam as células 
através da solução. Cílios muito longos, como a cauda dos es-
permatozoides, são denominados flagelos (os flagelos proca-
rióticos, compostos pela proteína flagelina, são totalmente di-
ferentes e não têm nenhuma relação com os dos eucariotos).
Os microfilamentos são fibras com diâmetro de �90 Å 
formadas pela proteína actina. Tal como os microtúbulos, 
eles possuem uma função de suporte mecânico. Além dis-
so, os microfilamentos, por meio de suas interações com a 
proteína miosina, formam arranjos contráteis responsáveis 
por muitos tipos de movimentos intracelulares, como o fluxo 
citoplasmático e a formação de protuberâncias ou de inva-
ginações celulares. Notável, no entanto, é que a actina e a 
miosina são os principais componentes proteicos das células 
musculares (Seção 35.3A).
Os filamentos intermediários, que constituem o tercei-
ro componente importante do citoesqueleto, são fibraspro-
teicas com diâmetro de 100 a 150 Å. Sua proeminência em 
regiões da célula sujeitas a estresse mecânico sugere que te-
nham função de suporte de carga. Por exemplo, a pele dos 
animais superiores contém uma rede extensa de filamen-
tos intermediários formada pela proteína queratina (Seção 
8.2A), responsável pela resistência desta cobertura externa 
(a) (b)
)d()c(
FIGURA 1.8 Componentes do citoesqueleto mostrados por imunofluorescência. As células foram tratadas com anticorpos produzi-
dos contra (a) tubulina, (b) actina, (c) queratina e (d) vimentina (uma proteína componente de um tipo de filamento intermediário) e 
a seguir coradas com anticorpos fluorescentes que reconhecem os anticorpos precedentes. (a e d: K.G. Murti/Visuals Unlimited; b: M. 
Schliwa/ Visuals Unlimited; c: cortesia de Mary Osborn, Max-Planck Institute for Biophysical Chemistry Göttingen, Alemanha.)
Voet_01.indd 10Voet_01.indd 10 19/03/13 15:1419/03/13 15:14
Bioquímica 11
protetora. Ao contrário do que ocorre com os microtúbulos 
e microfilamentos, as proteínas que formam os filamentos in-
termediários variam muito em tamanho e composição entre 
as diferentes células de um mesmo organismo e entre os mes-
mos tipos celulares em organismos diferentes.
f. As células vegetais são envolvidas por paredes celulares 
rígidas
As células vegetais (Fig. 1.9) possuem todas as organelas pre-
viamente descritas. Elas apresentam também várias carac-
terísticas adicionais, sendo a mais evidente a parede celular 
rígida no lado externo da membrana plasmática. Essa parede 
celular, cujo principal componente é a celulose, um polissa-
carídeo fibroso (Seção 11.2C), é responsável pela resistência 
estrutural das plantas.
O vacúolo é um espaço rodeado por membrana e cheio 
de fluido. Embora os vacúolos ocorram em células animais, 
eles são mais proeminentes nas células vegetais, onde ocu-
pam 90% do volume de uma célula adulta. Os vacúolos 
funcionam como locais de estoque de nutrientes, dejetos e 
produtos especializados, como pigmentos. A concentração 
relativamente alta de solutos dentro dos vacúolos das cé-
lulas vegetais faz com que absorvam água osmoticamente, 
aumentando, assim, sua pressão interna. Esse efeito, combi-
nado com a resistência da parede celular ao rompimento, é 
responsável em grande parte pela rigidez túrgida das plantas 
não lenhosas.
g. Os cloroplastos são os locais de fotossíntese nos 
vegetais
Uma das características das plantas é sua capacidade de rea-
lizar fotossíntese. Isso acontece em uma organela conhecida 
como cloroplasto, que, embora em geral seja muito maior do 
que uma mitocôndria, assemelha-se a ela, pois também possui 
duas membranas, uma interna e outra externa. Além disso, 
o espaço delimitado pela membrana interna do cloroplasto, 
o estroma, é semelhante à matriz mitocondrial, porque con-
tém muitas enzimas solúveis. Contudo, a membrana interna 
Plasmodesmo
Aparelho de
Golgi
Mitocôndria
Vacúolo
Retículo
endoplasmático
Amiloplasto
Parede celular Membrana plasmática
Cloroplasto
Núcleo
Nucléolo
FIGURA 1.9 Desenho de uma célula vegetal, juntamente com micrografias eletrônicas de suas organelas. (Plasmodesmo: Corte-
sia de Hilton Mollenhauer, USDA, EUA; núcleo: Cortesia de Myron Ledbetter, Brookhaven National Laboratory, EUA; aparelho 
de Golgi: Cortesia de W. Gordon Whaley, University of Texas, EUA; cloroplasto: Cortesia de Lewis Shumway, College of Eastern 
Utah, EUA; amiloplasto: Biophoto Associates; retículo endoplasmático: Biophoto Associates/Photo Researchers.)
Voet_01.indd 11Voet_01.indd 11 19/03/13 15:1419/03/13 15:14
12 Donald Voet / Judith G. Voet
do cloroplasto não apresenta cristas. O estroma possui um 
terceiro sistema de membranas que forma pilhas de sacos no 
formato de discos interconectados, chamados tilacoides, que 
contêm o pigmento fotossintético clorofila. O tilacoide usa a 
energia luminosa capturada pela clorofila para gerar ATP, 
que é utilizado, no estroma, para as reações biossintéticas ge-
radoras de carboidratos e outros produtos (Capítulo 24).
Assim como as mitocôndrias, os cloroplastos possuem 
o seu próprio DNA, RNA e ribossomos e reproduzem-se 
por fissão. Aparentemente, os cloroplastos, tal como as mi-
tocôndrias, evoluíram de uma cianobactéria ancestral que 
estabeleceu uma relação simbiótica com um eucarioto ances-
tral não fotossintetizante. Na verdade, vários eucariotos não 
fotossintetizantes modernos têm tal relação simbiótica com 
cianobactérias autênticas. Consequentemente, os eucariotos 
modernos em sua maioria são “híbridos” genéticos, uma vez 
que possuem simultaneamente linhagens de origem nuclear, 
mitocondrial, e – no caso de plantas – cloroplástica.
B. Filogenia e diferenciação
Uma das características mais marcantes dos eucariotos é sua 
enorme diversidade morfológica, tanto no nível celular quan-
to no do organismo como um todo. Pode-se comparar, por 
exemplo, a arquitetura das diversas células humanas desenha-
das na Fig. 1.10. Recordem-se, também, as grandes diferenças 
anatômicas entre uma ameba, um carvalho e um ser humano.
