Cooper_Totós

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FML 2008/09 Biologia Molecular da Célula – Cooper, 4th Edition 
Autores: BARRETO, Frederico; MAIA, Maria; ANDRADE, Ricardo Vale de; MESQUITA, Marcos; GUIA, Miguel Filipe; CAVACO, Sónia 1 
Cooper para Totós 
A ideia de fazer esta sebenta partiu da necessidade de estudar para a 2º fase do exame de 
BMC. A meros 5 dias antes do exame da 2ª fase, e com pouco tempo para estudar, resolvi 
arriscar, e pedi ajuda. Alguns colegas meus ajudaram e estou grato, por hoje, na véspera do 
exame, termos reunido todo o material. Sem eles este projecto não teria sido possível num tão 
curto espaço de tempo. 
Fica aqui o agradecimento pela excelente e rigorosa colaboração dos meus colegas: 
Maria Maia (Capítulo 7), que mesmo sem necessitar de estudar, uma vez que não iria repetir o 
exame, resolveu ajudar. O mesmo se passou com o Miguel Guia (Capítulos 12 e 17), que se 
voluntariou de seguida para ajudar, sem pretender estudar. Quanto ao Ricardo Vale de 
Andrade (Capítulos 10 e 16), ao Marcos Mesquita (Capítulo 11), e à Sónia Cavaco (Capítulo 13), 
deixo aqui os agradecimentos sinceros pela colaboração. 
Espero que esta sebenta vos ajude, e se no futuro desejarem melhorá-lha, contactem-me por 
favor: 
fredericobarreto@campus.ul.pt 
 
