Aula 01 História da biologia molecular

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Universidade Federal do Ceará
Departamento de Análises Clínicas e Toxicológicas
Faculdade de Farmácia, Odontologia e Enfermagem
Biologia Molecular Aplicada à Farmácia
Profª. Cecília Rocha
2019.1
História da Biologia Molecular
O que estuda a Biologia Molecular?
É o estudo das macromoléculas celulares essenciais, incluindo o
ácido desoxirribonucleico (DNA), o ácido ribonucleico (RNA) e as
proteínas, e das vias biológicas existentes entre elas.
testes diagnósticos de doenças genéticas
análise forense de DNA
lavouras com melhor rendimento e 
resistência a doenças
novas terapias contra o câncer
capacidade de rastrear pandemias
novos métodos de tratamento 
de águas residuais
novas abordagens de geração de energia
Como surgiu a Biologia Molecular?
o 1858: Charles Darwin e Alfred Russel Wallace: 
o Teorias sobre evolução
o Darwin: “A origem das espécies por meio da seleção natural” 
o Não explicava a origem das variedades nem como as 
características eram transmitidas através das gerações
o 1865 : Gregor Mendel
o Perpetuação das características hereditárias
Pedra fundamental da genética moderna
Abordagem que usou para estudar
Características individuais da 
planta (Pisum sativum): 
sementes, flores, caule e vagens
o 1ª Lei de Mendel:
o 1º experimento: Linhagem pura: 
o 7 pares diferentes de traços x com pólen das plantas com traços contrastantes
Característica: dominante e recessiva 
Completamente contrários à visão 
prevalecente de que as características
parentais se misturavam nos 
descendentes
o 1ª Lei de Mendel:
o 2º experimento: autopolinização da geração F1 
produzindo a geração F2
o Características mistas
Resultados dos experimentos de Mendel:
• Propôs que os traços eram "partículas hereditárias" - hoje conhecidas como
genes - que vinham aos pares.
• Alelo poderia mascarar o aparecimento do outro
• Alelos: Variante do gene que codifica um traço
• Diploides: carregam duas cópias de cada gene
• Haploides: uma cópia de cada gene
• Genótipo: Alelos contidos em um organismo
• Fenótipo: Aparência externa de um organismo
• Homozigoto: Possui duas cópias idênticas de um alelo para um gene
• Heterozigoto: Possui dois alelos diferentes para um gene
1ª Lei de Mendel (Lei da segregação): 
➢ Segregação independente e igual dos alelos durante a formação dos gametas
Mendel lançou a hipótese:
“As características são carregadas por determinados genes, que as células
somáticas contêm duas cópias (dois alelos) de cada gene e que os gametas
obtêm apenas um alelo para cada gene durante a formação dos gametas.
Quando dois gametas se fundem na fertilização, os pares de alelos são
restabelecidos, produzindo o genótipo diploide dos descendentes”.
o 2ª Lei de Mendel:
Como os alelos para dois genes diferentes se comportam?
Separar durante a formação dos 
gametas (randômica)
Manter associados deslocando-se juntos 
para o mesmo gameta
o 2ª Lei de Mendel:
2ª Lei de Mendel: Lei do arranjo independente
➢ Genes diferentes se distribuem para os gametas 
independentemente um do outro.
o 1868: Friedrich Miescher
o Primeiros estudos químicos sistemáticos do núcleo da célula
Glóbulos brancos
Bandagens cirúrgicas descartadas
Núcleo Nucleína
Após 20 anos foi de 
chamada de ÁCIDO 
NUCLEICO
oxigênio, nitrogênio e 
fósforo
o Entre 1882 e 1885: Walther Flemming e Eduard Strasburger
Descobriram estruturas
em forma de bastão no núcleo das células
CROMOSSOMOS
Walther Flemming Eduard Strasburger
o 1900: Albrecht Kossel
o Investigou a estrutura química dos “ácidos nucleicos”
o DNA e RNA
Bases nitrogenadas
adenina (A)
guanina (G) citosina (C)
timina (T)
uracila (U)
Quem descobriu que os genes estão 
nos cromossomos? 
o 1902 e 1903: Walter Sutton e Theodor Boveri
o Número de cromossomos das células germinativas, em determinado 
estado de sua maturação, era reduzido à metade.
o Fenômeno de união dos gametas para criarem uma célula somática 
do organismo em formação
Assumindo que os genes faziam parte do cromossomo
o 1908: Thomas Hunt Morgan
o Genes podem se alterar dando origem a novos genes (mutação)
o Mosca da fruta: Drosophila melanogaster
Genes estão ligados a cromossomos !!!
