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Aula 2
Biologia Molecular Avançada
Genes: 
Replicação e Expressão
Genes:
Replicação e Expressão
Marcella Novaes Franco
Nathália Soares Ferreira 
Vinicio Barbosa S. Santos
Andrew Macrae
Laboratório de Biotecnologia 
Sustentável e Bioinformática 
Microbiana 
Departamento de Microbiologia Geral
IMPPG/UFRJ
http://www.ufsm.br/blg220/geneticamolecular.htm
22/12/2005
Replicação do DNA
http://www.genelex.com/paternitytesting/paternityslide1.html
22/12/2005
Características Principais da 
Replicação
- Ocorre desenrolamento e síntese 
simultâneos do DNA em um local 
denominado forquilha de replicação.
- Em E.coli a replicação começa com o 
desenrolamento do local oric (única origem 
de replicação em E.coli).
- Os filamentos parentais têm sentidos 
opostos e a replicação do DNA é
semiconservativa.
- Ambos os filamentos são sintetizados no 
sentido 5’→3’.
- Um filamento de DNA é feito de 
fragmentos (lagging), o outro é sintetizado 
de modo contínuo (leading). http://oak.cats.ohiou.edu~ballardhpbio475HeredityHeredity.htm
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Enzimas da Replicação
Síntese da fita nova.DNA Polimerase III
Retira os primers e preenche as lacunas.DNA Polimerase I
Liga os fragmentos de Okasaki.DNA Ligase
Se liga à fita simples de DNA, evitando que as 
pontes de hidrogênio se refaçam.
Single Strand Binding
(SSB)
Sintetiza os primers de RNA.Primase
Alivia a tensão torsional gerada pela abertura da 
dupla-fita.
DNA girase
Desenrola o DNA.dnaB (helicase) 
Reconhece a origem e abre a dupla fita em sítios 
específicos.
dnaA
DNA Polimerase I:
. A DNA Polimerase I foi a primeira enzima dirigida por um 
molde a ser descoberta.
. Tem importante papel na replicação e reparo do DNA.
. Catalisa a adição passo a passo de unidades de 
desoxirribonucleosídeos à ponta 3’ de uma cadeia de DNA.
. Para que possa iniciar a replicação é necessário um molde de cadeia 
(primer) com uma 3’ OH livre.
. É uma exonuclease revisora 3’→5’ com função de revisão na 
polimerização.
www.iq.usp.br/wwwdocentes/chsfarah/aula3_Replicacao.ppt
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DNA Polimerase I
. É uma exonuclease 5’→3’ corretora de erros.
. A atividade de exonuclease 5’→3’ tem papel importante na 
replicação pois remove o primer de RNA.
. Possui baixa capacidade de polimerização 5’→ 3’
relacionada a seu papel de enzima preenchedora de 
espaços e de reparo.
. A DNA polimerase I tem três atividades enzimáticas em 
uma única cadeia polipeptídica.
DNA Polimerases II e III
. São similares a DNA Polimerase I em vários aspectos:
. Catalisam uma síntese de DNA dirigida por molde.
. É necessário um primer com uma 3’OH livre.
. A síntese é no sentido 5’→3’.
. Elas possuem atividade de exonuclease 3’→5’.
DNA Polimerase II:
Participa do reparo do DNA mas não é necessária para 
a replicação pois possui uma capacidade de polimerização 
baixíssima.
DNA Polimerase III:
A DNA polimerase III é a principal responsável pela 
síntese das fitas de DNA devido à sua alta capacidade de 
polimerização, potência catalítica (1000 nucleotídeos 
adicionados por segundo, enquanto a polimerase I adiciona 
apenas 10 por segundo) e fidelidade.
Replicação
Autoria: Arsénio Fialho
Disponível em http://www.e-escola.pt/site-bin/licao_frame.asp?tema_id=81&mat_id=173&dif_id=2&pag_id=678
22/12/2005
Mutações
São produzidas por vários tipos de alterações nas 
seqüências de bases do DNA.
Tipos de Mutações
. Substituição de um par de bases por outro (transição ou 
transversão).
. Deleção de um ou mais pares de bases.
. Inserção de um ou mais pares de bases.
http://www.virtual.epm.br/cursos/genetica/htm/mutacao.htm
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Vantagens e Desvantagens das 
Mutações
Vantagens 
. A mutação poderá ser benéfica se a enzima alterada 
codificada pelo gene mutante possui uma atividade nova 
ou aumentada que beneficie a célula.
. A mutação é responsável pela variabilidade gênica.
. Ela fornece a matéria prima para o processo evolutivo e, 
em algumas situações é fundamental para o 
melhoramento, cujo sucesso depende da existência de 
variabilidade. 
