mod1_aula1 - Histórico da Biologia Molecular

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Biologia Molecular Básica – Módulo I: Básico Estrutura dos ácidos nucléicos – Aula 1 
Profª. Christina Gaspar Villela – Extensão de Biologia – Fundação CECIERJ/CEDERJ 1
Biologia Molecular Básica Módulo I – Básico 
Aula 1 
Histórico da Biologia Molecular 
Prezado professor cursista, você está prestes a entrar no universo da 
Biologia Molecular. A contribuição de diversos pesquisadores tornou 
possível utilizar a BioMol (vamos passar a chamá-la assim) como base 
da Biologia moderna e como suporte científico de todas as outras 
disciplinas “biológicas”. Nesta aula vamos rever a contribuição desses 
pesquisadores. Seja bem-vindo! 
Os objetivos desta aula são: 
ƒ Explicar o que estuda a Biologia Molecular. 
ƒ Acompanhar a construção do conhecimento relacionado à forma pela 
qual as características de um indivíduo são herdadas por seus 
descendentes. 
ƒ Explicar a natureza química da molécula responsável pela 
hereditariedade. 
 
1. Contribuições de Mendel 
 
Você já deve ter ouvido falar em seqüenciamento do genoma de alguns 
organismos (incluindo o ser humano), terapia gênica, vacinas 
recombinantes, plantas e animais transgênicos e outros temas que 
fazem parte do nosso cotidiano. Provavelmente, “porém, para um 
número grande de pessoas esses assuntos são ainda desconhecidos”. 
Você sabe, entretanto, que tudo isso – e muito mais – só se tornou 
possível graças ao avanço de diversas áreas da ciência, incluindo a 
Biologia Molecular. 
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Para que você entenda como tudo começou, precisamos retornar a uma 
época em que a semelhança de certos traços e características de pais e 
filhos era alvo de observação. O homem começou a fazer uso da 
genética antes mesmo de compreender alguns de seus conceitos. Sabe 
como? Por exemplo, os animais mais vigorosos eram escolhidos para a 
reprodução, assim como as melhores sementes eram selecionadas para 
o plantio. 
Muitos anos antes de Cristo, os filósofos gregos já se arriscavam a 
opinar sobre alguns fenômenos genéticos; com o desenvolver da 
sociedade, médicos, matemáticos, físicos e padres também contribuíram 
com suas idéias para o entendimento da hereditariedade. A teoria de 
hereditariedade apresentada por Aristóteles (384 a.C. - 322 a.C.) foi a 
mais influente do mundo antigo. Ele corretamente intuiu que tanto o pai 
quanto a mãe contribuem com material genético para a formação da 
criança. Entretanto, segundo ele, essa contribuição ocorria por uma 
mistura de sangues - o sêmen masculino seria sangue purificado, e 
constituía a fonte da vida e da forma, enquanto o sangue menstrual 
feminino, menos puro, contribuía com a parte material do embrião. 
Pouco progresso foi feito no campo da hereditariedade entre o tempo de 
Aristóteles e meados do século XIX. Entretanto, nesse período foram 
estabelecidas as bases da investigação científica. 
O monge Gregor Mendel (1822 —1884) deu o passo pioneiro para que 
a Biologia se tornasse uma ciência da descoberta de relações funcionais 
e não uma ciência essencialmente descritiva, como tinha sido até então. 
Figura 1: A Biologia 
Molecular é o estudo da 
Biologia em nível 
molecular, com especial 
atenção ao estudo da 
estrutura e da função do 
material genético e de 
seus produtos de 
expressão: as proteínas. 
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Através da análise dos cruzamentos entre ervilhas, Mendel deduziu a 
presença de fatores hereditários que eram propagados de forma estável 
de geração a geração, sendo responsável pela formação de 
características individuais. 
Mendel propôs a existência de partículas ou fatores hereditários nas 
células sexuais e previu o comportamento especial desses fatores 
(genes), que deveriam se separar durante a formação de gametas. 
Com a fecundação, então, ocorreriam a fusão dos gametas e a 
reconstituição do par de fatores hereditários. Mendel postulou, ainda, 
que os genes não se fundem após a fecundação, mas permanecem lado 
a lado, independentemente de se manifestarem ou não. 
Você deve também se lembrar de que todas as hipóteses de Mendel 
tiveram origem na análise estatística de seus resultados. O mais 
interessante é que a análise feita por ele não necessitou de 
conhecimento sobre o que são os genes e como eles controlam os 
fenótipos. Todo seu trabalho se baseou na representação de fatores 
hipotéticos abstratos de herança (ou genes) por símbolos, não havendo 
qualquer preocupação quanto à natureza ou localização desses fatores 
em uma célula. 
Apesar de a discussão dos resultados obtidos com o cruzamento de 
variedades de ervilha ser muito interessante, esse assunto é tema da 
Genética e não será abordado aqui. Entretanto, não podemos deixar de 
enfatizar que o surgimento da Biologia Molecular está atrelado às 
contribuições de Mendel, e, por esse motivo, escolhemos Mendel e suas 
ervilhas como ilustração de abertura deste curso. 
2. Teoria cromossômica da herança 
Trinta anos depois da divulgação dos resultados de Mendel, constatou-
se que o espermatozóide é constituído principalmente de material 
nuclear e que o núcleo era responsável pela hereditariedade. Em 1877, 
os cromossomos foram visualizados no interior do núcleo, mas somente 
no início do século XX (1903), com o desenvolvimento da Citologia, 
Walter S. Sutton pôde acompanhar o comportamento dos 
cromossomos durante a produção dos gametas, que, 
surpreendentemente, mostrou-se análogo ao comportamento dos 
elementos hereditários propostos por Mendel. Surgiu a teoria 
cromossômica da herança, que postula que os fatores hereditários 
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estejam fisicamente localizados nos cromossomos. Essa teoria foi 
importante por fornecer um mecanismo de transmissão para explicar o 
comportamento dos fatores mendelianos. 
Os anos seguintes foram marcados pela tentativa de converter a teoria 
cromossômica da herança em fato. O que se buscava era uma 
explicação física para os resultados genéticos. Primeiramente, William 
Bateson, em 1906, descobriu o princípio da ligação (linkage), que 
significa que os genes localizados muito próximos no mesmo par de 
cromossomos constituem um grupo de ligação e seriam herdados em 
bloco, caso não ocorresse o crossing over. 
 
