Dogma central da Biologia e replicação do DNA em procariotos

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Genética 
 
 
 
AULA 27 
DOGMA CENTRAL DA BIOLOGIA MOLECULAR E 
REPLICAÇÃO DO DNA EM PROCARIOTOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Sumário 
 
Introdução .................................................................................................................................... 2 
 
Objetivo......................................................................................................................................... 2 
 
1. O Fluxo da Informação ....................................................................................................... 2 
1.1. Dogma Central da Biologia .......................................................................................... 2 
1.2. Replicação de DNA em procariotos ............................................................................. 5 
 
Exercícios ...................................................................................................................................... 8 
 
Gabarito ........................................................................................................................................ 9 
 
Resumo ......................................................................................................................................... 9 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Introdução 
A Genética estuda os mecanismos da hereditariedade ou herança biológica. 
Para entendermos a genética, precisamos ter em mente alguns conceitos básicos 
sobre biologia molecular e entender o que é o Dogma central da biologia, um termo 
tão falado no mundo biológico. 
Mesmo com tantas diferenças existentes entre os organismos vivos, algumas 
características são muito conservadas e uma delas é o fluxo da informação genética. 
Todo organismo vivo possui informação genética armazenada quimicamente sob a 
forma de genes, que codificam proteínas, as quais são a base constitucional de cada 
ser. Para que esses processos se realizem, é necessário um aparato enzimático. 
Para tal, nessa apostila iremos estudar a descrição do fluxo de informações da 
biologia molecular e veremos uma introdução ao mecanismo de replicação do DNA 
em seres procariontes. 
Objetivo 
• Compreender o dogma c entral da biologia molecular 
• Entender como se dá o fluxo de informações da biologia molecular 
• Estudar a replicação do DNA em procariotos 
 
1. O Fluxo da Informação 
1.1. Dogma Central da Biologia 
Como estudamos nas apostilas anteriores, existem outros mecanismos de 
transferência genética, de mãe para filho, que não envolvem a contribuição dos genes 
paternos, a chamada herança materna. Nesta apostila, começaremos a estudar uma 
área básica da genética, que é como se dá o fluxo da informação e os mecanismos de 
replicação em procariotos. 
O princípio mais fundamental da Genética, e talvez de toda a Biologia, é de que 
o fluxo de informações genéticas nas células ocorre de DNA para RNA, e de RNA para 
proteína, e nunca o contrário. Todas as células, desde as bactérias até os seres 
humanos, expressam sua informação genética dessa maneira. 
Esse princípio é conhecido como o Dogma Central da Biologia Molecular e foi 
proposto por Francis Crick em 1970. Crick foi o cientista que descobriu a estrutura do 
DNA com James Watson. 
 
 
 
 
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IMPORTANTE 
 
 
 
 
 
 
O DNA genômico não direciona a síntese proteica diretamente, mas utiliza o 
RNA como uma molécula intermediária. Quando a célula necessita de uma proteína 
específica, a sequência de nucleotídeos da região apropriada de uma molécula de 
DNA do cromossomo é inicialmente copiada sob a forma de RNA (por meio de um 
processo denominado transcrição). São essas cópias de RNA de segmentos de DNA 
(genes) que são usadas diretamente como moldes para direcionar a síntese da 
proteína (tradução). 
Apesar da universalidade desse dogma central, existem variações importantes 
originadas por novas descobertas. A principal é de que os transcritos de RNA eucarioto 
são submetidos a um processamento antes que saiam do núcleo, o que pode mudar 
a informação final. 
Hoje também se conhece a transcrição reversa, pela qual, algumas enzimas 
utilizam moléculas de RNA para produzir DNA. 
Observe a seguir um esquema que representa essas mudanças: 
 
 
Esquema atual do Dogma Central da Biologia Molecular demonstrando o fluxo da informação 
genética 
O Dogma Central estabelece que uma vez que a informação 
tenha sido passada para a proteína, não há mais retorno. A 
transferência de informação do ácido nucléico para ácido 
nucléico, ou de ácido nucléico para proteína, seria possível, 
mas a transferência de informação de proteína para proteína, 
ou de proteína para ácido nucléico, seria impossível. 
 