Frederico Crisóstomo Barreto 
1 de Março de 2009 
mailto:fredericobarreto@campus.ul.pt
FML 2008/09 Biologia Molecular da Célula – Cooper, 4th Edition 
Autores: BARRETO, Frederico; MAIA, Maria; ANDRADE, Ricardo Vale de; MESQUITA, Marcos; GUIA, Miguel Filipe; CAVACO, Sónia 1 
Índice 
Capítulo 1 – Visão geral sobre as células ................................................................................. 10 
Origem e evolução das células ............................................................................................ 10 
A primeira célula ............................................................................................................. 10 
Evolução do Metabolismo ............................................................................................... 11 
Procariótas Actuais .......................................................................................................... 11 
Eucariótas Actuais ........................................................................................................... 12 
A origem dos eucariótas .................................................................................................. 12 
Desenvolvimento de Organismos Multicelulares ............................................................. 12 
Células como modelos experimentais ................................................................................. 13 
E.coli ............................................................................................................................... 13 
Leveduras........................................................................................................................ 13 
Caenorhabditis elegans ................................................................................................... 13 
Drosophila melanogaster ................................................................................................ 13 
Vertebrados .................................................................................................................... 14 
Capítulo 2 – Composição das células ....................................................................................... 15 
As moléculas das células ..................................................................................................... 15 
Glícidos ........................................................................................................................... 15 
Lípidos ............................................................................................................................ 15 
Ácidos Nucleicos ............................................................................................................. 15 
Proteínas ......................................................................................................................... 18 
Membranas celulares .......................................................................................................... 18 
Lípidos Membranares ...................................................................................................... 18 
Proteínas membranares .................................................................................................. 19 
Transporte através de membranas celulares ................................................................... 19 
Proteomics: Análise de Proteínas celulares a larga-escala .................................................... 19 
Identificação de proteínas celulares ................................................................................ 20 
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Análise global da localização proteica .............................................................................. 20 
Interacções proteicas ...................................................................................................... 20 
Capítulo 4 – Fundamentos da Biologia Molecular .................................................................... 21 
Hereditariedade, Genes e DNA ............................................................................................ 21 
Genes e Cromossomas .................................................................................................... 21 
Genes e Enzimas ............................................................................................................. 21 
Identificação de DNA como o Material Genético ............................................................. 21 
Estrutura do DNA ............................................................................................................ 22 
Replicação do DNA .......................................................................................................... 23 
Expressão da Informação Genética...................................................................................... 25 
Colinearidade de Genes e Proteínas ................................................................................ 25 
O papel do mRNA ............................................................................................................ 25 
DNA recombinante.............................................................................................................. 27 
Enzimas de restrição ....................................................................................................... 27 
Formação de moléculas de DNA recombinante ............................................................... 28 
Vectores de DNA recombinante ...................................................................................... 30 
Sequenciação de DNA ..................................................................................................... 31 
Expressão de genes clonados .......................................................................................... 33 
Detecção de Ácidos Nucleicos e Proteínas ........................................................................... 34 
Amplificação de DNA por PCR .......................................................................................... 34 
Hibridação de ácidos nucleicos ........................................................................................ 34 
Anticorpos como sondas para proteínas .......................................................................... 37 
Função de Genes em Eucariótas .......................................................................................... 39 
Transferência Genética em Plantas e Animais ..................................................................39 
Mutagénese de DNAs clonados ....................................................................................... 44 
Introdução de Mutações em genes celulares ................................................................... 44 
Interferindo com a Expressão Genética Celular................................................................ 44 
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Capítulo 5 – Organização e Sequências dos Genomas Celulares .............................................. 45 
A Complexidade dos Genomas Eucariotas ........................................................................... 45 
Intrões e Exões ................................................................................................................ 45 
Sequências de DNA Repetitivas ....................................................................................... 46 
Duplicação de Genes e Pseudogenes ............................................................................... 47 
Composição dos Genomas de Eucariótas ......................................................................... 47 
Cromossomas e Cromatina.................................................................................................. 48 
Cromatina ....................................................................................................................... 48 
Centrómeros ................................................................................................................... 50 
Telómeros ....................................................................................................................... 50 
Sequências de Genoma Completos ..................................................................................... 51 
O Genoma Humano - Experiência .................................................................................... 51 
Capítulo 6 – Replicação, Manutenção, e Rearranjos no DNA Genómico ................................... 53 
Replicação do DNA .............................................................................................................. 53 
DNA polimerases ............................................................................................................. 53 
Forquilha de Replicação .................................................................................................. 54 
Fidelidade da Replicação ................................................................................................. 58 
Origens e Iniciação da Replicação .................................................................................... 60 
Telómeros e Telomerase: Manutenção das extremidades de cromossomas .................... 60 
Reparação de DNA .............................................................................................................. 63 
Reversão directa de danos a DNA .................................................................................... 64 
Reparação por excisão .................................................................................................... 64 
Síntese de DNA translesão ............................................................................................... 64 
Reparação Recombinacional ........................................................................................... 64 
Recombinação entre Sequências Homólogas de DNA .......................................................... 64 
Modelos de Recombinação Homóloga............................................................................. 64 
Enzimas Envolvidas na Recombinação Homóloga ............................................................ 64 
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Rearranjos de DNA .............................................................................................................. 64 
Recombinação Site-Specific ............................................................................................. 65 
Transposição através de Intermediários de DNA .............................................................. 65 
Transposição através de Intermediários de RNA .............................................................. 66 
Amplificação Génica ........................................................................................................ 67 
Capítulo 7 - Processamento e Síntese de RNA ......................................................................... 68 
Transcrição em procariotas ................................................................................................. 68 
RNA polimerase e Transcrição ......................................................................................... 68 
Repressores e controlo negativo da transcrição ............................................................... 71 
Controlo positivo da transcrição ...................................................................................... 72 
RNA polimerases eucariótas e Factores de transcrição ........................................................ 72 
RNA polimerases eucariotas ............................................................................................ 72 
Factores de transcrição e Início da transcrição pela RNA polimerase II............................. 73 
Transcrição pela RNA polimerase I e III ............................................................................ 73 
Regulação da transcrição em Eucariotas .............................................................................. 73 
Sequências Cis-acting reguladoras: Promotores e Enhancers ........................................... 73 
Estrutura e funcionamento de Activadores da Transcrição .............................................. 75 
Repressores eucariótas ................................................................................................... 75 
Relação da estrutura da cromatina com a transcrição...................................................... 76 
Regulação da transcrição por RNAs não codificantes ....................................................... 78 
Metilação do DNA ........................................................................................................... 78 
Processamento de RNA e turnover ...................................................................................... 79 
Processamento de mRNA em Eucariótas ......................................................................... 79 
Mecanismos de Splicing .................................................................................................. 80 
Splicing Alternativo (Alternative splicing)......................................................................... 82 
Edição de RNA ................................................................................................................. 82 
Degradação de RNA ........................................................................................................ 83 
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Capítulo 8 – Síntese, processamento e regulação proteica ...................................................... 84 
Tradução do mRNA ............................................................................................................. 84 
RNAs de transferência ..................................................................................................... 84 
O Ribossoma ................................................................................................................... 85 
Organização do mRNAe início da tradução ..................................................................... 85 
Processo de Tradução ..................................................................................................... 86 
Regulação da Tradução ................................................................................................... 87 
Dobragem Proteica e Processamento .................................................................................. 88 
Chaperonas e Dobragem Proteica ................................................................................... 89 
Enzimas que catalisam a Dobragem Proteica ................................................................... 89 
Clivagem Proteica ............................................................................................................ 89 
Glicolização ..................................................................................................................... 90 
Ligação de Lípidos ........................................................................................................... 91 
Capítulo 10 – Encaminhamento e transporte de proteínas ...................................................... 92 
O retículo endoplasmático .................................................................................................. 92 
O retículo endoplasmático e a secrecção de proteínas .................................................... 92 
Encaminhamento de proteínas para o Retículo Endoplasmático ...................................... 92 
Inserção de proteína na membrana do Retículo Endoplasmático ..................................... 94 
Inserção de uma proteína na membrana do RE com uma sequência-sinal clivável e uma 
única stop-transfer sequence .......................................................................................... 94 
Inserção de uma proteína na membrana do RE com uma sequência-sinal interna à 
sequência (e, portanto, não-clivável) ............................................................................... 94 
Inserção de uma proteína na membrana do RE com múltiplas stop-transfer sequences 
(domínios transmembranares) ........................................................................................ 95 
Folding e Processamento proteico no Retículo Endoplasmático ....................................... 95 
Controlo de Qualidade no Retículo Endoplasmático ........................................................ 96 
O retículo endoplasmático liso e a síntese de lípidos ....................................................... 96 
Exportação de Lípidos e Proteínas a partir do Retículo Endoplasmático ........................... 97 
O Aparelho de Golgi ............................................................................................................ 98 
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Organização do Golgi ...................................................................................................... 98 
Glicosilação de proteínas no Golgi ................................................................................... 98 
Metabolismo dos lípidos e dos polissacarídeos no Golgi .................................................. 99 
Encaminhamento e exportação das proteínas a partir do Golgi ....................................... 99 
O mecanismo do transporte de vesículas .......................................................................... 100 
A experimentação e a compreensão dos mecanismos do transporte de vesículas ......... 100 
Selectividade do Cargo, Proteínas Coat e Destacamento de Vesículas ........................... 100 
Fusão de Vesículas ........................................................................................................ 101 
Lisossomas ........................................................................................................................ 101 
Hidrolases ácidas próprias dos lisossomas ..................................................................... 101 
Endocitose e formação do lisossoma ............................................................................. 102 
Fagocitose e Autofagia .................................................................................................. 102 
Capítulo 11 – Bioenergética e Metabolismo ..................................................................... 103 
Mitocôndrias ..................................................................................................................... 103 
Organização e Função das Mitocôndrias ........................................................................ 103 
O Sistema Genético das Mitocôndrias ........................................................................... 103 
Importação de Proteínas e Montagem de Mitocôndrias ................................................ 104 
Peroxissomas .................................................................................................................... 107 
Funções dos Peroxissomas ............................................................................................ 107 
Construção de Peroxissomas ......................................................................................... 107 
Capítulo 12 – O citoesqueleto e o movimento celular ........................................................... 108 
Estrutura e Organização dos filamentos de actina ............................................................. 108 
Montagem e Desmontagem dos Filamentos de Actina .................................................. 108 
Organização dos filamentos de Actina ........................................................................... 108 
Associação com a Membrana Plasmática....................................................................... 109 
Projecções da Superfície Celular .................................................................................... 109 
Actina, Miosina e Movimento Celular ................................................................................ 109 
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Filamentos Intermédios .................................................................................................... 110 
Proteínas dos Filamentos Intermédios ........................................................................... 110 
Montagem dos Filamentos Intermédios ........................................................................ 110 
Organização Intracelular dos Filamentos Intermédios ................................................... 110 
Epidermólise Bulhosa Simples ....................................................................................... 111 
Microtúbulos .................................................................................................................... 111 
Estrutura e organização Dinâmica dos Microtúbulos ..................................................... 111 
Organização Intracelular dos Microtúbulos ................................................................... 111 
Drogas que Afectam a Estabilidade dos Microtúbulos ................................................... 111 
Motores Microtubulares e Movimento ............................................................................. 112 
Cílios e Flagelos ............................................................................................................. 112 
Resumo das Funções ............................................................................................................. 112 
Capítulo 13 – Membrana Plasmática ..................................................................................... 113 
Transportede pequenas moléculas ................................................................................... 113 
Medicina Molecular: Fibrose Cística (FC) ....................................................................... 113 
Endocitose ........................................................................................................................ 114 
Fagocitose ..................................................................................................................... 114 
Endocitose Mediada por Receptor................................................................................. 115 
Key Experiment: O Receptor de LDL .............................................................................. 116 
Tráfego de Proteínas na Endocitose............................................................................... 118 
Capítulo 15 – Sinalização Celular ........................................................................................... 120 
Moléculas Sinalizadoras e os seus receptores .................................................................... 120 
Modos de sinalização célula-célula ................................................................................ 120 
Hormonas esteróides e a Superfamília dos receptores nucleares................................... 122 
Neurotransmissores ...................................................................................................... 122 
Hormonas Peptídicas e Factores de crescimento ........................................................... 123 
Funções dos Receptores da Superfície Celular ................................................................... 123 
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Receptores Acoplados a Proteínas G ............................................................................. 123 
Receptores associados a tirosina-cinases ....................................................................... 124 
Receptores de citocinas, e Tirosinas cinases não receptoras .......................................... 125 
Receptores ligados a outros tipos de enzimas................................................................ 125 
Vias de transmissão de sinais intracelulares ...................................................................... 125 
A via do cAMP: Mensageiros Secundários e Fosforilação de Proteínas ........................... 125 
GMP cíclico ................................................................................................................... 126 
Fosfolípidos e CA2+ ........................................................................................................ 126 
Vias da MAP cinase ....................................................................................................... 126 
Capítulo 16 – O ciclo celular .................................................................................................. 128 
O ciclo celular da célula eucariota ..................................................................................... 128 
Fases do ciclo celular ..................................................................................................... 128 
Regulação do Ciclo Celular por Sinais de Crescimento e Sinais Extracelulares ................ 129 
Checkpoints do ciclo celular .......................................................................................... 130 
Restringindo a replicação do DNA a uma única vez por ciclo .......................................... 130 
Reguladores da progressão do ciclo celular ....................................................................... 131 
Proteínas-cinases e regulação do ciclo celular ............................................................... 131 
Famílias de Ciclinas e Cinases dependentes de ciclinas .................................................. 132 
Factores de crescimento e regulação das Cdk’s da fase G1 ............................................ 133 
Checkpoints de verificação de erros no DNA.................................................................. 133 
Capítulo 17 – Morte e Renovação Celular .............................................................................. 134 
Morte Celular Programada ................................................................................................ 134 
Eventos Durante a Apoptose (Fig 17.1) .......................................................................... 134 
Fagocitose de Células e Fragmentos de Células Apoptóticas (Fig 17.2) ........................... 134 
Caspases ....................................................................................................................... 135 
Reguladores Centrais da Apoptose: A família Bcl-2 ........................................................ 135 
Vias Sinalizadoras que regulam a apoptose ................................................................... 136 
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Células Estaminais e a Manutenção de Tecidos Adultos..................................................... 137 
Proliferação de Células Diferenciadas ............................................................................ 137 
Células Estaminais ......................................................................................................... 137 
Aplicações Médicas de Células Estaminais Adultas ........................................................ 137 
Células Estaminais Embionárias e Clonagem Terapêutica .............................................. 137 
Transferência Nuclear Somática .................................................................................... 137 
 