HERANÇA 
LIGADA 
AO SEXO
Genes localizados em
cromossomos sexuais podem
expressar-se de maneira
diferente em descendentes
masculinos e femininos porque se
houver apenas um cromossomo X
presente, genes recessivos
nesses cromossomos sempre
serão expressos.
o 1908: Thomas Hunt Morgan
o Genes podem se alterar dando origem a novos genes (mutação)
o Mosca da fruta: Drosophila melanogaster
Genes estão ligados a cromossomos !!!
Base da genética moderna ao determinar que os genes são
regiões do cromossomo responsáveis pelas características inatas
de um determinado organismo - Prêmio Nobel de Medicina de
1933
o 1909: Wilhelm Johannsen
o TERMOS: 
▪ “gene” para designar a unidade mendeliana (fator) 
▪ “genótipo” para as características genéticas do indivíduo
▪ “fenótipo” para se referir ao seu aspecto externo
o Década de 1920: 
▪ base química da herança: cromossomos (DNA + proteínas)
Qual dos dois é o composto da herança?
Proteína 1940: 
DNA
Tudo começou....
1928: Frederick Griffith
bactérias virulentas 
mortas por calor 
transformavam
bactérias não 
virulentas vivas em
bactérias virulentas 
Tudo começou....
1928: Frederick Griffith
bactérias virulentas 
mortas por calor 
transformavam
bactérias não 
virulentas vivas em
bactérias virulentas 
PRINCÍPIO TRANSFORMANTE
Os resultados sugeriram que o material genético que
codificava as cápsulas permanecia intacto mesmo depois
que a bactéria virulenta (colônia lisa) tivesse sido morta,
e que esse material poderia entrar em outra célula e
recombinar-se com seu material genético
o 1931: Phoebus Aaron Theodor Levene
o Bases nitrogenadas, açúcar e fosfato: estruturas básicas dos ácidos
nucleicos
Polímeros: formados por muitas repetições de uma mesma subunidade
o Descreveu as diferenças entre RNA e o DNA
Quem seria o princípio transformante de Griffith?
• Ácidos nucléico?
• Proteína?
• Carboidrato?
o 1944: Oswald Avery, Colin MacLeod e Maclyn McCarty
PRINCÍPIO 
TRANSFORMANTE: DNA!!
composto químico 
da herança
o 1952: Alfred Hershey e Martha Chase
PRINCÍPIO 
TRANSFORMANTE: DNA!!
Uma nova
comprovação
Conclusão: material infectante era o DNA do 
vírus injetado dentro das células bacterianas
........“corrida científica” para descobrir a estrutura do DNA
o 1949: Erwin Chargaff
o Bactérias, vertebrados, plantas superiores ...
o Existia uma relação quantitativa entre as bases nitrogenadas do DNA:
o A = T
o C ≡ G
postulados de Chargaff
Especulou que suas constatações talvez pudessem
ter significado mais profundo, não ousando
qualquer afirmação conclusiva
........“corrida científica” para descobrir a estrutura do DNA
o Início da década de 50: Rosalind Franklin e Maurice Wilkins
o Difração de raios X:
o DNA era helicoidal 
o Era composta por mais de uma cadeia polinucleotídica
1951: Linus Pauling: bases nitrogenadas 
estavam voltadas para o lado externo da 
molécula e os fosfatos, voltados para o interior 
da espiral.
Espiral
........“corrida científica” para descobrir a estrutura do DNA
o 1953: James Watson e Francis Crick
Pauling: bases nitrogenadas
estavam voltadas para o lado
externo da molécula e os fosfatos,
voltados para o interior da espiral.
Características básicas ao DNA
Grupos fosfato próximos: repelia, 
tornando a molécula instável
Proporção quantitativa entre as bases 
timina e adenina, bem como entre 
guanina e citosinaInformações acumuladas sobre o DNA:
• Material genético
• Composição química
– Cadeias de fosfato e açúcar
• 4 ≠ base nitrogenadas
– [ A ] = [ T ]
– [ G ] ≡ [ C ]
• Estrutura regular
– Difração de Raio-X
Mas qual seria a
estrutura tridimensional
da molécula de DNA?
o 1953: James Watson e Francis Crick
Características essenciais da dupla hélice de Watson e Crick:
• Duas cadeiras polinucleotídicas que correm em sentido opostos e helicoidizam ao 
redor de um eixo comum para formar uma dupla hélice com giro para a direita
• As bases purínicas e pirimidínicas estão no interior da hélice, enquanto as 
unidades fosfato e desoxirribose estão na parte externa
• Adenina (A) pareia-se com a Timina (T), e a Guanina (G) com a Citosina (C).
