UNIDADE 1 - PROCESSOS MOLECULARES E GENÉTICOS

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PROCESSOS MOLECULARES E GENÉTICOS
UNIDADE 1 - O DOGMA DA BIOLOGIA 
MOLECULAR E SEUS PROCESSOS
Autoria: Symara Rodrigues Antunes - Revisão técnica: Carlos Jorge Rocha 
Oliveira
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Introdução
Seja bem-vindo à disciplina de Processos Moleculares e Genéticos! Nossa jornada irá começar com a
apresentação dos processos básicos de transmissão da informação genética e quais são as moléculas envolvidas
neles. Contudo, primeiramente precisamos relembrar conceitos iniciais. É importante recordar que temos dois
tipos de células: eucariotas e procariotas, sendo a primeira dotada de núcleo e organelas membranosas,
enquanto a segunda não os possui. O núcleo, nas células eucarióticas, guarda uma importante molécula: o DNA
(ácido desoxirribonucleico).
O DNA, por sua vez, possui uma importância gigantesca: é o nosso material genético. É essa molécula que carrega
todas as nossas informações, que designam nossas características físicas e moleculares, ou seja, toda a nossa
constituição. Todavia, não é essa a molécula que irá levar a informação para as moléculas que executam as
ordens. Portanto, neste capítulo iremos entender como acontecem os processos de transmissão da informação,
quais as moléculas envolvidas e quais os processos que o cercam. Ao final, você terá a oportunidade de ter uma
visão geral da aplicação desses conhecimentos nas técnicas de biologia molecular, tão difundidas nas pesquisas
acadêmicas e cada vez mais ganhando espaço nos diagnósticos clínicos.
Bons estudos!
1.1 O dogma central da biologia molecular, suas moléculas 
e seus processos
O ano de 1953 foi um marco na história da biologia molecular: estava descoberto o DNA. Porém, não ache que
essa importante molécula simplesmente não era previamente conhecida. Na verdade, Francis Crick, James
Watson e Maurice Wilkins realizaram a tarefa de reunir, em um artigo de revisão de duas páginas, as
informações que já se conheciam dessa molécula e correlacionaram com a mais importante função dentro da
célula: carregar a informação genética. Hoje, parece impensável um mundo no qual não se sabe que é o DNA a
molécula que controla todas as funções dentro de uma célula. Não há ainda nem 100 anos dessa descoberta e já
há muitos avanços desde então: conseguimos mapear todo o genoma humano e de diversos animais e plantas,
conseguimos relacionar alterações estruturais e funcionais do DNA com diversas doenças e características nos
animais, além de desenvolvermos técnicas baseadas em análises de DNA que facilitam nosso dia a dia e a
medicina.
Entretanto, a descoberta da molécula do DNA não respondia a muitas questões. Já se sabia da existência de RNA
VOCÊ SABIA?
Genoma é a denominação dada à sequência completa do DNA de um organismo. Em outras
palavras, é a sequência de DNA que designa os genes do ser vivo. O conhecimento do genoma
de um organismo possibilita uma vasta gama de informações, que pode auxiliar no
entendimento de como ocorrem os processos celulares e moleculares da espécie.
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Entretanto, a descoberta da molécula do DNA não respondia a muitas questões. Já se sabia da existência de RNA
e proteínas, mas não se sabia como essas macromoléculas poderiam de alguma forma interagir, ou como
interagiam, e qual a hierarquia entre elas. Foi assim que, em 1958, Francis Crick, continuando seus estudos
moleculares, propôs o que ficou conhecido como o . Confira!Dogma Central da Biologia Molecular
Figura 1 - Dogma Central da Biologia Molecular
Fonte: Elaborada pela autora, 2020.
#PraCegoVer: imagem representando o Dogma Central da Biologia Molecular e seus processos, em que o DNA é
responsável pela informação repassada ao RNA, pelo processo da transcrição, que, por sua vez, passa a
informação à proteína por meio da tradução. O processo da síntese de nova molécula de DNA é a replicação.