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Capítulo 1 – Visão geral sobre as células 
Origem e evolução das células 
As células dividem-se em duas classes principais: células procarióticas (que não têm envelope 
nuclear), e células eucariotas que têm um núcleo que separa o material genético do 
citoplasma. Em geral os procariotas são menores e mais simples que os eucariotas, o seu 
genoma é menos complexo, e não contêm organelos citoplasmáticos ou citoesqueleto. Mas 
ambos os tipos de células governam as suas vidas com base em mecanismos moleculares 
semelhantes. 
A primeira célula 
Na base do aparecimento de vida está uma teoria que postula que a formação espontânea de 
moléculas orgânicas conduziu à posterior formação de macromoléculas. Uma característica 
crucial das macromoléculas que deram origem à vida terá sido a capacidade de auto-
replicação, pois só uma macromolécula capaz de direccionar a síntese de novas cópias de si 
mesma seria capaz de direccionar a reprodução e posterior evolução. 
As moléculas com a capacidade de auto-replicação são os ácidos nucleicos, cujas cadeias 
servem de moldes para a síntese da nova macromolécula, através do emparelhamento 
específico de nucleótidos complementares. Estudos descobriram as capacidades catalíticas do 
RNA, que consegue direccionar a síntese de uma nova cadeia de RNA através de uma cadeia 
molde. Consequentemente, o RNA é considerado o sistema genético inicial (RNA world). 
Interacções entre RNA e aminoácidos (aa) deram origem ao código genético actual, e o DNA 
substituiu o RNA como material genético. 
 
Auto-Replicação de RNA 
A primeira célula gerou-se supostamente pelo enclausuramento de RNA auto-replicante numa 
membrana composta de fosfolípidos, que são os componentes básicos de das membranas 
biológicas, como as membranas plasmáticas dos procariótas e eucariótas. Oque permite aos 
fosfolípidos formar membranas é que eles são moléculas anfipáticas, ou seja, uma porção da 
molécula é solúvel e água e a outra não. Os fosfolípidos têm longas cadeias de carbono e 
hidrogénio insolúveis em água (hidrofóbicas), juntas a cabeças de fosfato solúveis em água 
(hidrofílicas). Quando em meio aquoso, os fosfolípidos agregam-se espontaneamente numa 
bicamada, em que os grupos fosfato estão em contacto com a água, e as cadeias de carbono e 
hidrogénio no interior em contacto umas com as outras. Esta bicamada forma uma barreira 
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estável entre dois compartimentos aquosos - por exemplo o interior e o exterior de uma 
célula. 
 
Enclausuramento de RNA Auto-Replicante numa membrana de fosfolípidos 
Evolução do Metabolismo 
As células necessitaram de desenvolver os seus próprios mecanismos de geração de energia e 
síntese de moléculas necessárias à replicação. Todas as células usam adenosina 5’-trifosfato 
(ATP) como fonte de energia para conduzir a síntese de constituintes celulares e outras 
actividades que implicam o gasto de energia, como o movimento celular. Os mecanismos para 
geração de ATP surgiram em 3 fases, a glicólise, a fotossíntese, e o metabolismo oxidativo. 
A glicólise é um mecanismo pelo qual a energia em moléculas orgânicas pré-formadas poderia 
ser convertido em ATP, que poderia ser depois usado como fonte energética para conduzir 
outras reacções metabólicas. O desenvolvimento da fotossíntese foi o passo evolucionário 
seguinte, permitindo à célula colher energia da luz solar, tornando-a independente da 
utilização de moléculas orgânicas pré-formadas. O uso de H2O em reacções fotossintéticas 
produz O2, e foi este mecanismo o responsável por tornar a atmosfera terrestre abundante em 
O2, que consequentemente alterou o ambiente em que as células habitavam, levando ao 
desenvolvimento do metabolismo oxidativo. Como o O2 é uma molécula muito reactiva, 
providenciou um mecanismo de geração de energia a partir de moléculas orgânicas muito mais 
eficiente que a simples glicólise anaeróbica. 
Procariótas Actuais 
Os procariótas actuais dividem-se em dois grupos: archeabacteria (algumas vivem em 
ambientes extremos) e eubacteria, as formas comuns de bactérias da actualidade. Os 
procariótas mais complexos são as cianobactérias, as quais desenvolveram inicialmente a 
fotossíntese. 
A estrutura típica de uma célula procarióta é ilustrada pela E.coli, uma habitante do trato 
intestinal humano: é rodeada por uma parede celular rígida (porosa), abaixo da qual existe 
uma membrana plasmática, na qual uma bicamada fosfolipídica está associada a proteínas. O 
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seu DNA é uma molécula circular no nucleóide, não sendo separada do citoplasma, como nos 
eucariótas. O seu citoplasma abunda em ribossomas (locais da síntese proteica). 
Eucariótas Actuais 
Todas são envolvidas por uma membrana plasmática e contêm ribossomas, mas são maiores e 
mais complexas, sendo o seu organelo mais proeminente o núcleo (local de síntese de RNA e 
replicação de DNA; a tradução dá-se em ribossomas, no citoplasma). Contêm outros organelos 
no citoplasma, que ao compartimentalizarem as diferentes actividades metabólicas da célula 
as tornam muito mais eficientes. As mitocôndrias (onde se dá o metabolismo oxidativo e 
produção de ATP) e os cloroplastos têm papéis fundamentais no metabolismo energético. Os 
lisossomas e peroxissomas são compartimentos metabólicos especializados na digestão de 
macromoléculas e reacções oxidativas, respectivamente. O retículo endoplasmático (processa 
e transporta proteínas e sintetiza lípidos) e o aparelho de Golgi (matura proteínas e sintetiza 
lípidos) dedicam-se à distribuição e transporte de proteínas destinadas à secreção, 
incorporação na membrana plasmática e lisossomas. As células eucariótas ainda têm uma rede 
de filamentos proteicos que se estende no citoplasma, o citoesqueleto, que dá estrutura à 
célula, determinando o seu formato, e organização geral do seu citoplasma, sendo também 
responsável pelo movimento celular e transporte e posicionamento de organelos numa célula. 
A origem dos eucariótas 
Um passo crucial na evolução das células eucarióticas foi a aquisição de organelos, que lhes 
permitiu tornarem-se mais complexas. Estes organelos surgiram supostamente por 
endossimbiose (uma célula a viver dentro de outra), em que células procariótas viviam nas 
células que deram origem às eucariótas. Esta hipótese é bem suportada por estudos de 
mitocôndrias e cloroplastos, que se pensam ter evoluído de eubacterias a viver em células 
maiores, pois tanto as mitocôndrias como os cloroplastos contêm o seu próprio DNA, que 
codifica alguns dos seus componentes. Assim, pensa-se que as mitocôndrias surgiram de 
eubacterias aeróbias. 
Desenvolvimento de Organismos Multicelulares 
 Os seres multicelulares evoluíram de seres unicelulares que formavam agregados 
multicelulares. Por exemplo, alguns tipos de células de algas associam-se umas às outras para 
formar colónias multicelulares. A progressiva especialização celular levou à transição de 
agregados coloniais a seres multicelulares. 
O corpo humano é composto por mais de 200 tipos de células diferentes, que são 
considerados componentes de 5 tipos principais de tecido: epitelial (cobrem as superfícies do 
corpo e órgãos internos), conjuntivo (osso, cartilagem, tecido adiposo), sanguíneo (contém 
glóbulos vermelhos e brancos), nervoso (neurónios) e muscular (produção de força – 
movimento). 
 