O sistema taxonômico com base na morfologia geral e 
nas sequências de proteínas e de ácidos nucleicos (Seções 7.1 
e 7.2) indica que os eucariotos podem ser classificados em 
três reinos: Fungi, Plantae (vegetais) e Animalia (animais). 
Contudo, a simplicidade estrutural relativa de muitos euca-
riotos unicelulares torna sua classificação muito arbitrária 
sob esse esquema. Em consequência, esses organismos ge-
ralmente são classificados em um quarto reino eucariótico, 
o Protista. (Notar que os sistemas de classificação biológica 
são uma conveniência para os biólogos; a natureza raramen-
te é ordenada de forma tão clara.) A Fig. 1.11 apresenta uma 
árvore filogenética para os eucariotos.
As comparações anatômicas entre os organismos vivos 
e os fósseis indicam que os diferentes reinos de organismos 
multicelulares evoluíram a partir dos protistas de forma inde-
pendente (Fig. 1.11). Os programas de crescimento, diferen-
ciação e desenvolvimento seguidos pelos animais multicelu-
lares (os metazoa) na sua transformação de ovos fertilizados 
a organismos adultos proporcionam uma notável indicação 
de sua história evolutiva. Por exemplo, todos os vertebrados 
possuem bolsas branquiais nos estágios embrionários ini-
ciais, as quais provavelmente refletem sua origem comum a 
partir de peixes (Fig. 1.12). Na verdade, esses embriões são 
similares em tamanho e anatomia, mesmo que as respectivas 
formas adultas exibam vastas diferenças nessas característi-
cas. Tais observações levaram Ernst Haeckel a formular sua 
famosa (embora exagerada) máxima: a ontogenia resume a 
(a) Osteócito
(b) Espermatozoide
(c) Célula
 acinária
 pancreática
(d) Neurônio
FIGURA 1.10 Desenhos de algumas células humanas. (a) Um osteócito (célula óssea), (b) um espermatozoide, 
(c) uma célula acinária pancreática (secretora de enzimas digestivas) e (d) um neurônio (célula nervosa).
Voet_01.indd 12Voet_01.indd 12 19/03/13 15:1419/03/13 15:14
Bioquímica 13
Plantas
Gimnospermas Angiospermas
Ascobolus
Vertebrados
Neurospora
Artrópodos
Urocordados
Equinodermas
Moluscos
Nematódeos
Líquens,
briófitas
(hepáticas)
Algas
marrons
Samambaias
Algas
azuis-esverdeadas
Diatomáceas
Cianobactérias Cloroplastos
Bactérias púrpuras
Mixobactérias
Mitocôndria
Gram-positivas
Bacteria
Procarioto
ancestral
Archaea
Leveduras
Algas
vermelhas
Esponjas
Celenterados Fungos
gelatinosos
Pr
ot
oz
oá
rio
s
Heliozoansus
Ciliados
Dinoflagelados
Amebas
Fungos Animais
Eu
ca
ri
ot
os
 m
ul
ti
ce
lu
la
re
s
Eu
ca
ri
ot
os
 u
ni
ce
lu
la
re
s 
(P
ro
ti
st
a)
P
ro
ca
ri
ot
osFIGURA 1.11 Árvore evolutiva que indica as linhas de origem da vida celular na Terra.
Voet_01.indd 13Voet_01.indd 13 19/03/13 15:1419/03/13 15:14
14 Donald Voet / Judith G. Voet
filogenia (ontogenia � desenvolvimento biológico). A elu-
cidação do mecanismo da diferenciação celular nos eucario-
tos é uma das principais metas de longo prazo da bioquímica 
moderna.
3 BIOQUÍMICA: PRÓLOGO
A bioquímica, como o nome indica, é a química da vida. Por 
conseguinte, ela liga a química, o estudo das estruturas e in-
terações de átomos e moléculas, com a biologia, o estudo 
das estruturas e interações de células e organismos. Uma vez 
que os seres vivos são compostos de moléculas inanimadas, 
a vida, no seu nível mais básico, é um fenômeno bioquímico.
Embora os organismos vivos mostrem uma enorme di-
versidade nas suas propriedades macroscópicas, existe uma 
notável similaridade na sua bioquímica, o que provê um 
tema unificador para estudá-los. Por exemplo, a informação 
genética é codificada e expressa de uma maneira quase idên-
tica em todas as formas de vida. Além disso, a série de rea-
ções bioquímicas, conhecidas como rotas metabólicas, assim 
como as estruturas das enzimas que as catalisam, são, para 
muitos processos básicos, quase idênticas entre um organis-
mo e outro. Isso sugere fortemente que todas as formas co-
nhecidas de vida descendam de um único ancestral primitivo, 
no qual essas características bioquímicas se desenvolveram 
pela primeira vez.
Embora a bioquímica seja um campo altamente diver-
sificado, trata basicamente de um número limitado de ques-
tões inter-relacionadas, enumeradas a seguir:
 1. Qual é a estrutura química e tridimensional das molé-
culas biológicas, como elas formam estas estruturas e como 
suas propriedades variam com elas?
 2. Como as proteínas funcionam; ou seja, quais são os me-
canismos moleculares da catálise enzimática, como os recep-
tores reconhecem e se ligam a moléculas específicas e quais 
são os mecanismos intra e intermoleculares pelos quais os re-
ceptores transmitem informações de acordo com o seu sítio 
de ligações?
 3. Como a informação genética é expressa e como é trans-
mitida para as futuras gerações celulares?
 4. Como são sintetizadas as moléculas biológicas e as orga-
nelas?
 5. Quais são os mecanismos de controle que coordenam a 
grande variedade de reações bioquímicas que acontecem nas 
células e nos organismos?
 6. Como as células e os organismos crescem, se diferenciam 
e se reproduzem?
Estas questões serão abordadas preliminarmente nesta 
seção e esclarecidas nos capítulos subsequentes. Contudo, o 
conhecimento em todos os casos, apesar de extenso, é muito 
pequeno se comparado à ignorância, como se tornará obvio 
à medida que a leitura avançar.
A. Estruturas biológicas
Os seres vivos são bastante complexos. Conforme está indi-
cado na Seção 1.1A, mesmo as células relativamente simples 
de E. coli contêm de 3 a 6 mil compostos diferentes, a maioria 
dos quais é exclusiva deste organismo (Fig. 1.13). Os organis-
mos superiores apresentam uma complexidade ainda maior. 