• Os pares de bases AT são mantidos por duas pontes de hidrogênio
• Os pares GC são mantidos por três pontes de hidrogênio
Modelo do DNA construído por Watson
e Crick - Cambridge University - 1953
Surgimento da biologia 
molecular
1962: NOBEL
Rosalind Franklin: título póstumo de “mãe do DNA”
1953: Tem início a Biologia Molecular
• 1957: Francis Crick
– O dogma central da biologia molecular:
• 1961: Marshall Nirenberg
– Código Genético: códon UUU: traduzia-se como o aminoácido fenilalanina
- Finalização: 1966: Phil Leder
Código genético
1971: David Baltimore e Howard Temin
▪ Presença de uma transcriptase reversa viral capaz de sintetizar 
DNA dupla fita a partir de um molde de RNA.
Vírus revertem a direção do dogma central
1973: DNA recombinante
• 1982: Richard Palmiter
– 1º animal transgênico (rato)
• 1985: Kary Mullis
– Método da PCR - Polymerase Chain Reaction
1990 - Lançado o Projeto Genoma Humano (HGP). Esforço de 15 anos
coordenado pelo “Department of Energy – DOE” e pelo “Nacional
Institutes of Health – NIH” dos USA para o sequenciamento completo
do genoma humano.
1994 - 1º alimento geneticamente modificado (OGM) aprovado pela FDA
Tomate Flavr Savr
Soja Tomate Flavr Savr
1995 - Primeiro genoma sequenciado de um organismo de vida livre
• Haemophilus influenzae
• Linha evolutiva dos organismos 
• Novos métodos de diagnóstico
• Formulação de novos medicamentos
• Vacinas
• Prevenção e tratamentos mais eficazes 
contra doenças ou pragas.
1996: Instituto Roslin (Escócia)
– lan Wilmut
• Nasce o primeiro clone de um mamífero adulto, a Dolly
• A partir de uma célula da glândula mamária
• 2003: Dolly morre
Clonagem : Envelhecimento precoce ??
2000: Sequenciamento do genoma da bactéria Xylella fastidiosa
– Doença do “amarelinho” em cítricos
– Pesquisadores paulistas
http://agencia.fapesp.br/incidencia-de-amarelinho-nos-laranjais-
paulistas-cai-drasticamente/23581/
• 2001: Um rascunho do mapeamento do genoma humano
• A empresa Celera Genomics e um consórcio público de laboratórios
internacionais
• Revelando que é formado
por aproximadamente 30 mil genes,
e não 100 mil
2003
– Biologia Molecular completa 50 anos
– Genoma Humano está sequenciado
• Nasce a Farmacogenômica: estudo da resposta de pacientes em relação
a medicamentos e tratamentos de doenças, devido a variação genética
entre diferentes indivíduos e suas respostas a ação das drogas.
2012: CRISPR/Cas
Edita o DNA e alterar características dos organismos em prol da sociedade
1. Médicos norte-americanos conseguiram “consertar” a mutação de um embrião 
para que ele não desenvolvesse uma condição cardíaca potencialmente fatal chamada 
cardiomiopatia hipertrófica, que afeta uma em cada 500 pessoas.
2. A ferramenta havia sido empregada para atuar sobre uma proteína — chamada 
Tudor-SN — envolvida na divisão celular e que eles haviam conseguido reduzir a 
velocidade de desenvolvimento de células cancerosas.
3. Editar o gene responsável pela Doença de Huntington — uma condição hereditária 
caracterizada pela falta de coordenação motora e que pode afetar a personalidade e 
certas habilidades mentais dos portadores — de ratinhos de laboratório, fazendo 
com que a condição, em vez de progredir, regredisse.
2012: CRISPR/Cas
edita o DNA e alterar características dos organismos em prol da sociedade
Novembro de 2018
E agora? Para onde vamos?
O que fazer?
Até que ponto??
Bioética??