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Células como modelos experimentais 
Porque as propriedades fundamentais das células têm sido conservadas durante a evolução, os 
princípios básicos retirados de experiências com uma célula geralmente são aplicáveis a 
outras. 
E.coli 
Os procariótas são os seres de eleição para o estudo de aspectos fundamentais da bioquímica 
e da biologia molecular, devido à sua simplicidade, quando comparados a outros seres. A E.coli 
é a espécie de bactéria mais estudada, pois é relativamente simples, e fácil de propagar e 
estudar em laboratório. O seu pequeno genoma (4.6 milhões de pb e 4300 genes), aliado à sua 
rápida proliferação laboratorial, confere-lhe vantagens na análise genética. Além disso, uma 
população clone de E.coli, na qual todas as células derivam da mesma célula original, pode ser 
facilmente isolada num meio de cultura com agar, permitindo tornar a escolha de espécies 
resistentes a antibióticos rápida e fácil. 
As misturas de nutrientes na qual a E.coli se divide mais rapidamente (20 minutos) inclui 
glicose, sais, compostos orgânicos (aa, vitaminas e precursores de ácidos nucleicos). Também 
pode ser cultivada num meio mais pobre, contendo apenas amónia e glicose, sendo contudo o 
crescimento mais lento. 
Leveduras 
As leveduras, os eucariotas mais simples, têm vantagens experimentais semelhantes à E.coli, 
sendo o modelo da biologia celular dos eucariontes. A espécie mais estudada é a s.cerevisiae, 
contendo um genoma com aproximadamente 6000 genes. Apesar da sua simplicidade, exibe 
as características típicas das células eucariótas: núcleo rodeado por uma membrana nuclear, 
DNA organizado em cromossomas, e o citoplasma contém citoesqueleto e organelos. Em 
condições óptimas dividem-se a cada 2 horas, sendo ideais para manipulações genéticas 
semelhantes àquelas realizadas em bactérias. 
Caenorhabditis elegans 
As leveduras unicelulares são modelosmuito importantes para o estudo de células eucariótas, 
mas a compreensão de seres multicelulares requer o uso de plantas ou de animais, organismos 
mais complexos. A c.elegans permite o estudo do desenvolvimento animal e da diferenciação 
celular. O seu genoma é bem maior e mais complexo do que o de eucariontes unicelulares mas 
bem mais simples e manuseável que o da maioria dos outros animais, sendo facilmente 
sujeitado a manipulação genética. Os indivíduos adultos são compostos por apenas 959 células 
somáticas, e entre 1000 e 2000 células da linha germinativa. 
Drosophila melanogaster 
Esta mosca da fruta tem sido um modelo crucial no estudo da biologia do desenvolvimento, e 
apesar de conter mais pb no seu genoma, contém menos genes que a c.elegans, sendo 
também fácil de manter e reproduzir laboratorialmente (tem um ciclo reprodutivo curto – 
duas semanas). A análise genética realizada na Drosophila permitiu a identificação de 
inúmeros genes que controlam o desenvolvimento e a diferenciação. 
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Autores: BARRETO, Frederico; MAIA, Maria; ANDRADE, Ricardo Vale de; MESQUITA, Marcos; GUIA, Miguel Filipe; CAVACO, Sónia 14 
Vertebrados 
Os animais mais complexos são os vertebrados, que incluem os humanos, mamíferos, entre 
outros. O genoma humano tem aproximadamente 3 mil milhões de pb, contém 20 000 a 25 
000 genes, e mais de 200 tipos diferentes de células especializadas. Esta complexidade torna 
os vertebrados difíceis de estudar do ponto de vista da biologia molecular. Uma abordagem 
para o estudo de seres humanos e outros mamíferos é o crescimento de células isoladas em 
cultura, onde podem ser manipuladas, sob condições laboratoriais. O uso de células em cultura 
permitiu elucidar os mecanismos da replicação de DNA, expressão genética, síntese proteica, 
processamento, e divisão celular. Além do mais, as propriedades de algumas células altamente 
especializadas (neurónios, células musculares), tornam-nas modelos importantes para o 
estudo de aspectos particulares da biologia celular. Por exemplo, os neurónios são excelentes 
modelos para o estudo do transporte de iões através da membrana. 
Entre os mamíferos, o rato é o modelo mais adequado para análise genética, que é facilitada 
pela disponibilidade do seu genoma completo. A adequação do rato como modelo para o 
desenvolvimento humano é indicada não só pela semelhança entre os genomas humano e do 
rato, como também pelo facto de mutações em genes homólogos provocarem o 
desenvolvimento de defeitos em ambas as espécies. 
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Capítulo 2 – Composição das células 
As moléculas das células 
As células são compostas por água (muito abundante), iões inorgânicos e moléculas orgânicas 
(substâncias que contêm carbono e hidrogénio). A interacção entre a água e os outros 
constituintes celulares é de grande importância, e como a água é uma molécula polar (atómos 
de hidrogénio têm uma carga ligeiramente positiva e os de oxigénio uma ligeiramente negativa), pode 
formar pontes de hidrogénio com outras moléculas de água, bem como interagir com iões 
carregados positiva ou negativamente. Assim, iões e moléculas polares dissolvem-se em água 
(hidrofílicas), e as moléculas apolares são pouco solúveis em água (hidrofóbicas), tendendo 
assim a minimizar o seu contacto com a água, associando-se umas com as outras. Os iões 
inorgânicos celulares (sódio, potássio, cloro, cálcio, magnésio, fosfato, bicarbonato), estão 
envolvidos em aspectos metabólicos. 
Os compostos orgânicos dividem-se em 4 classes moleculares: glícidos, lípidos, proteínas e 
ácidos nucleicos. As proteínas, ácidos nucleicos, e a maioria dos glícidos (polissacáridos) são 
macromoléculas formadas pela polimerização (junção) de vários precursores moleculares: 
aminoácidos (aa), nucleótidos e monossacáridos, respectivamente. 
Glícidos 
Incluem açúcares simples (monossacáridos), bem como polissacáridos. Os monossacáridos 
(como a glicose) são os principais nutrientes de uma célula, e a sua degradação é a fonte de 
energia celular e de precursores para a biossíntese de componentes celulares. Os 
polissacáridos são a forma de armazenamento de açúcares e formam os componentes 
estruturais das células, servindo também como marcadores em processos de reconhecimento 
celular. 
Lípidos 
São os principais componentes das membranas celulares, sendo também uma forma de 
armazenamento energético muito importante, além de funcionarem como moléculas 
sinalizadoras e hormonas esteróides (estrogénios, testosterona, etc). 
Ácidos Nucleicos 
Os ácidos nucleicos – DNA e RNA – são as molécula de armazenamento de informação da 
célula. O DNA tem como função servir de material genético, sendo que nãos eucariontes se 
localiza no núcleo. Existem diferentes tipos de RNA: mRNA (mensageiro), que transporta 
informação do DNA para os ribossomas, servindo como molde para a síntese proteica; o rRNA 
e o tRNA estão envolvidos na síntese proteica. O RNA além de transportar informação, é capaz 
de catalizar algumas reacções químicas (de síntese proteica e processamento de RNA). 
O RNA e o DNA são polímeros de nucleótidos, que consistem em bases: purinas (dois anéis), 
como a Adenina (A) e a Guanina (G); ou pirimidinas (um anel), como a Citosina (C), a Timina 
(T) e o Uracilo (U). 
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O DNA consiste em duas purinas (A e G), e duas pirimidinas (C e T). O RNA contém Uracilo em 
vez de Timina, como no DNA. 
 