A proposta de Crick era baseada nos diversos estudos anteriores, tanto da sua equipe quanto de outros
pesquisadores. Crick e Watson propuseram, pouco após a revelação da estrutura do DNA, como ocorria sua
replicação, como ocorriam as mutações e como essas alterações poderiam influenciar no produto final: as
proteínas. Em 1958, Crick publicou um novo artigo, propondo o Dogma Central. A partir dessa publicação, ficou
estabelecido que o fluxo da informação genética seria do DNA gerando a molécula de RNA por meio do processo
denominado transcrição. O RNA, por sua vez, daria origem à proteína, pelo processo da tradução. O DNA seria
gerado a partir de uma molécula de DNA prévia, pelo processo de replicação do DNA. De lá para cá, poucos
ajustes foram feitos no Dogma Central, não modificando sua estrutura principal, mas inserindo-se exceções na
maioria causadas pelos vírus. Descobriram-se enzimas, como a transcriptase reversa, que gera uma molécula de
DNA a partir de uma molécula de RNA, por exemplo, mas o cerne do dogma permanece como verdadeiro até os
dias atuais.
A seguir, vamos conhecer como é a estrutura dessas moléculas e como ocorrem seus processos de formação.
1.1.1 Estrutura e replicação do DNA
A proposta da estrutura do DNA por Francis Crick, James Watson e Maurice Wilkins, publicada em 1953, trazia
resultados de diversos experimentos de outras equipes de cientistas. Na proposta de Watson e Crick, aceita até
os dias atuais, a molécula de DNA é estruturalmente definida como sendo uma molécula helicoidal bifilamentar,
com fitas antiparalelas. A molécula é constituída de nucleotídeos que são, por sua vez, formados por uma base
nitrogenada, um açúcar (uma desoxirribose) e um grupamento fosfato.
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Figura 2 - Representação gráfica da molécula do DNA com seus componentes moleculares
Fonte: Designua, Shutterstock, 2020.
#PraCegoVer: estrutura do DNA. À direita, temos a representação da molécula de DNA: uma molécula helicoidal
de fita dupla, antiparalela. À esquerda, o detalhamento da estrutura das fitas: um grupamento fosfato (azul); uma
pentose, que é o açúcar (rosa); e uma base nitrogenada (laranja). A união entre as duas fitas se dá por pontes de
hidrogênio.
Os nucleotídeos do DNA são chamados de desoxinucleotídeos e seguem a mesma constituição base estabelecida
anteriormente. A ligação da pentose (lembre-se de que é uma desoxirribose) ocorre pelo carbono 1’ (leia-se
carbono um linha) na base nitrogenada e o grupamento fosfato ao carbono 5’ (leia-se carbono cinco linha).
As bases nitrogenadas podem ser de dois tipos:
• Bases púricas
Derivadas das purinas, sendo de dois tipos, a adenina (A) e a guanina (G).
• Bases pirimídicas
Derivadas das pirimidinas, sendo também de dois tipos: a citosina (C) e a timina (T), sendo esta última
exclusiva do DNA.
Observamos, entretanto, estruturas formadas pela união de uma pentose com uma base nitrogenada, e a essa
•
•
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Observamos, entretanto, estruturas formadas pela união de uma pentose com uma base nitrogenada, e a essa
molécula formada denominamos . Se for inserido um grupo fosfato ao carbono 5’ da pentose, anucleosídeo
estrutura passa a ser chamada de . A quantidade de fosfatos ligados à base nitrogenada −nucleotídeo
monofosfato, difosfato ou trifosfato − permite que essas moléculas assumam diferentes e fundamentais funções
celulares. Um exemplo que vale a pena destacar é a molécula de , conhecida como a mais importanteATP
molécula energética da célula. Sua denominação por escrito já entrega a sua composição: adenosina trifosfato.