Desvantagens
. A alteração nas seqüências de bases de 
um gene algumas vezes causa uma alteração 
no produto codificado por aquele gene.
. A alteração do genótipo pode ser desvantajosa 
ou mesmo letal, se a célula perde uma característica
que ela necessita.
Por que as Mutações Ocorrem?
Vários fatores atuam influenciando modificações nas 
seqüências de bases do DNA. São eles:
Mutágenos Químicos:
Substâncias que atuam danificando 
ligações químicas, ou mesmo 
substituindo nucleotídeos normais 
por moléculas análogas. 
Mutágenos Físicos:
Radiação ionizante capaz de destruir
as ligações químicas entre os
nucleotídeos e raios UV
que formam ligações covalentes
nocivas entre as bases.
Mutágenos Biológicos: ação de vírus e bactérias, 
que injetam parte de seu DNA na célula hospedeira
ocasionalmente integrando-a à cadeia de DNA do hospedeiro.
Também podem haver mutações por falhas de ordem genética.
Formação de Dímeros de 
Pirimidina
http://www2.uah.es/biomolq/BM/Esquemas/imagenes/Transparencias%20Tema%204%20BM1/Diapositiva5.JPG
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Mecanismos de Reparo
O DNA é danificado por uma variedade de agentes físicos 
e químicos, portanto todas as células possuem mecanismo de 
reparo.
O reparo é possível pois a informação genética é 
armazenada em ambos os filamentos da dupla hélice e sendo 
perdida em um filamento pode ser recuperada pelo outro.
Rearranjos Gênicos
Troca de genes 
entre duas 
moléculas de DNA, 
para formar novas 
combinações de 
genes.
Tipos de Rearranjos
. Recombinação homóloga:
A troca pode ocorrer entre qualquer par de 
seqüências homólogas nas moléculas de 
DNA parental através da quebra e 
união de segmentos homólogos.
. Transposição:
Movimento de um gene de um 
cromossomo para outro, ou de um local 
para outro no mesmo cromossomo. 
. Transposons:
Elementos genéticos móveis que 
possibilitam aos genes o movimento 
entre locais não homólogos no DNA. www.icb.ufmg.br/~lbcd/prodabi3/grupos/grupo2/program/rearranjo10.html#2
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Exemplo: Plasmídios Fator R – Grupo de transposons de importância 
médica pois tornam as bactérias resistentes a vários antibióticos
Tipos de Rearranjos
Recombinação sítio-específica:
Troca de duas seqüências de DNA específicas, não 
necessariamente homólogas.
Ocorre quando o DNA circular do FAGO se insere 
no cromossomo bacteriano entre locais específicos em 
ambas as moléculas de DNA.
Nesse tipo de rearranjo, não é necessário DNA 
unifilamentar.
Exemplo:
O material genético do fago lambda se integra ao 
DNA bacteriano através do ciclo lisogênico.
Recombinação Homóloga 
x 
Recombinação Sitio-Específica
. A recombinação sítio específica, ao contrário da 
recombinação homóloga, é orientada primariamente por 
proteínas que reconhecem seqüências particulares do 
DNA e não por homologia de seqüências.
. O DNA unifilamentar é necessário para iniciar a 
recombinação homóloga mas a sítio específica não.
Elementos Genéticos Móveis 
em Bactérias
Plasmídios: 
Portam genes para 
inativação de antibióticos, 
metabolismo de produtos 
naturais e produção de 
toxinas.
Os plasmídios são replicons. 
Contêm sua própria origem de 
replicação 
http://www.ufv.br/dbg/trab2002/TRANSG/TRG001.htm
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Elementos Genéticos Móveis
em Bactérias
Tipos de Plasmídios:
. Fator F (Fertilidade):
Confere “masculinidade”, transmissível por conjugação.
. Fator F’:
Carregam genes de E.coli além dos genes de Fator F.
. Fator R:
Carregam genes de resistência à drogas. Alguns carregam genes 
para conjugação.
. Fator Colinogênico:
Carregam genes paracolicina (toxina), alguns carregam genes 
para conjugação.
Elementos Genéticos Móveis
em Bactérias
Fagos lisogênicos:
Lambda - Poderá 
carregar genes de E.coli
(gal ou bio) além de genes 
virais.
Mu - Todos os mu 
carregam pequeno trecho 
do genoma de E.coli.
Seqüência de inserção:
São os transposons
existentes mais simples, 
apresentando tipicamente 
1kb de comprimento. 
Poderão se mover para 
qualquer local em um 
cromossomo.
http://www.icampus.ucl.ac.be/SBIM2520/document/genemol/biomolespa/faslambda/fagos-01.jpg
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