Componentes dos Ácidos Nucleicos 
As bases (purinas e pirimidinas) estão ligadas a glícidos, no caso do DNA – desoxirribose; no 
caso do RNA – ribose, formando assim nucleósidos. Os nucleósidos ligam-se a um ou mais 
grupos fosfato no carbono 5’, formando os nucleótidos. 
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A polimerização de nucleótidos para formar ácidos 
nucleicos envolve a formação de ligações fosfodiéster, 
entre o fosfato 5’ de um nucleótido e o grupo hidroxilo 3’ 
de outro. Oligonucleótidos são pequenos polímeros de 
nucleótidos, enquanto que os maiores polímeros se 
chamam polinucleótidos. Os polinucleótidos são sempre 
sintetizados de 5’->3’, com a adição de um nucleótido livre 
na extremidade 3’ da cadeia em crescimento (ligação ao 
grupo hidroxilo). Assim, por convenção, as sequências de 
bases escrevem-se no sentido 5’->3’. 
A informação está contida no DNA e no RNA através da 
ordem das bases (A, T, G, C e U) na cadeia de 
polinucleótidos. O DNA é uma molécula de dupla cadeia, 
cujas duas cadeias de polinucleótidos “correm” em 
sentidos opostos. As bases ficam no interior da molécula, 
e as duas cadeias são juntas por pontes de hidrogénio 
entre bases complementares: A emparelha com T (A Ξ T) 
por 3 pontes, e G emparelha com C (G = C) por duas 
pontes. Esta complementaridade de bases permite que 
uma cadeia de DNA ou RNA sirva de molde para a síntese 
da cadeia complementar. A informação carregada no DNA 
e no RNA direcciona, entre outras coisas, a síntese de 
proteínas específicas, que controlam as actividades 
celulares. 
Os nucleótidos também participam noutros processos 
celulares. Por exemplo, o ATP (adenosina 5’-trifosfato), 
que é um nucleótido, é a principal forma de energia 
química das células, existindo também outros nucleótidos 
com estas funções. Além disso, alguns nucleótidos (como o cAMP) são importantes moléculas 
intracelulares sinalizadoras. 
A diferença entre uma ribose e uma desoxirriboseé no carbono 2’ sendo que a ribose a este carbono tem 
ligado um grupo hidroxilo (HO) enquanto a desoxirribose tem apenas ligado um hidrogénio (H). O grupo 
fosfato dos nucleótidos tem tendência a reagir com o HO do carbono 2’ atacando-o. Ora quando isto 
acontece a molécula de RNA torna-se instável e é degradada. Como o DNA não tem o grupo hidroxilo 
este não reage com o grupo fosfato e por isso esta molécula é mais estável. É por esta razão que a nossa 
informação genética é codificada por DNA e não por RNA (Exame 1º Fase, 2008/2009). 
 
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Proteínas 
As proteínas executam as tarefas implícitas pela informação genética, sendo as 
macromoléculas mais diversas, e realizando uma grande variedade de funções: componentes 
estruturais das células, transporte e armazenamento de pequenas moléculas (hemoglobina 
armazena O2), transmissão de informações entre células (hormonas), e defesa imunológica 
(anticorpos). A sua propriedade fundamental é a capacidade de actuarem como enzimas, que 
catalizam praticamente todas as reacções químicas dos sistemas biológicos. 
São polímeros de 20 tipos de aa, que se distinguem pelas diferenças nas cadeias laterais. Os aa 
são ligados por ligações peptídicas, entre o grupo α-amina de um aa e o grupo α-carboxilo de 
outro aa. Os polipéptidos são cadeias lineares de centenas ou milhares de aa, que têm duas 
extremidades: N-terminus, ou terminal amina; C-terminus, ou terminal carboxilo. Os 
polipéptidos são sintetizados do N-terminus para o C-terminus, e a sequência de aa num 
polipéptido é escrita na mesma ordem. 
Cada proteína consiste numa sequência de aa específica, que define a estrutura de uma 
proteína. A conformação tridimensional de uma proteína corresponde ao seu estádio 
termodinâmico mais estável, que depende das interacções entre os diferentes aa. Logo, a 
sequência de DNA que dá origem à proteína também determina a sua estrutura. 
Membranas celulares 
A estrutura e função das células depende em muito das membranas, que para além de 
separarem os ambientes intracelular do extracelular, definem compartimentos internos nas 
células eucariótas, delimitando o núcleo e os organelos celulares. As membranas biológicas 
são bicamadas de fosfolípidos associadas a proteínas, que são responsáveis por diversas 
funções especializadas: receptores de sinais externos; transporte selectivo de moléculas 
através da membrana; transporte de electrões de fosforilação oxidativa. Além disso, as 
proteínas membranares controlam as interacções entre as células de seres multicelulares. 
Lípidos Membranares 
Os constituintes essenciais das membranas celulares são os fosfolípidos, que são moléculas 
anfipáticas, que consistem de duas cadeias hidrofóbicas de ácidos gordos ligadas a uma 
extremidade polar hidrofílica que contém um grupo fosfato. Como as cadeias de ácidos gordos 
são pouco solúveis em água, os fosfolípidos tendem a formar bicamadas em meio aquoso 
(efeito entrópico e ligações Van der Waals), gerando uma barreira estável entre dois 
compartimentos aquosos. 
As bicamadas lipídicas funcionam como fluidos bi-dimensionais, nos quais moléculas 
individuais (lípidos e proteínas), podem rodar e mover-se em direcções laterais. Esta fluidez é 
uma característica crucial das membranas, e depende da temperatura e da composição da 
lipídica da membrana. Por exemplo, as interacções entre cadeias curtas de ácidos gordos são 
mais fracas que entre cadeias longas, logo membranas com ácidos gordos curtos são menos 
rígidas e mantêm-se fluidas a temperaturas mais baixas. Lípidos compostos por cadeias 
insaturadas também aumentam a fluidez da membrana, pois a presença de ligações duplas 
dificulta o “empacotamento” dos lípidos. 
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O colesterol possui anéis de hidrocarbonetos que são rígidos, e interagem com as cadeias de 
ácidos gordos dos outros lípidos, diminuindo a mobilidade dos ácidos gordos, tornando a 
membrana mais rígida. Por outro lado , a inserção do colesterol interfere com as interacções 
entre as cadeis de ácidos gordos, mantendo a fluidez a baixas temperaturas. Assim, o 
colesterol funciona como um tampão de fluidez da membrana. 
Proteínas membranares 
As proteínas são os constituintes principais das membranas celulares, estando inseridas numa 
bicamada lipídica, segundo o modelo do mosaico fluido. As proteínas dividem-se em duas 
classes principais: proteínas intrínsecas (inseridas directamente na bicamada), e proteínas 
extrínsecas (associadas indirectamente à membrana, geralmente interagindo com proteínas 
intrínsecas). 
A maioria das proteínas intrínsecas são transmembranares, pois cruzam a bicamada lipídica, 
tendo porções expostas a ambos os lados da membrana. As porções transmembranares são 
geralmente α-hélices, formadas por resíduos apolares, que interagem com a porção 
hidrofóbica da membrana. A membrana pode também ser atravessada por uma estrutura em 
β-barril. As proteínas transmembranares são moléculas anfipáticas, pelo que as suas porções 
hidrofílicas estão expostas ao ambiente aquoso. As proteínas também podem ser ancoradas a 
membranas por lípidos ligados covalentemente a cadeias polipeptídicas, e as diferentes 
modificações lipídicas ditam a que face da membrana as proteínas ficam ancoradas. 
Transporte através de membranas celulares 
Apenas pequenas moléculas sem carga (H2O, O2 e CO2) se conseguem difundir livremente 
através das membranas. Moléculas maiores, mesmo que apolares (glicose) não conseguem 
difundir-se livremente pela membrana, bem como iões. Assim, é necessário que a passagem 
destas moléculas e iões seja mediada por proteínas transmembranares, que podem assim, 
determinar a permeabilidade selectiva de membranas celulares. 
Há duas classes de proteínas transportadoras: canais proteicos, que formam poros através da 
membrana, permitindo a livre passagem de moléculas com tamanho apropriado, podendo ser 
selectivamente abertos ou fechados; proteínas carregadoras, que se ligam selectivamente e 
transportam moléculas específicas, como a glicose. 
Quando o movimento das moléculas é a favor do gradiente, o transporte é denominado 
difusão passiva. Quando o transporte é contra gradiente e é acoplado à hidrólise de uma fonte 
energética, o processo denomina-se transporte activo. 
 