Continuando a descrição da molécula de DNA, Erwin Chargaff e colaboradores realizaram análises da
composição química da molécula e constataram dados curiosos, conforme relatado em GRIFFITHS . (2013).et al
Confira!
Dado 1
A concentração de timina era sempre igual à de adenina em uma mesma molécula (T=A), assim como a de
citocina e guanina (C=G).
Dado 2
A concentração total de pirimidinas (T+C) era sempre igual a de purinas (A+G) em uma mesma molécula
(portanto, temos a equação T+C=A+G).
A partir das observações de Chargaff e colaboradores, foi possível deduzir que as duas fitas que formam a
molécula de DNA, ligadas a partir de pontes de hidrogênio, seguem a seguinte regra:timina pareia com adenina
ligando por duas pontes de hidrogênio; e citocina pareia com guanina ligando-se por três pontes de hidrogênio.
Para quem lembra, as pontes de hidrogênio são ligações químicas que, analisadas isoladamente, são fracas.
Porém, como o DNA é uma molécula muito grande, possui, então, inúmeras pontes de hidrogênio, transformando
o conjunto dessas ligações fortes o suficiente para estabilizar a molécula. Na mesma fita de DNA, as bases
nitrogenadas são ligadas por meio de uma ligação química do tipo fosfodiéster. A molécula de DNA, então,
apresenta-se na forma helicoidal, com mais pontes de hidrogênio fazendo a sua estabilização, estabelecendo os
chamados giros menores e os giros maiores. Essa estrutura da molécula do DNA já proporcionou importantes
pistas de como seria executada a replicação dessa molécula. O pareamento de bases específico é um mecanismo
de cópia fidedigna, como veremos a seguir.
VOCÊ O CONHECE?
Rosalind Franklin era uma cientista britânica, segunda de cinco filhos de uma importante
família judaica. Formou-se em Ciências da Natureza pelo Newnham College, faculdade restrita
às mulheres da Universidade de Cambridge. Seu Ph.D. foi obtido com uma pesquisa sobre o
carvão, importante substância para a indústria britânica na época da Segunda Guerra Mundial.
A partir dessa pesquisa, Rosalind passou a estudar outras substâncias, entre elas o DNA e RNA.
De fato, as pesquisas de Franklin foram fundamentais para a descoberta da molécula do DNA,
mas, infelizmente, a pesquisadora não pôde receber o prêmio Nobel, em 1962, pela sua
contribuição, pois faleceu prematuramente, em 1958, e o prêmio somente é entregue a
pesquisadores vivos.
VOCÊ QUER LER?
Em 2014, foi publicado no Brasil, pela editora Zahar, o livro de James D. Watson, A dupla
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Os primeiros estudos e conhecimentos adquiridos sobre a replicação do DNA foram obtidos graças a
experimentos com bactérias, em especial a Escherichia coli. Isso porque esse microrganismo tem um tempo
relativamente curto entre uma duplicação celular e outra: cerca de 20 minutos. Além se tratar de uma célula
procariota, menos complexa do que uma célula humana, eucariota, por exemplo.
Deve-se ainda ressaltar outro ponto: nos eucariotos, a replicação do DNA ocorre em uma fase específica do ciclo
celular. O ciclo celular, por sua vez, pode ser definido como uma sucessão de fases que regem a vida de uma
célula eucariótica, sendo cada fase designada para ocorrência de um conjunto de eventos específicos.
O ciclo celular é, então, constituído de uma interfase e da fase de divisão celular propriamente dita (M, de
mitose). A interfase é subdividida em G1, S, G2. A replicação do DNA ocorre dentro da fase S, que ganha essa sigla
devido a ser a fase de síntese de DNA. Não se esqueça de que síntese significa produção de algo novo
(JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012).