O Homo sapiens (ser humano), por exemplo, pode possuir 
100.000 tipos diferentes de moléculas, embora tenha sido 
caracterizada somente uma pequena fração delas. Por isso, 
poderia-se supor que seria uma tarefa muito difícil obter-se 
uma compreensão bioquímica coerente de um determinado 
organismo. Esse, entretanto, não é o caso. Os seres vivos têm 
uma regularidade básica que deriva do fato de serem construí-
dos de uma maneira hierárquica. Estudos anatômicos e cito-
lógicos têm mostrado que os organismos multicelulares são 
organizações de órgãos, os quais são constituídos de tecidos, 
que consistem em células compostas de organelas subcelu-
lares (p. ex., Fig. 1.14). Neste ponto da origem hierárquica, 
entra-se no campo da bioquímica, uma vez que as organelas 
consistem em arranjos supramoleculares como as membra-
Peixe
Bolsas branquiais
HumanoGalinhaSalamandra
FIGURA 1.12 Desenvolvimento embrionário de um peixe, um 
anfíbio (salamandra), uma ave (galinha) e um mamífero (hu-
mano). Nos estágios iniciais, eles são semelhantes tanto em ta-
manho como em anatomia (os desenhos no topo da figura estão 
aproximadamente na mesma escala), embora agora se saiba que 
suas similaridades não são tão grandes como indicam esses de-
senhos clássicos. Posteriormente eles divergem em ambas as ca-
racterísticas. (De acordo com Haeckel, E., Anthropogenie oder 
Entwickelungsgeschichte des Menschen, Engelmann [1874].)
Voet_01.indd 14Voet_01.indd 14 19/03/13 15:1419/03/13 15:14
Bioquímica 15
nas ou fibras, que estão organizadas em grupos de macro-
moléculas (moléculas poliméricas com massas moleculares 
acima de mil daltons).
A Tabela 1.1 indica que E. coli e os seres vivos em ge-
ral possuem apenas alguns tipos diferentes de macromolé-
culas: proteínas (do grego: proteios, de fundamental impor-
tância; um termo cunhado por Jacob Berzelius em 1838), 
ácidos nucleicos e polissacarídeos (do grego: sakcharon, 
açúcar). Todas essas substâncias são construídas de forma 
modular; elas consistem em unidades monoméricas unidas 
que ocupam o nível mais baixo da hierarquia estrutural. 
Assim, como indica a Fig. 1.15, as proteínas são polímeros 
de aminoácidos (Seção 4.1B), os ácidos nucleicos são polí-
meros de nucleotídeos (Seção 5.1) e os polissacarídeos são 
polímeros de açúcares (Seção 11.2). Os lipídeos (do gre-
go: lipos, gordura), a quarta classe principal de moléculas 
biológicas, são pequenos demais para serem classificados 
como macromoléculas, mas também apresentam uma cons-
trução modular (Seção 12.1).
A tarefa do bioquímico foi bastante simplificada pela 
descoberta da existência de relativamente poucas espécies de 
unidades monoméricas que ocorrem em cada uma das classes 
de macromoléculas biológicas. Todas as proteínas são sinteti-
zadas a partir dos mesmos 20 tipos de aminoácidos, os ácidos 
nucleicos são formados a partir de 8 tipos de nucleotídeos 
(4 no DNA e 4 no RNA), e cerca de 8 tipos de açúcares for-
mam os polissacarídeos. A grande variação observada nas 
propriedades de cada tipo de macromolécula tem origem 
basicamente no enorme número de maneiras pelas quais as 
unidades monoméricas podem ser combinadas e, em muitos 
casos, modificadas.
Uma das questões centrais na bioquímica é como são 
formadas as estruturas biológicas. Conforme será explicado 
nos capítulos subsequentes, as unidades monoméricas das 
E. coli
Ribossomo
LipopolissacarídeosProteínas
FosfolipídeomRNA tRNA DNA
Lipoproteína
Peptideoglicano
Flagelo
FIGURA 1.13 Corte transversal simulado de uma célula de E. coli ampliada cerca de um milhão de vezes. O lado direito do de-
senho mostra a membrana celular e a parede celular camadas com sua superfície externa adornada por lipopolissacarídeos (Seção 
11.3Bc). Um flagelo (abaixo, à direita) é movido por um motor ancorado na membrana interna (Seção 35.3I). O citoplasma, que 
ocupa a região central do desenho, é ocupado, predominantemente, pelos ribossomos envolvidos na síntese proteica (Seção 32.3). 
O lado esquerdo do desenho contém um emaranhado de DNA complexado com proteínas específicas. Somente as macromoléculas 
maiores e os grupos de moléculas estão sendo mostrados. O espaço remanescente do citoplasma em uma célula viva está cheio de 
moléculas menores e de água (uma molécula de água tem o tamanho do ponto no final desta frase). (Segundo desenho feito por 
David Goodsell, UCLA, EUA.)
Voet_01.indd 15Voet_01.indd 15 19/03/13 15:1419/03/13 15:14
16 Donald Voet / Judith G. Voet
(b) Órgão: pele
(c) Tecido: epiderme
(d) Célula: célula basal
(e) Organela: mitocôndria
(g) Macromolécula:
 citocromo c
(f) Organização supramolecular:
 membrana mitocondrial interna
Cadeia
polipeptídica
(a) Organismo: ser humano1 m
Lipídeo
Heme
Proteína
100 �m
5 �m
1 �m
10 Å
100 Å
1 mm
FIGURA 1.14 Exemplo da organização hierárquica das estruturas biológicas.
Voet_01.indd 16Voet_01.indd 16 19/03/13 15:1419/03/13 15:14
Bioquímica 17
macromoléculas são obtidas diretamente pela célula como 
nutrientes ou sintetizadas enzimaticamente a partir de subs-
tâncias mais simples. As macromoléculas são sintetizadas a 
partir de seus precursores monoméricos por processos com-
plexos mediados enzimaticamente.
As proteínas recém-sintetizadas adotam espontanea-
mente sua conformação nativa (Seção 9.1A), isto é, elas 
passam por uma automontagem. Aparentemente, suas se-
quências de aminoácidos especificam as suas estruturas 
tridimensionais. Da mesma forma, as estruturas dos outros 
tipos de macromoléculas são especificadas pela sequência 
de suas unidades monoméricas. O princípio da automonta-
gem estende-se até o nível da organização supramolecular. 
Contudo, é muito pouco conhecida a maneira pela qual são 
gerados os níveis mais altos das estruturas biológicas. A elu-
cidação dos mecanismos do crescimento e da diferenciação 
das células e dos organismos é uma das principais áreas da 
pesquisa biológica.