 
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O esquema indica os processos que envolvem os ácidos nucleicos durante a 
transmissão da informação genética. Todas as informações estão contidas sob a 
forma de gene na molécula de DNA, que pode se duplicar, e que é transcrito em um 
molde de RNA. A partir do RNA serão transcritos os aminoácidos formadores de 
proteína, que é o produto gênico final. 
Em alguns organismos, como os retrovírus, ocorre um fenômeno chamado de 
transcrição reversa. Esse mecanismo consiste na transcrição de uma molécula de RNA 
para uma molécula de DNA por meio de uma enzima chamada transcriptase reversa. 
O RNA também é capaz de replicar ou duplicar pela ação de uma enzima denominada 
RNA replicase. 
 
ANOTE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CONCEITOS BÁSICOS: 
• Transcrito – sequencia de RNA correspondente à cadeia-
molde do DNA; que passou pelo processo de Transcrição. 
• Transcrição - é o processo de formação do RNA a partir da 
cadeia-molde de DNA. 
• Código Genético - é a relação entre a sequência de bases no 
DNA e a sequência correspondente de aminoácidos, na 
proteína. 
• Tradução - é o processo no qual a sequência de uma 
molécula de RNAm é utilizada para ordenar a síntese de 
uma cadeia nucleotídica, cuja sequência de aminoácidos 
determina uma proteína. 
• Códons - é uma sequência de três bases nitrogenadas de 
RNA mensageiro que codificam um determinado 
aminoácido ou que indicam o ponto de início ou fim de 
tradução da cadeia de RNAm. 
• Replicação - é o processo de duplicação de uma molécula 
de DNA de dupla cadeia (hélice). 
• Transcrição Reversa - é o processo de formação de um DNA 
a partir de um RNA. 
 
 
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Após compreender como o Dogma Central da Biologia explica o fluxo da 
informação genética, você está pronto para seguir para o próximo tópico no qual 
abordaremos como é a replicação de DNA em seres procariotos. Não perca tempo! 
 
1.2. Replicação de DNA em procariotos 
Todos os organismos vivos se perpetuam através da replicação. A reprodução 
pode ser uma simples duplicação (fissão celular), como em bactérias, ou envolver 
mecanismos complexos de reprodução, como acontece em seres eucariotos. Nessa 
apostila iremos abordar como é o mecanismo de replicação de DNA nos seres mais 
primitivos, os procariotos. 
Os procariotos se reproduzem por fissão binária, uma forma de reprodução 
assexuada. Essa também é a forma de reprodução adotada por algumas organelas 
celulares dos eucariotos (como por exemplo, as mitocôndrias, e cloroplastos). Este 
processo de divisão celular resulta na produção de duas células procarióticas onde 
cada uma delas tem o mesmo material genético da célula-mãe (figura abaixo). Ou 
seja, a reprodução de procariotosenvolve a transmissão fiel da informação genética 
armazenada no DNA. 
 
FIQUE ATENTO! 
 
 
 
 
 
 
Procariotos - Estes seres não possuem nenhum tipo de 
compartimento interno por membranas, estando 
ausentes o envoltório nuclear e as organelas 
membranosas, como as mitocôndrias, o Complexo de 
Golgi e o fuso mitótico. 
Eucariotos- São seres uni ou pluricelulares que 
possuem membrana nuclear, ou seja, o seu núcleo 
celular é separado do citoplasma, além de possuírem 
organelas membranosas. 
 
 
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Modelo esquemático de fissão celular em Procariotos enfatizando a replicação do seu DNA. 
 