Proteomics: Análise de Proteínas celulares a larga-escala 
Genomics é a análise sistemática de genomas celulares. Proteomics é o estudo em larga escala 
das proteínas celulares. Proteome é a identificação e quantificação de todas as proteínas 
expressas numa célula, bem como a identificação das suas redes de interacção. 
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Identificação de proteínas celulares 
O nº de espécies diferentes de proteínas de uma célula é maior que o número de genes, pois 
um gene pode corresponder a mais do que uma proteína, devido a fenómenos de splicing 
alternativo e de modificações proteicas. O primeiro método desenvolvido para estudos de 
proteomics é a electroforese em gel de proteínas, que pode separar centenas de proteínas. A 
espectofotometria de massa é outro método, que permite identificar proteínas, separadas por 
electroforese ou não. 
Análise global da localização proteica 
Organelos subcelulares isolados podem ser analisados por espectofotometria de massa, para 
determinar os seus constituintes proteicos. Grande porção das proteínas das leveduras pode 
ser marcada por proteínas fluorescentes verdes para estudos globais dasua localização. 
Interacções proteicas 
Várias abordagens a larga-escala têm sido aplicadas para identificar interacções entre 
proteínas e complexos, com o objectivo de elucidar as redes complexas das interacções 
proteicas que regulam o comportamento celular. 
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Capítulo 4 – Fundamentos da Biologia Molecular 
Hereditariedade, Genes e DNA 
A propriedade mais fundamental de todos os seres vivos é a sua capacidade para se 
reproduzirem. Todos os organismos herdam a informação genética, que especifica a sua 
estrutura e função, dos seus pais. Todas as células derivam de células preexistentes, por isso o 
material genético tem que ser replicado e passado das células pais para a descendência a cada 
divisão genética. 
Genes e Cromossomas 
Cada característica de um ser é determinada por um par de factores herdados, que se chamam 
genes. Uma cópia de um gene (alelo) que especifica uma característica é herdada de cada 
progenitor. Quando mais de que um alelo diferente está presente num ser, aquele que se 
manifesta é dito alelo dominante, e o outro recessivo. O genótipo é a composição genética de 
um organismo, enquanto o fenótipo são as características observáveis, que resultam da 
expressão dos genes de um organismo. Os genes são transportados pelos cromossomas, sendo 
que a maioria dos animais e plantas apresentam duas cópias de cada cromossoma: são 
diplóides. Durante a formação das células da linha germinativa, dá-se a meiose (tipo de divisão 
celular), na qual apenas um cromossoma do par de cromossomas é transmitido à 
descendência. Assim, o oócito e o espermatozóide são haplóides, contendo apenas uma cópia 
de cada cromossoma. A união destas duas células haplóides durante a fecundação cria um 
novo ser diplóide, contendo agora cada par de cromossomas, derivado um do pai e outro da 
mãe. O comportamento dos pares de cromossomas é semelhante ao dos genes, levando à 
conclusão que os genes são transportados pelos cromossomas. 
Genes e Enzimas 
Um gene especifica a sequência de aa de uma cadeia polipeptídica. 
Identificação de DNA como o Material Genético 
Os cromossomas são compostos por DNA e proteínas. 
A experiência que ditou inicialmente que o DNA seria o material genético e não as proteínas 
deriva de estudos com a bactéria que causa a pneumonia, pneumococcus. A estirpe patogénica 
do pneumococcus é envolvida por uma cápsula de polissacáridos que protege as bactérias de 
um ataque por parte do sistema imunitário do hospedeiro. A estirpe encapsulada é a estirpe S 
(“smooth”) e a estirpe mutante que perdeu a capacidade de gerar a cápsula é a estirpe R 
(“rough”), que não tendo cápsula, não é patogénica quando inoculada em ratos. 
Experimentalmente verificou-se que, ratos inoculados com bactérias R mais bactérias S mortas 
por calor desenvolviam pneumonia e morriam. Quando extraídas bactérias dos ratos mortos, 
verificavam-se que estas eram da estirpe S. Denotou-se que extractos de bactérias S eram 
também capazes de converter a bactéria R para uma bactéria S. Assim, uma substância no 
extracto da bactéria S eram responsável pela indução da transformação genética de uma 
bactéria R (não patogénica) para uma S (patogénica). 
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Transferência da informação genética pelo DNA 
Outra experiências vieram demonstrar que era o DNA, e não proteínas o material genético. Foi 
provada que a actividade do extracto transformador (como no caso dos pneumococcus) era 
abolida quando se procedia a digestão enzimática de DNA e não de proteínas. Foi também 
demonstrado que quando um vírus (bacteriófago) infecta uma célula, é necessário que o DNA 
viral entre na bactéria, e não o proteína viral, de forma a que o vírus se replique. Além disto, é 
o DNA viral que se transmite às partículas virais descendentes. 
Estrutura do DNA 
A molécula de DNA é uma hélice que dá uma volta a cada 3,4 nm, sendo que a cada volta 
existem 10 bases. Esta dupla hélice possui um “backbone” (coluna) de açúcar e fosfato do lado 
de fora, contendo na porção interna bases, orientadas para formarem pontes de hidrogénio 
entre as purinas e as pirimidinas de cadeias opostas. Para justificar que A emparelha com T e G 
com C, estão os resultados de experiências que demonstram que a quantidade de adenina é 
sempre igual à de timina, e que a quantidade de guanina é sempre igual à de citosina. Assim, 
devido a esta complementaridade de bases, as duas cadeias de DNA são complementares. 
Logo, cada cadeia contém a informação necessária para especificar a sequência das bases da 
outra. 
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A estrutura do DNA 
 
Replicação do DNA 
As duas cadeias de DNA podem-se separar e servir como moldes para a síntese de novas 
cadeias complementares, cuja sequência seria ditada pelo emparelhamento específico de 
bases complementares. Este processo denomina-se replicação semiconservativa, pois cada 
cadeia de DNA pai é conservada, constituindo metade da nova cadeia sintetizada (apenas 
metade da dupla hélice é sintetizada, sendo a outra herdada). 
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Replicação semi-conservativa do DNA 
 
A experiência por detrás da teoria da replicação semiconservativa foi realizada marcando o 
DNA com isótopos de diferentes densidades. E.coli foram cultivadas durante várias gerações 
num meio contendo o isótopo de azoto pesado (15N) no lugar do isótopo normal de azoto leve 
(14N). O DNA destas bactérias continha, consequentemente, 15N e era mais pesado que o das 
bactérias cultivadas num meio com 14N. Depois as bactérias seriam transportadas de volta para 
o meio contendo 14N e cresceriam durante apenas uma geração adicional. O DNA extraído 
destas bactérias e analisado por ultracentrifugação numa solução com CsCl formaria bandas 
segundo as densidades das moléculas de DNA. O DNA da bactéria transferida do meio com 15N 
para o meio com 14N durante uma geração gerava bandas com uma densidade intermédia 
entre a densidade do DNA de 15N e o DNA de 14N, indicando que esta densidade representa 
uma molécula híbrida com uma cadeia leve e outra pesada. 
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A capacidade do DNA servir como molde da sua própria replicação foi demonstrada pois, a 
DNA polimerase (enzima da E.coli) consegue catalisar a replicação de DNA in vitro, apenas na 
presença de um molde de DNA, ao incorporar directamente os nucleótidos numa molécula de 
DNA complementar. 
 