B. Processos metabólicos
Existe um conjunto gigantesco de reações químicas que ocor-
rem simultaneamente em qualquer célula viva. Porém, essas 
reações seguem um padrão que as organiza em um processo 
coerente denominado vida. Por exemplo, a maioria das rea-
ções biológicas faz parte de rotas metabólicas, isto é, elas fa-
zem parte de uma sequência de reações que gera um ou mais 
produtos específicos. Além disso, uma das características da 
vida é que as velocidades de suas reações são controladas de 
forma tão rígida que raramente a necessidade por um rea-
gente em uma rota metabólica não é satisfeita, ou que algum 
produto desnecessário seja gerado.
O metabolismo é tradicionalmente dividido (embora 
não necessariamente de forma lógica) em duas grandes ca-
tegorias:
 1. Catabolismo ou degradação, no qual os nutrientes e os 
constituintes celulares são degradados para recuperar seus 
componentes e/ou para gerar energia.
 2. Anabolismo ou biossíntese, no qual as biomoléculas são 
sintetizadas a partir de componentes mais simples.
A energia necessária para os processos anabólicos é forne-
cida pelos processos catabólicos basicamente na forma de 
trifosfato de adenosina (ATP). Por exemplo, os processos 
geradores de energia, como a fotossíntese e a oxidação bio-
lógica dos nutrientes, produzem ATP a partir de difosfato de 
adenosina (ADP – adenosine diphosphate) e um íon fosfato.
Difosfato de adenosina (ADP)
Trifosfato de adenosina (ATP)
Reciprocamente, os processos que consomem energia, como 
a biossíntese, o transporte de moléculas contra um gradiente 
de concentração e a contração muscular, ocorrem pela rever-
são dessa reação, ou seja, pela hidrólise do ATP:
Assim, os processos catabólicos e anabólicos estão acopla-
dos por intermédio do ATP, a “moeda” energética biológica 
universal.
ProlinaSerinaLeucina
Resíduos de aminoácidos
TirosinaAlaninaProteína
CitosinaAdeninaTimina
Nucleotídeos
GuaninaÁcido nucleico Adenina
Resíduos de açúcar
Polissacarídeo Glicose Galactose
Manose
Frutose
Glicose
FIGURA 1.15 Organização polimérica de 
proteínas, ácidos nucleicos e polissacarídeos.
Voet_01.indd 17Voet_01.indd 17 19/03/13 15:1419/03/13 15:14
18 Donald Voet / Judith G. Voet
C. Expressão e transmissão da informação genética
O ácido desoxirribonucleico (DNA) é o principal depósito 
da informação genética. Esta macromolécula, cujo esquema 
está na Fig. 1.16, consiste em duas cadeias de nucleotídeos, 
sendo cada um deles composto por um resíduo do açú-
car desoxirribose, um grupo fosforil e uma das quatro bases: 
adenina (A), timina (T), guanina (G) ou citosina (C). A in-
formação genética está codificada na sequência dessas bases. 
Cada base do DNA está ligada, por ligações de hidrogênio, a 
uma base na cadeia oposta, formando uma entidade conhe-
cida como um par de bases. No entanto, A só pode formar li-
gação de hidrogênio com T, enquanto G só pode formar com 
C, de modo que as duas cadeias são complementares, isto é, a 
sequência de uma cadeia implica na sequência da outra.
A divisão de uma célula deve ser acompanhada da re-
plicação do seu DNA. Nesse processo mediado enzimatica-
mente, cada cadeia de DNA atua como um molde na for-
mação de sua cadeia complementar (Fig. 1.17; Seção 5.4C). 
Consequentemente, cada célula da progênie contém uma 
molécula completa de DNA (ou um grupo de moléculas de 
DNA) consistindo, cada uma delas, em uma cadeia paren-
tal e uma cadeia-filha. As mutações surgem quando uma ou 
mais bases erradas são incorporadas à cadeia-filha por meio 
de erros raros de leitura ou por dano na cadeia parental. A 
maioria das mutações é inócua ou prejudicial. Contudo, oca-
sionalmente uma delas pode resultar em uma nova caracte-
rística que confere algum tipo de vantagem seletiva ao orga-
nismo. De acordo com os princípios da teoria Darwiniana, 
os indivíduos com tais mutações têm uma probabilidade au-
O
O
CH2
O
O
O
O
O
O
�O
�O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O�
O�
CH2
CH2
CH2
CH2
CH3
CH2
O
O
O
O
O
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
H
H
H
H N
H
H
H
H
CH
CH CH
CH
CH
CH
HC
H2C
H2C
HC
HC
HC
HC
HC
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
T
Esqueleto de
açúcar-fosfato
Desoxirribose
Fosfato
Esqueleto de
açúcar-fosfato
Pareamento de
bases complementares
A
C
C
G
G
T
T
C G
A
A
FIGURA 1.16 DNA fita dupla. As duas cadeias polinucleo-
tídicas associam-se por meio do pareamento de bases comple-
mentares. A base A pareia com T e a base G pareia com C por 
meio de ligações de hidrogênio específicas.
Velha Velha
Nova Nova
Velha Nova Nova Velha
G
G GG G
GG G
TT A. . .
A T. . .
T A. . .
T A. . .
A TA T. . .
T A. . .
T A. . . T A. . .
T A. . .
A T. . .
T A. . .
TT A. . .
A TA T. . .
T A. . .
A T. . .
T A. . .
A T. . .
GG CC. . .
G C. . .
T A. . .
C G. . .
A TT. . .
G C. . .
C G. . .
A T. . .
T A. . .
C G. . .
G
T
TT
TT
GG
C
C G. . .
C
A
G
C G. . . C G. . .
FIGURA 1.17 Desenho esquemático da replicação do DNA. 
Cada fita de DNA parental (em vermelho) serve como molde 
para a síntese de uma fita-filha complementar (em verde). Con-
sequentemente, as moléculas resultantes com fita dupla são 
idênticas.
Voet_01.indd 18Voet_01.indd 18 19/03/13 15:1419/03/13 15:14
Bioquímica 19
mentada de reprodução. Por meio da sucessão dessas muta-
ções, surgem novas espécies.
A expressão da informação genética é um processo com 
dois estágios. No primeiro estágio, chamado transcrição, uma 
das fitas do DNA serve de molde para a síntese de uma fita 
complementar de ácido ribonucleico (RNA; Seção 31.2). 
Esse ácido nucleico, que em geral possui uma única fita, di-
fere quimicamente do DNA (Fig. 1.16) por ter a ribose como 
o resíduo de açúcar no lugar da desoxirribose do DNA, e a 
base uracila (U) substituindo a timina.