Como ressaltado anteriormente, o DNA é constituído de duas fitas, antiparalelas, cujas bases se pareiam
especificamente seguindo a regra: adenina pareia com timina, e citocina pareia com guanina. Com suas
estruturas inalteradas, não há pareamento fora dessa regra. O descobrimento dessa informação deu aos
pesquisadores uma importante pista de como ocorreria o processo de replicação da molécula de DNA: usando
uma fita molde. Após vários experimentos, o modelo atualmente aceito é de uma replicação semiconservativa
para a criação de novas moléculas de DNA. Esse modelo consiste em abrir a molécula de DNA, expondo as duas
fitas que compõem a molécula, e utilizando-as como moléculas moldes para as fitas novas. Dessa forma,
utilizando a regra de Chargaff, de pareamento de bases, é possível realizar a formação de moléculas
precisamente iguais à molécula-mãe (ALBERTS, 2009).
Figura 3 - Representação do modelo de replicação semiconservativo do DNA
Fonte: Soleil Nordic, Shutterstock, 2020.
#PraCegoVer: modelo de replicação semiconservativo de DNA, com apresentação de cinco etapas
demonstrando que, ao final, são formadas duas moléculas de DNA, idênticas à original, mas que apresentam,
cada uma, uma fita parental e uma fita recém-criada. Na figura, as fitas em azul representam as fitas parentais
que compõem a molécula de DNA original. Após a abertura do DNA, expondo as fitas como moldes, são
construídas novas fitas complementares (fitas laranjas) tendo como molde as fitas azuis. Ao final, teremos duas
novas moléculas, cada uma com uma fita nova (laranja) e uma fita parental (azul).
Contudo, para que ocorra a replicação do DNA de forma altamente fidedigna, é preciso a utilização de uma
Em 2014, foi publicado no Brasil, pela editora Zahar, o livro de James D. Watson, A dupla
 como descobri a estrutura do DNA. Nesse livro, Watson conta a sua versão sobre ahélice:
descoberta que modificou o mundo e permitiu que, poucos anos mais tarde, essa molécula
fizesse parte do conhecimento geral de toda a população. Vale a pena conferir!
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novas moléculas, cada uma com uma fita nova (laranja) e uma fita parental (azul).
Contudo, para que ocorra a replicação do DNA de forma altamente fidedigna, é preciso a utilização de uma
enzima que será a responsável por executar a inserção dos nucleotídeos de acordo com a leitura da fita molde.
Essa enzima é a . São conhecidas em cerca de cinco enzimas conhecidas. ADNA polimerase Escherichia coli
primeira identificada, a DNA polimerase I, possui as seguintes atividades:
Atividade de polimerase
Catalisa o crescimento da cadeia no sentido 5’ para 3’.
Atividade de exonuclease 3’ ---> 5’
Propriedade de remoção de bases inseridas incorretamente.
Atividade de exonuclease 5’ ---> 3’
Propriedade de degradação de pequenos fragmentos de DNA ou RNA.
Essa enzima trabalha em um local chamado “forquilha de replicação”, uma estrutura em forma de Y na qual o
DNA está aberto e há a atuação de inúmeras enzimas acessórias à DNA polimerase.
Figura 4 - Representação de uma forquilha de replicação, com demonstração da fita líder e da fita com os 
fragmentos de Okazaki
Fonte: Adaptada de ALBERTS et al., 2017, p. 243.
#PraCegoVer: estrutura de uma forquilha de replicação de DNA. À esquerda, uma forquilha de replicação com
DNA recém-sintetizado em vermelho; as setas indicam a direção 5’-3’ da síntese do DNA. Como as duas fitas-
filhas de DNA são polimerizadas na direção 5’-3’, o DNA sintetizado na fita retardada deve ser feito inicialmente
em uma série de pequenos segmentos de DNA, os fragmentos de Okazaki, chamados assim por causa do cientista
que os descobriu. À direita, a mesma forquilha pouco tempo depois. Na fita retardada, os fragmentos de Okazaki
são sintetizados em sequência, sendo os mais próximos à forquilha os fragmentos de síntese mais recente.