Demonstração experimental da replicação semi-conservativa 
 
Expressão da Informação Genética 
Os genes determinam a estrutura das proteínas, que são responsáveis por direccionar o 
metabolismo celular, funcionando como enzimas. 
As proteínas são polímeros de 20 aa diferentes, cuja sequência determina a sua função e 
estrutura. 
Colinearidade de Genes e Proteínas 
A ordem dos nucleótidos no DNA especifica a ordem dos aa numa proteína. Mutações num 
gene correspondem a alterações no DNA, que podem resultar na adição ou delecção de 
nucleótidos, que poderiam levam à alteração da sequência de aa da proteína codificada pelo 
gene em questão. 
O papel do mRNA 
Apesar da sequência de nucleótidos no DNA especificara ordem dos aa nas proteínas, não é o 
próprio DNA que intervém directamente na síntese proteica. Como nos eucariontes, o DNA se 
encontra no núcleo e a síntese proteica se dá no citosol, terá que existir outra molécula que 
transporte a informação genética para os locais de síntese (ribossomas). Assim, o mRNA é o 
intermediário da síntese proteica, sendo sintetizado a partir de um molde de DNA. 
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O RNA difere do DNA, pois: é constituído por uma cadeia 
simples (o DNA é uma cadeia dupla); o seu componente 
glicídico é a ribose e não a desoxirribose (no carbono 2’ de 
uma ribose liga-se o grupo OH (hidroxilo) e de uma 
desoxirribose um H); e a sua base pirimidínica Uracilo (U) 
substituí a Timina (T) do DNA. Como o RNA se localiza 
principalmente no citoplasma, aparece como sendo o 
intermediário lógico da passagem de informação do DNA 
para os ribossomas. 
Com estes dados surgiu o dogma central: DNA → RNA → 
Proteínas. As moléculas de RNA são sintetizadas a partir de 
um molde de DNA (transcrição) e as proteínas são 
sintetizadas de moldes de RNA (tradução). 
As moléculas de RNA que servem como moldes para a 
síntese proteica chamam-se de mRNAs: RNAs mensageiros. 
São transcritos pela enzima RNA polimerase, que catalisa a 
síntese de RNA a partir de um molde de DNA. 
Existem mais 2 tipos de RNA importantes para a síntese 
proteica: RNA ribossomal (rRNA) que 
é um componente dos ribossomas e 
o RNA de transferência (tRNA) que 
serve como molécula adaptadora dos 
aminoácidos ao longo do mRNA. 
Código Genético 
Devido à não complementaridade 
entre os aminoácidos e o mRNA, existem tRNAs que servem de 
adaptadores durante a tradução. Cada aminoácido diferente é ligado, 
por uma enzima específica, ao tRNA apropriado. O emparelhamento 
entre as bases de mRNA e tRNA dirige o aminoácido que lhe está ligado 
para o local correcto do molde de mRNA. A partir de sequências das 
quatro bases nucleotídicas do DNA - adenina (A), timina (T), citosina (C) 
e guanina (G) - é possível formar exactamente 64 palavras código de 
três letras diferentes, tripletos ou codões, pois 43=64. Estes tripletos 
são a unidade da mensagem genética que vai codificar a ordenação de 
séries de aminoácidos que caracterizam diversas proteínas. Das 64 
palavras possíveis, 3 são sinais de paragem (codões STOP), indicando se 
chegou ao fim do código de uma proteína. Os restantes tripletos 
codificam os 20 aminoácidos, por isso mais que um tripleto pode 
codificar o mesmo aminoácido (degenerescência do código genético). A 
leitura dos nucleótidos começa num local fixo, gerando um quadro de 
leitura (reading frame), que é o conjunto sucessivo de 3 bases que 
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forma codões sucessivos. Uma alteração no quadro de leitura (frameshift) causa a mudança da 
sequência de codões, de uma mesma cadeia de DNA. 
No caso de mutações por adição ou remoção de 1 ou 2 nucleótidos, esta causa uma mudança 
no quadro de leitura, fazendo com que todos os aa subsequentes sejam alterados. Adições ou 
remoções de 3 nucleótidos alteram apenas um aa, sendo que o quadro de leitura do resto do 
gene se mantém normal. 
O código genético tem características muito importantes: 
Universalidade, que postula uma linguagem comum a praticamente todas as células. As 
excepções existem em certos protozoários e no DNA mitocondrial. 
Redundância ou degenerescência do código genético, é o resultado da existência de 61 
codões a indicar a síntese de proteínas, e apenas existirem 20 aa diferentes. Assim, vários 
codões codificam o mesmo aa. 
Não ambiguidade, o mesmo codão não codifica aa diferentes. 
Pouca especificidade do 3º codão, vários codões que sintetizam o mesmo aa têm o 3º codão 
igual, pelo que o 3º codão é menos específico, e o 1º é o mais específico. 
O tripleto AUG tem duas funções, codificando a metionina e representando o codão de 
iniciação da tradução (síntese proteica). Os tripletos UAA, UAG e UGA são codões de 
finalização, não codificando aa, e sinalizando o fim da síntese proteica. 
Vírus de RNA e Transcrição Reversa 
Certos vírus contém RNA em vez de DNA, como material genético. Apesar de alguns replicarem 
directamente o seu RNA através do RNA original, este mecanismo não era utilizado por certos 
vírus animais (vírus de RNA tumorais), que eram capazes de causar cancro às células animais 
infectadas. Apesar de conterem RNA como material genético, a sua replicação exige a síntese 
de DNA, o DNA provírus, a partir de um molde de DNA. Esta capacidade de sintetizar DNA a 
partir de um molde de RNA denomina-se transcrição reversa, e parte da actividade da enzima 
transcriptase reversa. 
A transcriptase reversa também existe noutras células, permitindo a transposição de uma 
sequência de DNA de uma cromossoma para outro, e o estudo do mRNA de células, 
permitindo o estudo das transcrições que nelas ocorrem. 
DNA recombinante 
Até à década de 1970 parecia impossível o isolamento e manipulação de genes. Este obstáculo 
foi superado pelo desenvolvimento da tecnologia de DNA recombinante, que possibilitou aos 
cientistas isolar, sequenciar e manipular genes individuais. 
Enzimas de restrição 
O primeiro passo no desenvolvimento da tecnologia de DNA recombinante foi a caracterização 
de enzimas de restrição, que clivam o DNA em sequências específicas. São o “bisturi” que 
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permite cortar o DNA, fazendo parte do grupo das nucleases, enzimas responsáveis por clivar 
as ligações fosfodiéster entre nucleótidos adjacentes. Estas enzimas foram identificadas em 
bactérias, onde servem como método de defesa contra a entrada de DNA estranho (provindo 
de vírus, etc) na célula. As enzimas de restrição reconhecem de 4 a 8 pb, sendo estas 
sequências específicas, que originam fragmentos de DNA. 
Porque é que o DNA da bactéria não é digerido pelas suas próprias endonucleases (enzimas de 
restrição)? As enzimas de restrição não funcionam sozinhas numa bactéria, trabalhando em 
conjunto com enzimas que modificam o DNA bacteriano, tornando-o irreconhecível pelas 
endonucleases. Este sistema permite que apenas DNA estranho-não modificado seja digerido 
por endonucleases. 
Os fragmentos gerados pela clivagem de uma endonuclease podem ser separados, 
identificados e purificados numa electroforese de DNA em gel, consoante o comportamento 
dos fragmentos de DNA num campo eléctrico. O gel pode ser de agarose ou poliacrilamida, 
sendo fundido na presença de um tampão. A solução é deitada num molde e deixada 
solidificar, formando uma matriz cuja densidade depende da agarose. Ao ser aplicado um 
campo eléctrico através do gel, o DNA carregado negativamente (grupos fosfato) migra em 
direcção ao ânodo, o eléctrodo positivo. A velocidade de migração depende: tamanho da 
molécula, concentração de agarose, intensidade do campo eléctrico. O gel funciona como um 
filtro, retardando o movimento das moléculas maiores. Para a separação de moléculas leves, 
usa-se um gel com maior concentração de agarose. Para se visualizar o gel de agarose utiliza-se 
o corante brometo de etídio, que possui grupos químicos que se intercalam com as bases do 
DNA, sendo que o corante ligado ao DNA fluoresce com mais intensidade que o corante livre, 
quando irradiado com UV. À área do gel perpendicular ao poço denomina-se pista. Os 
fragmentos de DNA com o mesmo tamanho migram a mesma distância gerando bandas. 
Os locais de restrição para diferentesendonucleases de restrição gera mapas de restrição de 
moléculas de DNA. 
Formação de moléculas de DNA recombinante 
A estratégia básica de clonagem molecular é a inserção de um fragmento de DNA de interesse 
(ex: segmento de DNA humano) numa molécula de DNA (vector) que seja capaz de se replicar 
numa célula hospedeira. O resultado é uma molécula recombinante ou clone molecular, 
composto pelo pedaço de DNA de interesse ligado ao DNA do vector. A replicação apropriada 
da molécula recombinante no hospedeiro permite obter grandes quantidades do DNA de 
interesse. O plasmídeo é um exemplo de um vector, sendo uma molécula de DNA circular que 
se replica de forma independente, sem estar associada a DNA cromossomal numa bactéria. 
Plasmídeos recombinantes transportando o DNA de interesse podem ser introduzidos em 
E.coli, onde se podem replicar, gerando milhões de cópias do DNA plasmídeo. O DNA destes 
plasmídeos pode então ser isolado, constituindo uma fonte enorme de moléculas 
recombinantes que contêm um fragmento de DNA humano clonado. O fragmento pode 
isolado do resto do vector através de enzimas de restrição, permitindo a análise e manipulação 
de um fragmento de DNA humano puro. 
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Junção de moléculas de DNA 
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Os fragmentos de DNA gerados para criar 
moléculas recombinantes são 
normalmente digeridos por enzimas de 
restrição. Estas clivam nos locais de 
restrição deixando extremidades com 
cadeias simples soltas, que se podem 
associar umas com as outras por 
complementaridade de bases, sendo que 
as ligações entre nucleótidos adjacentes 
são catalisadas por DNA ligases. Assim, dois 
fragmentos de DNA digeridos pela mesma 
endonuclease pode ser ligados criando 
uma molécula de DNA recombinante. Em 
certos casos, podem-se sintetizar DNA 
“linkers” (oligonucleótidos, que contêm os 
locais de restrição), e adicioná-los às 
extremidades do DNA de interesse, e 
posteriormente inseri-lo no vector. 
 