HO O
H H
H H
OH
Ribose Uracila
OH
CH2 OH
O
H
N
H
N
O
H
H
No segundo estágio da expressão gênica, conhecido 
como tradução, os ribossomos catalisam a ligação dos ami-
noácidos para formar as proteínas (Seção 32.3). A ordem de 
ligação dos aminoácidos é determinada pela sequência de 
bases do RNA. Consequentemente, uma vez que as proteí-
nas são automontadas, a informação genética codificada pelo 
DNA especifica a estrutura e a função das proteínas, por 
intermédio do RNA. Sistemas regulatórios complexos,cuja 
atuação é ainda pouco esclarecida, controlam exatamente a 
expressão dos genes em uma dada célula sob determinadas 
circunstâncias.
4 GENÉTICA: UMA REVISÃO
É suficiente observar as semelhanças entre pais e filhos 
para se perceber que as características físicas são herda-
das. No entanto, o mecanismo da herança era desconheci-
do até a metade do século XX. A teoria da pangenia, que 
teve origem na Grécia antiga, sustenta que o sêmen, que 
claramente está relacionado com a procriação, consiste em 
partículas representativas de todas as partes do corpo (pan-
gênese). Essa ideia foi ampliada no final do século XVIII 
por Jean Baptiste de Lamarck, cuja teoria, conhecida como 
lamarquismo, propunha que características individuais ad-
quiridas, como, por exemplo, músculos mais desenvolvidos 
resultantes de exercício, seriam transmitidas para a progê-
nie. A pangênese e alguns aspectos do lamarquismo foram 
aceitos pela maioria dos biólogos do século XIX, inclusive 
por Charles Darwin.
A compreensão, em meados do século XIX, de que 
todos os organismos são derivados de uma única célula 
definiu o início do desenvolvimento da biologia moderna. 
Na sua teoria do plasma germinal, August Weismann ob-
servou que as células germinativas, o espermatozoide e o 
óvulo (cujas células primordiais são reservadas já no início 
do desenvolvimento embrionário), descendem diretamente 
das células germinativas da geração anterior, enquanto as 
outras células do corpo, as células somáticas, embora sejam 
derivadas das germinativas, não dão origem a elas. Ele refu-
tou as ideias da pangênese e do lamarquismo pela demons-
tração que a progênie de muitas gerações sucessivas de ca-
mundongos que tiveram suas caudas cortadas tinha cauda 
de comprimento normal.
A. Cromossomos
Em 1860, observou-se que o núcleo das células eucarióticas 
continha corpos lineares, que foram denominados cromos-
somos (do grego: chromos, cor � soma, corpo) porque eram 
fortemente corados por determinados corantes básicos (Fig. 
1.18). Existem, normalmente, duas cópias de cada cromosso-
mo (pares homólogos) em cada célula somática. O número 
(N) de cromossomos dessa célula é conhecido como o nú-
mero haploide, e o total (2N) é o número diploide. Espécies 
diferentes diferem no seu número haploide de cromossomos 
(Tabela 1.2).
FIGURA 1.18 Cromossomos. Fotomicrografia de uma célula 
vegetal (Scadoxus katherinae Bak.) durante a anáfase da mitose, 
que mostra os cromossomos sendo puxados pelo fuso mitótico 
para os polos opostos da célula. Os microtúbulos formadores do 
fuso estão corados em vermelho e os cromossomos estão em azul. 
(Cortesia de Andrew S. Bajer, University of Oregon, EUA.)
TABELA 1.2 Número de cromossomos (2N) em alguns 
eucariotos
Organismo Cromossomos
Homem 46
Cão 78
Rato 42
Peru 82
Sapo 26
Mosca-das-frutas 8
Caranguejo eremita �254
Ervilha 14
Batata 48
Levedura 34
Algas azul-esverdeadas �20
Fonte: Ayala, F.J. & Kiger, J.A., Jr., Modern Genetics (2nd ed.), p. 9, 
Benjamin/ Cummings (1984).
Voet_01.indd 19Voet_01.indd 19 19/03/13 15:1419/03/13 15:14
20 Donald Voet / Judith G. Voet
a. As células somáticas dividem-se por mitose
O processo de divisão das células somáticas, conhecido como 
mitose (Fig. 1.19), é precedido pela duplicação dos cromos-
somos para formar uma célula 4N. Durante a divisão celular, 
cada cromossomo se liga pelo centrômero ao fuso mitótico, 
de forma que os membros de cada par duplicado se posicio-
nam na placa equatorial da célula. Eles são então puxados 
pela ação do fuso para os polos opostos da célula em divisão, 
gerando células-filhas diploides que possuem o mesmo nú-
mero 2N de cromossomos da célula parental.
b. As células germinativas são formadas por meiose
O processo de formação das células germinativas, conhecido 
como meiose (Fig. 1.20), requer duas divisões celulares su-
cessivas. Antes da primeira divisão meiótica, cada cromosso-
mo é replicado, mas as cromátides-irmãs permanecem unidas 
pelos centrômeros. Os pares homólogos dos cromossomos 
duplicados posicionam-se no plano equatorial da célula em 
uma forma semelhante a um zíper, o que permite uma troca 
entre partes correspondentes dos cromossomos homólogos 
em um processo conhecido como recombinação. O fuso en-
tão conduz os membros de cada par homólogo para os polos 
opostos da célula, de modo que, depois da primeira divisão 
meiótica, cada célula-filha contém um número 2N de cro-
mossomos. Na segunda divisão meiótica, as cromátides-ir-
mãs separam-se para formar os cromossomos e deslocam-se 
para os polos opostos da célula, gerando um total de quatro 
células haploides conhecidas como gametas. A fertilização 
consiste na fusão de um gameta masculino (espermatozoi-
de) com um gameta feminino (óvulo), gerando uma célula 
diploide conhecida como zigoto que recebeu N cromossomos 
de cada um de seus pais.
B. A herança mendeliana
As leis básicas da herança foram enunciadas em 1866 por 
Gregor Mendel. Elas foram elucidadas por meio da análise 
de uma série de cruzamentos genéticos entre linhagens puras 
(que produzem uma progênie que possui as mesmas caracte-
rísticas dos pais) de ervilhas, Pisum sativum, que diferem em 
determinadas características bem-definidas, como forma da 
semente (lisa versus rugosa), cor da semente (amarela versus 
verde) ou cor da flor (púrpura versus branca). Mendel desco-
briu que o cruzamento entre pais (P) que diferem em uma úni-
ca característica, por exemplo, forma da semente, produz uma 
progênie (F1; primeira geração) em que todos os indivíduos 
possuem a característica de um dos pais, neste caso, sementes 
lisas (Fig. 1.21). A característica que aparece na F1 é dita do-
minante, enquanto a característica alternativa é chamada de 
recessiva. Na F2, ou seja, a progênie da F1, três quartos têm a 
característica dominante e um quarto, a característica recessi-
va. Aquelas ervilhas com a característica recessiva fornecem 
uma linhagem pura, isto é, o autocruzamento da progênie F2 
recessiva resulta em uma progênie (F3) que também possui a 
característica recessiva. Aquelas que exibem a característica 
dominante de F2, contudo, pertencem a duas categorias: um 
terço delas fornece linhagens puras, enquanto as demais for-
nece uma progênie com a mesma relação dos membros da F2, 
ou seja, 3:1 de característica dominante para recessiva.