Entretanto, a DNA polimerase somente consegue inserir novos nucleotídeos na extremidade 5’, para que ocorra
a reação fosfodiéster. Devido a isso, observa-se que há, dessa forma, uma fita chamada líder, pois já está
posicionada adequadamente para o crescimento da nova cadeia, e uma fita cujo crescimento será mais lento, por
meio Fragmentos de Okasaki. É essencial ressaltar que a taxa de erros da DNA polimerase é extremamente baixa,
cerca de 1 erro a cada 105 nucleotídeos inseridos e, ainda assim, esses erros são identificados e consertados
ainda pela própria enzima antes de finalizar a replicação do DNA.
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Figura 5 - Representação do processo de replicação do DNA pela DNA-polimerase
Fonte: Adaptada de ALBERTS et al., 2017, p. 243.
#PraCegoVer: Na figura, a DNA-polimerase catalisa a adição sequencial de um desoxirribonucleotídeo à
extremidade 3’-OH de uma cadeia polinucleotídica, a fita iniciadora crescente que está pareada a uma fita-molde
já existente. A fita de DNA recém-sintetizada é, então, polimerizada na direção 5’-3’. Como cada
desoxirribonucleosídeo trifosfato deve formar par com a fita-molde para ser reconhecido pela DNA-polimerase,
essa fita determina qual dos quatro desoxirribonucleotídeos possíveis (A, C, G ou T) será adicionado. A reação é
promovida por uma grande alteração favorável da energia livre causada pelaliberação do pirofosfato e sua
subsequente hidrólise em duas moléculas de fosfato inorgânico. Logo após, é mostrada a estrutura da DNA-
polimerase complexada ao DNA (em laranja), determinada por cristalografia de raios X. A fita-molde de DNA é a
fita longa, e a fita recém-sintetizada é a curta. Depois, temos um diagrama esquemático da DNA-polimerase. A
geometria adequada do pareamento de bases dada pelo desoxirribonucleosídeo trifosfato a ser incorporado
provoca um ajuste da polimerase em torno do par de base, iniciando a reação de adição do nucleotídeo. A
dissociação do pirofosfato relaxa a polimerase, permitindo a translocação do DNA em um nucleotídeo.
A DNA polimerase, apesar de ser a mais importante enzima do processo de replicação do DNA, não atua sozinha
nesse processo. Observe, a seguir, algumas das demais enzimas e moléculas que atuam na replicação com suas
respectivas funções (GRIFFITHS ., 2013):et al
DNA primase
Enzima responsável por fornecer um ou iniciador para a DNA polimerase, poisprimer
esta última não é capaz de iniciar uma molécula de DNA sem um suporte inicial. Esse 
 fornecido pela DNA primase é composto de poucos nucleotídeos; cerca de 10primer
nucleotídeos de RNA que são posteriormente retirados.
DNA helicase
Enzima responsável pela abertura da molécula de DNA. Imagine-a como se fosse a cabeça
de um zíper abrindo-o. Essa é a função da DNA helicase.
D N A
topoisomerase
Enzima responsável por desenrolar a molécula de DNA, não permitindo a formação de
nós à frente da forquilha de replicação.
Proteínas
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Proteínas
ligadoras de
fita simples de
DNA (SSB, de
single strand
DNA-binding)
Pequenas proteínas que se ligam às fitas simples de DNA na forquilha de replicação, de
forma cooperativa, e que impedem o DNA de se ligar novamente como fita dupla.
Figura 6 - Forquilha de replicação e algumas das diversas enzimas que auxiliam no processo de replicação
Fonte: Adaptada de ALBERTS et al., 2017, p. 249.