O processo de fissão celular das bactérias envolve: a replicação da molécula de 
DNA que está organizada em um cromossomo circular no interior da célula; o 
movimento de cada DNA replicado para um dos polos da célula; o aumento do 
tamanho celular; e a contração da placa equatorial da célula, que separará a 
membrana plasmática de modo que cada nova célula tenha exatamente o mesmo 
material genético (figura abaixo). Nos procariotos este processo é rápido e leva cerca 
de 20 minutos à temperatura ambiente, ou seja, uma única célula pode produzir 
milhões de descendentes, em apenas poucas horas. 
Nos procariotos, a produção de moléculas de mRNA é muito mais simples. A 
extremidade 5’ de uma molécula de mRNA é produzida por meio da iniciação da 
transcrição, e a extremidade 3’ é produzida pela terminação da transcrição. Como as 
células procarióticas não possuem núcleo, a transcrição e a tradução ocorrem em um 
compartimento comum. A tradução de um mRNA bacteriano frequentemente inicia 
antes de sua síntese ter sido completada. 
Em termos de origem de replicação de DNA, as bactérias normalmente 
possuem uma origem de replicação única (chamada de OriC) enquanto organismos 
eucarióticos possuem várias origens de replicação. Esse tipo de replicação de 
procariotos é bidirecional e essa única origem possui duas forquilhas de replicação 
que se movem em sentidos opostos ao redor do cromossomo circular. 
Assim como nos eucariotos, as bactérias também possuem uma gama de 
enzimas envolvidas em seu processo de replicação. As principais enzimas são: DNA-
polimerase (ou DNA-pol), helicases, proteínas single stranded binding ou SSB, ligases, 
topoisomerases e primase. 
A mais conhecida, DNA-polimerase, é responsável por montar fitas de DNA. Ela 
age adicionando nucleotídeos na extremidade 3’ da fita que está sendo sintetizada. 
Em procariotos, existem 3 tipos de polimerase: 
 
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• DNA-pol I: atua na clivagem de nucleotídeos a partir do final da cadeia. 
É uma exonuclease. 
• DNA-pol II: seu papel ainda é desconhecido. 
• DNA-pol III: é a principal responsável pela síntese das fitas de DNA 
devido a sua alta capacidade de polimerização 
As enzimas helicases têm função de quebrar as pontes de hidrogênio entre as 
bases nitrogenadas. Ou seja, é ela quem separa a dupla fita e inicia a forquilha de 
replicação. 
As SSB se ligam à fita simples de DNA para que ela se mantenha íntegra, sem 
dobras, durante a replicação. 
A primase sintetiza os primers, que são pequenas moléculas de RNA ao qual a 
DNA-polimerase se liga pra iniciar a replicação. 
Para elucidar de uma maneira mais didática, iremos organizar os passos da 
replicação procariótica em ordem: 
1) Dupla hélice do DNA começa a se desenrolar na origem de replicação, 
separando as fitas de nucleotídeos com a ajuda das helicases, cada fita 
separada irá servir de molde para a síntese de novas fitas de DNA; 
2) Ocorre a deselicoidização da dupla hélice com a ajuda das SSB segurando as 
fitas separadas, e assim se forma uma bolha de replicação; 
3) Na bolha de replicação, as primases colocam os iniciadores para que as DNAs 
polimerases consigam proceder com a replicação; 
4) A polimerização continua ao redor de todo o círculo para produzir duas 
moléculas completas de DNA circulante; 
5) São produzidas duas moléculas circulares de DNA idênticas. 
Observe abaixo um esquema geral da replicação, com atuação de algumas 
enzimas: 
 
Replicação de molécula de DNA. 
 
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Exercícios 
1. (F.M.SANTA CASA-SP) Considere os seguintes eventos para a replicação de um 
organismo procarioto: 
I. ruptura das ligações entre bases nitrogenadas. 
II. ligação entre os nucleotídeos. 
III. pareamento de nucleotídeos. 
 
Durante a replicação do DNA, a sequência de eventos é: 
a) I, II, III. 
b) I, III, II. 
c) II, III, I. 
d) II, I, III. 
e) III, I, II. 
 