Mendel justificou suas observações com a hipótese que 
os vários pares de características contrastantes resultam de 
Mitose
Interfase (2N)
Replicação do DNA
Prófase (4N)
Metáfase (4N)
Anáfase (4N)
Telófase
Citocinese quase
completa.
As células resultantes
são 2N
Divisão celular
As cromátides
tornam-se visíveis
Os cromossomos
se alinham ao
fuso
Cada cromátide
se move para
polos opostos
Começa a divisão
celular (citocinese)
Os cromossomos não
são visíveis como
estruturas distintas
FIGURA 1.19 Mitose, a forma mais usada de divisão celular 
nos eucariotos. A mitose dá origem a duas células-filhas, cada 
uma contendo o mesmo número de cromossomos da célula 
parental.
Voet_01.indd 20Voet_01.indd 20 19/03/13 15:1419/03/13 15:14
Bioquímica 21
um fator (agora chamado gene) que tem formas alternativas 
(alelos). Cada planta contém um par de genes para uma ca-
racterística em particular, um herdado do pai e outro da mãe. 
Os alelos para a forma da semente são simbolizados com a 
letra R para as sementes lisas e r para as rugosas (os símbolos 
dos genes em geral são grafados em itálico). As plantas puras 
com sementes lisas e rugosas têm, respectivamente, genóti-
pos RR e rr (composição genética) e são ambas homozigotas 
para a forma da semente. As plantas com o genótipo Rr são 
heterozigotas para a forma da semente e têm o fenótipo de 
semente lisa (aparência ou caractere), porque R é dominante 
sobre r. Os dois alelos nãose combinam nem se misturam na 
planta e são transmitidos independentemente, pelos gametas, 
para a progênie (Fig. 1.22).
Mendel descobriu também que características diferentes 
são herdadas independentemente. Por exemplo, o cruzamen-
to de ervilhas com sementes lisas e amarelas (RRYY) com 
ervilhas com sementes rugosas e verdes (rryy) resulta em 
uma progênie F1 (RrYy) que tem sementes lisas amarelas 
(sementes amarelas são dominantes sobre sementes ver-
des). O fenótipo da F2 aparece na proporção de 9 amarelas 
lisas, 3 verdes lisas, 3 amarelas rugosas, 1 verde rugosa. Esse 
resultado indica que não existe tendência para os genes de 
Meiose
Interfase (2N)
Replicação do DNA
Prófase intermediária I (4N)
Par de cromossomos
homólogos; a duplicação
não é visível
Os cromossomos
homólogos alinham-se
ao longo do fuso
Anáfase I (2N)
Anáfase II (2N)
Telófase II
Citocinese quase
completa
Os gametas
resultantes
são N
Divisão celular II
Metáfase II (2N)
Divisão celular I
Cromossomos com
cromátides-irmãs
movem-se para
polos opostos
A duplicação já é visível
Prófase tardia I (4N)
Metáfase I (4N)
FIGURA 1.20 Meiose, processo que leva à formação dos game-
tas (células sexuais). Na meiose, ocorrem duas divisões celulares 
consecutivas, originando quatro células-filhas, cada uma conten-
do a metade do número de cromossomos da célula parental.
�
�
�
�
com sementes rugosas14com sementes lisas
3
4
Sementes
rugosas
Sementes
lisas
Geração F1
(todas as sementes lisas)
Geração F2
Geração P
FIGURA 1.21 Cruzamentos genéticos. O cruzamento de uma 
planta de ervilha de sementes lisas com uma de sementes rugo-
sas gera uma progênie F1 na qual todas as sementes são lisas. 
O cruzamento de indivíduos da F1 dá origem a uma geração F2, 
na qual três quartos possuem sementes lisas e um quarto tem 
sementes rugosas.
Voet_01.indd 21Voet_01.indd 21 19/03/13 15:1419/03/13 15:14
22 Donald Voet / Judith G. Voet
algum dos pais de se agrupar (Fig. 1.23). Posteriormente foi 
mostrado, no entanto, que somente os genes que estão em 
cromossomos diferentes possuem essa independência.
A dominância de uma característica sobre outra é um 
fenômeno comum, mas não universal. Por exemplo, o cru-
zamento de uma variedade pura vermelha da boca-de-leão 
Antirrhinum com uma variedade pura branca resulta em uma 
progênie F1 cor-de-rosa. A progênie F2 tem flores vermelhas, 
cor-de-rosa e brancas na proporção de 1:2:1, porque os ho-
mozigotos para a cor vermelha (AA) possuem mais pigmento 
do que os heterozigotos (Aa; Fig. 1.24). A característica ver-
melha e a branca são, por isso, denominadas codominantes. 
No caso de codominância, o fenótipo revela o genótipo.
Um dado gene pode ter alelos múltiplos. Um exemplo 
bem conhecido é o do sistema de grupo sanguíneo ABO 
(Seção 12.3E). Uma pessoa pode ter o tipo A, B, AB ou tipo 
O, dependendo de quais antígenos, A, B, ambos ou nenhum, 
existem nas suas hemácias. Os antígenos A e B são determi-
nados pelos alelos codominantes IA e IB respectivamente, e o 
tipo O é homozigoto para o alelo recessivo i.
C. Teoria cromossômica da herança
A teoria da herança de Mendel foi praticamente ignorada 
por seus contemporâneos. Em parte porque, para analisar 
os dados, ele usou a teoria das probabilidades, um assunto 
estranho para a maioria dos biólogos da época. No entan-
to, a principal razão para que sua teoria tenha sido ignorada 
é porque ela estava adiante do seu tempo: o conhecimento 
contemporâneo da anatomia e da fisiologia não fornecia 
dados suficientes para a sua compreensão. Por exemplo, a 
mitose e a meiose ainda não tinham sido descobertas. Não 
obstante, depois que o trabalho de Mendel foi redescober-
to em 1900, ficou claro que os seus princípios explicavam 
a herança dos animais assim como a das plantas. Em 1903, 
como resultado da constatação que cromossomos e genes se 
comportam de forma semelhante, Walter Sutton formulou a 
teoria cromossômica da herança, na qual ele supunha que os 
genes eram fragmentos dos cromossomos.