#PraCegoVer: Diagrama mostrando uma visão atual da disposição das proteínas de replicação em uma
forquilha de replicação durante a síntese de DNA. A fita retardada está dobrada para aproximar-se da molécula
de DNA-polimerase da fita retardada e formar um complexo com a DNA-polimerase da fita-líder. Esse
enovelamento também aproxima a extremidade 3’ de cada fragmento de Okazaki completado do ponto de início
do próximo fragmento de Okazaki. Como a DNA-polimerase da fita retardada permanece ligada ao resto das
proteínas de replicação, ela pode ser reutilizada na síntese dos sucessivos fragmentos de Okazaki. Nesse
diagrama, ela está quase liberando o fragmento de DNA completo e move-se para o iniciador de RNA que está
sendo sintetizado. As proteínas adicionais (não mostradas) que auxiliam na manutenção dos diferentes
componentes proteicos na forquilha permitem que o complexo funcione como uma maquinaria proteica
coordenada.
Como podemos observar, o processo de replicação do DNA não é um processo simples. Os conhecimentos que
temos desse processo foram adquiridos graças às observações iniciais em procariotos, células mais simples que
os eucariotos e com tempo de vida mais curto, o que possibilitou um rápido avanço no conhecimento.
Com o avançar das tecnologias e das técnicas de análises, foi possível realizar experimentos observacionais em
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Com o avançar das tecnologias e das técnicas de análises, foi possível realizar experimentos observacionais em
células eucarióticas e constatou-se que, salvo algumas particularidades próprias dessas células, a replicação
ocorre de maneira similar nas células mais complexas.
1.2 Estrutura e transcrição do RNA
O RNA (ácido ribonucleico) é uma molécula de estrutura similar ao DNA, sendo também considerado um ácido
nucleico. Entretanto, devemos destacar algumas particularidades: o tamanho do RNA é muito inferior ao do
DNA; é uma molécula de fita simples; seu açúcar é a ribose e é constituído de ribonucleotídeos, sendo a uracila a
base exclusiva do RNA (assumindo o lugar da timina, que é exclusiva do DNA) A molécula de RNA é obtida pelo
processo de transcrição.
Figura 7 - Imagem representativa das diferenças das bases nitrogenadas do RNA e do DNA, além de ter uma 
representação da molécula de RNA
Fonte: Adaptada de ALBERTS et al., 2017, p. 225.
#PraCegoVer: A estrutura química do RNA se diferencia ligeiramente da estrutura do DNA. O RNA contém o
açúcar ribose, o qual difere da desoxirribose, o açúcar utilizado no DNA, pela presença de um grupo -OH
adicional. O RNA contém a base uracila, a qual difere da timina, a base equivalente no DNA, pela ausência de um
grupo -CH3. A figura mostra um pequeno segmento de RNA. A ligação química entre os nucleotídeos no RNA –
uma ligação fosfodiéster − é a mesma da no DNA.
Um fato curioso é que as células produzem vários tipos de RNA. Podemos destacar cinco tipos de RNAs
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Um fato curioso é que as células produzem vários tipos de RNA. Podemos destacar cinco tipos de RNAs
produzidos pela célula:
R N A
mensageiro
(mRNA)
RNA que tem a propriedade de codificar proteínas. É a classe de RNA que cumpre o que
é falado no Dogma Central da Biologia Molecular.
R N A s
ribossômicos
(rRNA)
RNAs que irão compor a estrutura dos ribossomos que, por sua vez, são responsáveis
por catalisar a síntese de proteínas.
MicroRNAs
(miRNAs)
Importantes nos processos de regulação da expressão gênica.
R N A s
transportadores
(tRNAs)
Moléculas de RNA que transportam os aminoácidos até os ribossomos para que seja
sintetizada uma cadeia polipeptídica que se transformará em uma proteína.
Outros RNAs
n ã o
codificadores
Possuem diversas funções dentro dos processos celulares que ainda estão sendo
descobertos. Seus tamanhos variam e muitos ainda não têm elucidadas suas funções na
célula.
Quando falamos em Dogma Central da Biologia Molecular e seus processos, a produção de RNA se dá pelo
processo de transcrição. Tal processo é o mesmo para todos os tipos de RNA, porém para o RNA mensageiro é
somente feito em sequências específicas denominadas genes.