2. (Enem 2005) Todas as reações químicas de um ser vivo seguem um programa 
operado por uma central de informações. A meta desse programa é a 
autorreplicação de todos os componentes do sistema, incluindo-se a 
duplicação do próprio programa ou mais precisamente do material no qual o 
programa está inscrito. Cada reprodução pode estar associada a pequenas 
modificações do programa. 
M. O. Murphy e l. O'neill (Orgs.). O que é vida? 50 anos depois - especulações 
sobre o futuro da biologia. São Paulo: UNESP. 1997 (com adaptações). 
São indispensáveis à execução do "programa" mencionado acima processos 
relacionados a metabolismo, auto-replicação e mutação, que podem ser 
exemplificados, respectivamente, por: 
a) fotossíntese, respiração e alterações na sequência de bases nitrogenadas do 
código genético. 
b) duplicação do RNA, pareamento de bases nitrogenadas e digestão de 
constituintes dos alimentos. 
c) excreção de compostos nitrogenados, respiração celular e digestão de 
constituintes dos alimentos. 
d) respiração celular, duplicação do DNA e alterações na sequência de bases 
nitrogenadas do código genético. 
e) fotossíntese, duplicação do DNA e excreção de compostos nitrogenados. 
 
 
 
 
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3. (Griffths - adapatada, 2006) Há diferenças e semelhanças entre os mecanismos 
genéticos de procariotos e eucariotos. Com base em seus conhecimentos, você 
acha que os genomas de bactérias podem apresentar recombinação? Em caso 
afirmativo, como você faria para identificá-los? 
Gabarito 
1. Letra B I, III, II. 
Para que ocorra a replicação do DNA, inicialmente ocorre a separação das fitas 
em razão do rompimento das pontes de hidrogênio. Nucleotídeos livres 
iniciam então o emparelhamento e finalmente ocorre a união entre eles. 
 
2. Letra D. A respiração celular fornece energia para o metabolismo. A duplicação 
do DNA garante a transmissão das características hereditárias ao longo das 
gerações. As alterações nas sequências de bases nitrogenadas dos genes 
promovem a variabilidade, fator indispensável à evolução das espécies. 
 
3. Sim. Os recombinantes são relativamente raros, mas podem ser demonstrados 
usando procedimentos de seleção. 
 
Resumo 
Os avanços na genética microbiana das últimas décadas deram as bases para 
a fundação dos recentes avanços na biologia molecular. 
O entendimento do fluxo de informações genéticas é um dos grandes desafios 
na biologia. O Dogma Central da Biologia é o modelo que explica como ocorre o fluxo 
de informações genéticas. Esse modelo mostra principalmente que uma sequência de 
um ácido nucleico pode formar uma proteína, entretanto o contrário não é possível. 
Segundo esse dogma, o fluxo da informação genética segue o seguinte sentido: DNA 
→ RNA→ PROTEÍNAS. Novas descobertas alteraram o Dogma Central proposto 
originalmente, pois hoje sabemos que uma molécula de RNA pode produzir uma 
molécula de DNA e o RNA também pode ser replicado em alguns vírus. 
Todos os organismos vivos se perpetuam através da replicação. Mesmo 
apresentando um genoma mais simples, os procariotos também possuem todo um 
maquinário enzimático para realizar seus processosgenéticos. Os procariotos se 
reproduzem principalmente por fissão binária, e este processo de divisão celular 
resulta na produção de duas células procarióticas em que cada uma delas tem o 
 
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mesmo material genético da célula-mãe. No processo de replicação do DNA circular 
de procariotos, várias enzimas estão envolvidas, como a DNA-polimerase, helicases, 
proteínas SSB (Single stranded binding), ligases, topoisomerases e primases. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Referências bibliográficas 
Alberts, Bruce. (et al.),Biologia Molecular da célula. 5ª ed. Porto Alegre: Artmed. 2010. 
GRIFFITHS, Anthony. Introdução à Genética. 8. ed. Rio de Janeiro: Guanabara-Koogan, 2006. 
CRICK, F. H.C. On Protein Synthesis. Symp. Soc. Exp. Biol. XII: 138-163. Quoted in: Judson, H. F. The Eight 
Day of Creation. Expanded Edition (1979, 1996) 1958. 
Griffiths, J.F. A.; et al. (2002). Genética. [S.l.]: McGraw-Hill. ISBN 84-486-0368-0 
Net nature: - Acessado em: 30/01/2019 às 13h30 
Portal da educação: - Acessado em: 30/01/2019 às 14h30