 
 
 
 
Alguns anos depois, Thomas Hunt Morgan e os alunos de doutorado C. 
B. Bridges, H. J. Muller e A. H. Sturtevant transformaram a teoria 
cromossômica da herança no conceito de localização dos genes em uma 
disposição linear em cada cromossomo. Com a publicação do livro de 
Morgan sobre a Teoria do Gene, em 1926, ficou assegurado que os 
genes estão localizados nos cromossomos, em disposição linear, e são 
transmitidos de genitor para filho. 
3. Da Teoria do gene ao surgimento da 
Biologia Molecular 
Até agora, você acompanhou o desenrolar da história cujo cerne era 
entender cientificamente a semelhança entre pais e filhos. Uma vez 
estabelecido o mecanismo de herança, o campo de investigações dos 
genes partiu para uma nova direção: a base química da herança. 
Com isso, os estudos foram direcionados para responder a perguntas 
como: 
ƒ Qual é o material genético? 
Figura 2: Crossing over – Troca 
de partes correspondentes entre 
cromossomoshomólogos por 
quebra e reunião. 
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ƒ O material genético é o mesmo em todos os organismos? 
ƒ Em termos de material genético, o que é realmente um gene? Sua 
estrutura molecular pode ser determinada? 
ƒ O material genético está localizado inteiramente nos cromossomos de 
eucariotos? Será que o citoplasma exerce algum papel na herança? 
Como as respostas a essas perguntas se relacionam com os 
organismos procarióticos? 
ƒ Se pensarmos em termos de natureza do gene, o que é mutação? Ou 
seja, o que ocorre na estrutura do gene quando ele se altera a ponto 
de produzir um efeito diferente? 
ƒ Existe algum mecanismo que protege o gene contra eventuais danos 
estruturais? 
ƒ Como esse material genético é duplicado? 
ƒ Como esse material genético funciona para produzir os caracteres 
fenotípicos? 
Em organismos multicelulares, a diferenciação e as reações bioquímicas 
intermitentes observadas em organismos eucarióticos e procarióticos 
sugerem que os genes não funcionam o tempo todo. Então como é 
regulada a expressão dos genes? 
Essas perguntas – e muitas outras – foram respondidas nos anos 
seguintes à publicação do livro A Teoria do Gene. Foi mais ou menos por 
essa época que “nasceu” a Biologia Molecular. 
O termo Biologia Molecular foi empregado pela primeira vez por William 
Astbury, em 1945, ao se referir ao estudo químico e físico das 
macromoléculas biológicas. Naquela época, os bioquímicos já haviam 
descoberto que muitas reações químicas intracelulares e a estrutura de 
proteínas eram importantes para definir inúmeras propriedades que as 
células exibiam. Contudo, o grande avanço da Biologia Molecular só 
ocorreu a partir do estudo de sistemas “simples”, como bactérias e 
bacteriófagos. A utilização desses dois tipos de seres vivos em vários 
experimentos permitiu, por exemplo, identificar que a molécula de DNA 
(ácido desoxirribonucléico) contém a maioria, senão toda a informação 
genética de uma célula. Após essa descoberta, um novo campo da 
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Genética Molecular cresceu assustadoramente ao final da década de 
1950 e início da década de 1960. 
 
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Figura 3: O britânico William Thomas Astbury (1898 —1961) foi um físico e biólogo 
molecular que fez estudos pioneiros em moléculas biológicas, utilizando a técnica de 
difração de raios-X. Em 1937, estudou também a estrutura do DNA, tendo dado os 
primeiros passos na elucidação da sua estrutura. Nessa época, predominava a idéia de 
que a informação genética estava contida nas proteínas, pois o DNA teria uma 
estrutura muito simples para realizar essa função. 
O sucesso inicial atribuído ao acúmulo de um número elevado de 
informações garantiu a aplicação de técnicas e métodos poderosos de 
análise molecular em diferentes áreas, incluindo fisiologia, estrutura de 
membranas, modo de ação de antibióticos, imunologia, diferenciação 
celular e desenvolvimento. Hoje, a complexidade da Biologia Molecular 
faz com que ela atravesse as fronteiras de áreas tradicionais como 
Genética, Bioquímica, Biologia Celular, Imunologia, Microbiologia, Física, 
Química Orgânica e Físico-química, pois o grande objetivo da Biologia 
Molecular é entender a base molecular de todos os fenômenos 
biológicos. 
4. Resumo 
Como você viu nesta aula, a Biologia Molecular estuda a Biologia em 
nível molecular, com especial atenção ao estudo da estrutura e da 
função do material genético. Nesse sentido, você pôde rever os 
experimentos que comprovam a localização cromossômica dos fatores 
hereditários, além de caracterizar a molécula de DNA como responsável 
por toda a informação genética de uma célula. 
Na próxima aula deste módulo vamos estudar as unidades fundamentais 
dos ácidos nucléicos: os nucleotídeos.