 
Vectores de DNA recombinante 
Os vectores são moléculas de DNA que têm como função transportar o DNA de interesse para 
a célula hospedeira. As características mais importantes de um vector de clonagem são: 
Origem de replicação (ORI), que permite que o vector (molécula de DNA recombinante), se 
mantenha na célula e seja transmitida à descendência, ao permitir a sua replicação. 
Marca de selecção - a maioria dos vectores possui um gene que confere resistência a um 
antibiótico. Assim, apenas as bactérias que possuem o DNA recombinante sobrevivem quando 
crescidas em presença desse antibiótico. 
Local de policlonagem (MCS): pequena sequência de DNA que contém locais de corte únicos 
para várias enzimas de restrição. É neste local que é introduzido o fragmento de DNA que se 
pretende clonar. 
Promotor: presente apenas em vectores de expressão (sintetizam proteínas recombinantes) e 
localizado a montante (antes) do local de policlonagem. A maquinaria de transcrição genética 
identifica a sequência do promotor e transcreve a partir desse local. 
 
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Clonagem através de vectores plasmídicos 
Sequenciação de DNA 
A sequenciação é uma técnica que permite: inferir a sequência de aa sintetizados por um gene 
específico, ao sabermos a sequência de nucleótidos desse gene; estudar as propriedades de 
sequencias de DNA que regulam a expressão do gene. 
Processo de sequenciação 
1. Desnaturação do DNA a sequenciar 
2. Incubação do DNA com um primer (sequência de DNA complementar essencial para 
começar a replicação do DNA), na presença de DNA polimerase e dos quatro 
desoxinucleótidos (dATP, dCTP, dTTP, e dCTP), um dos quais é radioactivo. 
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3. O produto desta reacção é depois dividido por quatro tubos, a cada um dos quais se 
junta um didesoxiribonucleosido-trifosfato (ddATP, ddCTP, ddTTP, e ddCTP), que são 
nucleótidos modificados, desprovidos de grupo hidroxilo no carbono 3’, e, portanto, 
impedem o alongamento das cadeias de DNA em que são incorporados. 
4. Como em cada tubo existem milhões de moléculas de DNA, originam-se fragmentos de 
diversos tamanhos consoante a posição de cada nucleótido na sequência original. 
5. O DNA de cada tubo é desnaturado e colocado num gel de acrilamida com ureia (para 
evitar a renaturação do DNA durante a electroforese). 
6. No final, o gel é seco e autoradiografado. 
7. Os nucleótidos radioactivos incorporados dão origem a uma série de bandas que 
indicam o tamanho dos fragmentos de DNA produzidos em cada tubo de reacção. 
8. Ao contrário dos géis de agarose, os géis de acrilamida permitem resolver moléculas 
de DNA cujo comprimento difere apenas num nucleótido. 
9. Como a síntese de DNA ocorre de 5’ para 3’, os fragmentos menores resultam de uma 
incorporação do dNTP mais próxima da extremidade 5’. 
10. Em consequência, a leitura do gel de baixo para cima indica a sequência de nucleótidos 
da cadeia 5’-3’. 
Para iniciar a reacção de sequenciação é necessário um primer, logo o DNA desconhecido tem 
de ser “enquadrado” numa sequência conhecida, para a qual o primer será complementar. 
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Sequênciação de DNA automática 
A sequenciação automática permite acelerar e mecanizar a maior parte do processo de 
análise dos resultados. Os diferentes produtos de reacção (G; A; T; C) têm incorporados 
nucleótidos fluorescentes em vez de nucleótidos radioactivos, cada um deles com uma cor 
diferente, num total de 4 cores. A leitura do sinal fluorescente é feita por um scanner 
apropriado que, estando acoplado ao aparelho de electroforese, faz a leitura directamente do 
gel enquanto a electroforese decorre. A leitura é feita em simultâneo com a migração dos 
fragmentos através do gel: sempre que no local do scanner passa uma banda que fluoresce 
numa cor é representado um pico no gráfico dos resultados e o software atribui-lhe a letra 
correspondente à cor detectada. 
Expressão de genes clonados 
Muitas proteínas de interesse estão presentes nas células apenas em pequenas quantidades, 
não podendo ser purificadas por métodos convencionais. Assim, a criação de vectores de 
expressão (permitem a síntese de proteínas), veio colmatar esta dificuldade. O cDNA de 
interesse é clonado num vector de expressão que contém as sequências de expressão que 
permiter a transcrição de tradução do gene de interesse em células bacterianas. Por vezes o 
vector é inserido em eucariontes, de forma a assegurar uma correcta maturação proteica, uma 
vez que os procariontes não têm os organelos necessários (RE e Golgi). 
 
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Detecção de Ácidos Nucleicos e Proteínas 
Amplificação de DNA por PCR 
A clonagem molecular de DNA permite o isolamento de grandes quantidades do DNA de 
interesse, sendo contudo necessária a existência de seres onde inserir os vectores para que 
estes sejam clonados. A técnica de PCR (polymerase chain reaction) apresenta-se como um