A primeira característica a ter sua localização cromossô-
mica determinada foi a do sexo. Na maioria dos eucariotos, 
as células das fêmeas possuem duas cópias do cromossomo 
X(XX), enquanto as células dos machos possuem uma cópia 
do X e um cromossomo Y, morfologicamente diferente (XY; 
�
RR14
r12 r
1
2
R12 R
1
2
Rr12 sementes lisas
3
4
Gametas
Gametas
Geração F1
Geração F2
RR
R r
Rr Rr
Todas lisas (Rr)
rr
Geração P
� �
rr14 sementes rugosas
Lisa (RR) Rugosa (rr)
1
4�
Gametas
FIGURA 1.22 Genótipos e fenótipos. Em um cruzamento 
entre ervilhas de sementes lisas e ervilhas de sementes rugo-
sas, a geração F1 apresenta o fenótipo liso porque o genótipo 
liso é dominante sobre o genótipo rugoso. Na geração F2,, três 
quartos têm sementes lisas e um quarto tem sementes rugosas, 
porque os genes para esses alelos são transmitidos independen-
temente por gametas haploides.
�Gametas
Gametas
Geração F1
Geração F1
RY ry
Geração P
Amarela lisa
RR YY
Amarela lisa
Rr Yy
Verde rugosa
rr yy
(RR YY)116 (Rr YY)
2
16� �
(RR Yy)216
9
16(Rr Yy)
4
16 sementes amarelas e lisas� �
(RR yy)116
3
16(Rr yy)
2
16 sementes verdes e lisas� �
(rr YY)116
3
16(rr Yy)
2
16 sementes amarelas e rugosas� �
1
16(rr yy)
1
16 sementes verdes e rugosas�
Gametas
RR YY
Rr YY Rr YY
rr YY
RR yy
Rr yy Rr yy
rr yy
RR Yy
Rr Yy Rr Yy
rr Yy
RR Yy
Rr Yy Rr Yy
rr Yy
RY14 RY
1
4
rY14
Ry14
ry14
rY14
Ry14
ry14
FIGURA 1.23 Agrupamento independente. Os genes para 
as sementes de ervilha do tipo liso (R) versus rugoso (r) e ama-
relo (Y) versus verde (y) se agrupam independentemente. A 
geração F2 consiste em nove genótipos abrangendo os quatro 
fenótipos possíveis.
Voet_01.indd 22Voet_01.indd 22 19/03/13 15:1419/03/13 15:14
Bioquímica 23
Fig. 1.25). Portanto, o óvulo deve ter somente um cromosso-
mo X, enquanto o espermatozoide pode ter um X ou um Y 
(Fig. 1.25). A fertilização por um espermatozoide portando 
um X resulta em zigoto fêmea, e a fertilização por um es-
permatozoide portando um Y, resulta em zigoto macho. Isso 
explica a relação 1:1 de machos para fêmeas, observada na 
maioria das espécies. Os cromossomos X e Y são denomina-
dos cromossomos sexuais, e os demais são conhecidos como 
autossômicos.
a. A mosca-das-frutas é o modelo genético favorito
O ritmo das pesquisas genéticas foi bastante acelerado depois 
que Thomas Hunt Morgan começou a utilizar a mosca-das-
-frutas Drosophila melanogaster como modelo experimental. 
Esse pequeno e prolífico inseto (Fig. 1.26), que frequente-
mente é visto pairando sobre frutas maduras no verão e no 
outono, é facilmente mantido no laboratório, produzindo 
uma nova geração a cada 14 dias. Utilizando a Drosophila, 
os resultados dos cruzamentos genéticos podem ser determi-
nados 25 vezes mais rapidamente do que com as ervilhas. A 
Drosophila é atualmente o organismo superior melhor carac-
terizado geneticamente.
A primeira linhagem mutante de Drosophila conhecida 
tem olhos brancos em vez dos olhos vermelhos do tipo sel-
vagem (que ocorre na natureza). Por meio de cruzamentos 
�
AA14
a12 a
1
2
A12 A
1
2
vermelha14
Gametas
Gametas
Geração F1
Geração F2
AA
A a
Aa Aa
Todas cor-de-rosa (Aa)
aa
Geração P
Vermelha (AA) Branca (aa)
�
Aa12 cor-de-rosa
1
2�
aa14 branca
1
4�
Gametas
FIGURA 1.24 Codominância. No cruzamento de boca-de-leão 
com flores vermelhas (AA) e com flores brancas (aa), a geração 
F1 tem flores cor-de-rosa (Aa), o que demonstra que os alelos A 
e a são codominantes. As flores da F2 são vermelhas, cor-de-rosa 
e brancas na proporção 1:2:1.
1
2
XYX X
Geração P
PaiMãe
X X
Óvulo Espermatozoide
X Y
�
(XX)
(XY)
(XY)
(XX)
X X
X Y
1
2
1
2
1
2
1
2 (XX) �
1
2 (XY)
Gametas
Progênie
FIGURA 1.25 Segregação independente. A segregação inde-
pendente dos cromossomos sexuais, X e Y, resulta na propor-
ção 1:1 de fêmeas e de machos.
FIGURA 1.26 A mosca-das-frutas Drosophila melanogaster. 
O macho (à esquerda) e a fêmea (à direita) estão representados 
em seus tamanhos relativos; seu tamanho real é de �2 mm de 
comprimento e pesam �1 mg.
Voet_01.indd 23Voet_01.indd 23 19/03/13 15:1419/03/13 15:14
24 Donald Voet / Judith G. Voet
A B
A B
a b
A B
A b
a b
a b
A B
A B
A b
a b
a b
a B
a B
Células diploides
Duplicação de cada
cromossomo para
formar duas cromátides
Pareamento das
cromátides homólogas,
seguido da recombinação
do par de cromátides
Primeira divisão
meiótica
4 Células haploides
Segunda
divisão
meiótica
Centrômero
Cromátides
A B
a b
a B
A b
(a) (b)
FIGURA 1.27 Recombinação. (a) Micrografia eletrônica, juntamente com um desenho interpretativo, de dois pares de cromáti-
des homólogas durante a meiose no gafanhoto Chorthippus parallelus. As cromátides não irmãs (cores diferentes) podem recom-
binar em qualquer um dos pontos onde se cruzam. (Cortesia de Bernard John, The Australian National University, Austrália.) (b) 
Desenho esquemático da recombinação dos pares de genes alelos (A, B) e (a, b) durante a permutação.
um homozigoto para a outra. Se as duas características são 
não alélicas, a progênie terá o fenótipo selvagem, porque um 
dos cromossomos homólogos supre a função selvagem que o 
outro não possui; isto é, eles se complementam. Por exem-
plo, o cruzamento de uma Drosophila homozigota para uma 
genéticos entre a linhagem de olhos brancos e o tipo selva-
gem, Morgan mostrou que a distribuição do gene para olho 
branco (wh) se assemelha à do cromossomo X. Isso indica 
que o gene wh está localizado no cromossomo X e que o cro-
mossomo Y não o possui. Diz-se, portanto, que esse gene é 
ligado ao sexo.
b. Os mapas genéticos podem ser construídos a partir de 
uma análise das velocidades de recombinação
Nos anos subsequentes, foi determinada a localização cro-
mossômica de muitos genes da Drosophila. Os genes que 
estão no mesmo cromossomo não segregam independente-
mente. No entanto, quaisquer pares de tais genes ligados 
recombinam (trocam posições relativas com seus alelos no 
cromossomo homólogo) com uma frequência característica. 
Foi observado que a base citológica desse fenômeno ocor-
re no início da meiose, quando os cromossomos homólogos 
duplicados se dispõem em paralelo (metáfase I; Fig. 1.20). 
As cromátides homólogas trocam segmentos equivalentes 
por recombinação (Fig. 1.27). A localização cromossômi-
ca do ponto de recombinação varia, ao acaso, de evento 
para evento. Consequentemente, a frequência de recom-
binação de um par de genes ligados varia diretamente com 
a sua separação física ao longo do cromossomo. Morgan e 
Alfred Sturtevant utilizaram esse fenômeno para mapear 
(localizar) as posições relativas dos genes nos quatro cro-
mossomos da Drosophila. Esses estudos demonstraram que 
os cromossomos são estruturas lineares e não ramificadas. 
Sabe-se agora que tais mapas genéticos (Fig. 1.28) são pa-
ralelos à sequência correspondente de bases do DNA nos 
cromossomos.
c. Os genes não alélicos se complementam
Um teste de complementação pode determinar se duas ca-
racterísticas recessivas que afetam funções similares são ou 
não alélicas (diferentes formas do mesmo gene). Nesse teste, 
um homozigoto para uma das características é cruzado com 
Voet_01.indd 24Voet_01.indd 24 19/03/13 15:1419/03/13 15:14
Bioquímica 25
mutação de cor de olho conhecida como púrpura (pr) com 
uma homozigota para outra mutação de cor de olho conheci-
da como castanho (bw) gera uma progênie com cor de olho 
selvagem, demonstrando, assim, que esses dois genes não são 
alelos (Fig. 1.29a).
Em contraste, no cruzamento de uma fêmea de 
Drosophila homozigota para o alelo branco de cor de olho 
ligado ao sexo (wh) com um macho que possui o alelo café 
de cor de olho também ligado ao sexo (cf), a progênie fêmea 
não apresenta a cor de olho do tipo selvagem (Fig. 1.29b). Os 
genes wh e cf, portanto, devem ser alelos.
d. Os genes comandam a expressão de proteínas
A questão de como os genes controlam as características 
dos organismos levou algum tempo para ser respondida. 
Archibald Garrod foi o primeiro a sugerir uma conexão es-
pecífica entre genes e enzimas. Os indivíduos com alcapto-
nuria produzem urina que escurece em contato com o ar, 
Unidades Símbolo de
mapa do gene
0Aristas longas
Asas longas
13
31
Pernas longas
5 tarsos
48,5
Corpo cinza
Olhos
vermelhos
Asas longas
54,5
67
Asas retas
75,5
99,2
Olhos
vermelhos 104
Olhos
castanhos
Asas em arcoAsas retas
Asas curvas
Asas
vestigiais
Olhos púrpura
Corpo preto
Pernas curtas
4 tarsos
Asas curtas
Sem aristas
(aristas curtas)
Tipo selvagem Mutante
al
dp
d
b
pr
vg
c
a
bw
FIGURA 1.28 Segmento do mapa genético do cromossomo 2 
de Drosophila. As posições dos genes são dadas em unidades 
de mapa. Dois genes separados por uma unidade de mapa m 
recombinam com uma frequência de m%.
Características não alélicas recessivas
X
(a)
pr bw�
pr
�
bw�
bw
bw
pr�
pr�
pr bw�
bwpr�
Olho púrpura Olho castanho
Olho vermelho (tipo selvagem)
Características alélicas recessivas(b)
wh
X
X
wh
X
Y
cf
Fêmea com
olho branco
Macho com
olho cor café
Cor do olho diferente
do tipo selvagem
�
X
X
wh
cf
Pais
Progênie
Pais
Progênie
FIGURA 1.29 O teste de complementação indica se duas ca-
racterísticas recessivas são alélicas. São mostrados dois exem-
plos em Drosophila. (a) O cruzamento de um homozigoto para 
cor de olho púrpura (pr) com um homozigoto para cor de olho 
castanho (bw) gera uma progênie com cor de olho tipo selva-
gem. Isso indica que pr e bw não são alelos. O índice “�” indica 
o alelo tipo selvagem. (b) No cruzamento de uma fêmea homo-
zigota para o gene wh, cor de olho branco, ligado ao sexo, com 
um macho que possui o gene cf de cor de olho café também 
ligado ao sexo, a progênie feminina não tem a cor de olho tipo 
selvagem. Portanto, os genes wh e cf devem ser alelos.
Voet_01.indd 25Voet_01.indd 25 19/03/13 15:1419/03/13 15:14
26 Donald Voet / Judith G. Voet
como consequência da oxidação do ácido homogentísico ex-
cretado (Seção 16.3Ab). Em 1902, Garrod mostrou que essa 
doença metabólica benigna (seu único efeito adverso é artri-
te na idade avançada) resulta de uma característica recessi-
va herdada com padrão mendeliano. Ele demonstrou ainda 
que os alcaptonúricos são incapazes de metabolizar o ácido 
homogentísico da alimentação e, por isso, concluiu que eles 
não possuem uma enzima que metaboliza essa substância. 
Garrod descreveu a alcaptonuria e várias outras doenças 
humanas herdadas, estudadas por ele, como erros inatos do 
metabolismo.
No início de 1940, George Beadle e Edward Tatum mos-
traram, em uma série de investigações que marcou o início 
da genética bioquímica, que existe uma correspondência de 
um para um entre uma mutação e a falta de uma enzima espe-
cífica. O tipo selvagem do fungo Neurospora cresce em um 
“meio mínimo”, em que glicose e NH3 são as únicas fontes 
de carbono e nitrogênio. Determinadas variedades mutantes 
de Neurospora, geradas por meio de irradiação com raios X, 
contudo, requerem uma substância adicional para crescerem. 
Beadle e Tatum demonstraram, em vários casos, que os mu-
tantes não possuem uma enzima que participa da biossíntese