Figura 8 - Representação da transcrição do RNA a partir de genes contidos no DNA
Fonte: Adaptada de ALBERTS et al., 2017, p. 224.
#PraCegoVer: Uma célula pode expressar diferentes genes em diferentes taxas. Essa expressão de genes segue o
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#PraCegoVer: Uma célula pode expressar diferentes genes em diferentes taxas. Essa expressão de genes segue o
Dogma Central da Biologia Molecular. Na imagem, são demonstrados dois genes – Gene A e Gene B – alocados na
molécula do DNA. À esquerda, é mostrado que do gene A são produzidas cinco moléculas de RNA, mesmo só
havendo uma cópia do gene, e na tradução são produzidas vinte e cinco moléculas de proteínas, todas seguindo a
informação contida no gene A. À direta, está representada a transcrição do gene B, resultando em somente uma
molécula de RNA transcrita e, a partir dela, três proteínas traduzidas. Isso demonstra que a célula pode controlar
a quantidade de produtos gênicos produzidos de cada gene contido no DNA de acordo com a necessidade da
célula, mesmo que somente haja uma cópia física do gene.
Esse processo de transcrição é bem mais simples do que o processo de replicação do DNA descrito
anteriormente. O processo de transcrição é dividido em três fases, pois é um processo cíclico de síntese de RNA.
Cada ciclo de transcrição ocorre várias vezes na mesma região do DNA, o gene, e, antes que um complexo atinja a
região de terminação, outros complexos de transcrição estão iniciando a síntese de RNA (ZAHA ., 2014).et al
Na primeira fase, , as sequências específicas do DNA, conhecidas como promotores, sinalizam o localfase inicial
de formação do complexo de transcrição e com isso inicializam a cópia das sequências do DNA em RNA. Na
segunda fase, , a molécula de RNA é sintetizada propriamente dita. Ocorre afase de alongamento da cadeia
inserção dos ribonucleotídeos pela RNA polimerase. A terceira fase, , é ofase de terminação da transcrição
processo em que a síntese de RNA é terminada em resposta a sinais específicosde terminação da transcrição,
conhecidos como terminadores. Apesar de normalmente ser mostrado um complexo de transcrição em um
determinado gene, a transcrição é dinâmica e várias cópias de um determinado RNA são sintetizadas a partir do
gene, concomitantemente. Os componentes do complexo de transcrição são dissociados, ao final da transcrição, e
reiniciam um novo ciclo de transcrição (ZAHA ., 2014).et al
Assim como na replicação do DNA, há uma enzima responsável pelo processo de transcrição: a .RNA polimerase
Tal qual sua irmã, a DNA polimerase, essa enzima somente é capaz de inserir novos nucleotídeos no sentido 5’ ---
> 3’. Contudo, há uma relevante diferença: a RNA polimerase não necessita de um iniciador, sendo capaz de
iniciar a fita de novo, isto é, iniciar a nova fita do zero. Ainda assim, enzimas como a helicase e a topoisomerase
são necessárias para auxiliar na abertura da cadeia de DNA e expor as sequências que precisam ser transcritas.
Em organismos procarióticos, há somente um tipo de RNA polimerase para a produção de todos os tipos de
RNAs necessários para o funcionamento celular. Já em eucariotos, são conhecidos ao menos três tipos de
enzimas, responsáveis pela síntese de diferentes tipos de RNAs.
Para o reconhecimento das sequências que precisam ser transcritas, a RNA polimerase precisa reconhecer
regiões como os promotores de genes, que indicam que um gene está ali próximo. Há, ainda, outras sequências
de reconhecimento e de controle da transcrição de promotores e proteínas, conhecidas como fatores de
, que auxiliam no processo de reconhecimento das regiões que precisam ser transcritas.transcrição
A célula possui um intrincado processo de controle da expressão gênica, designando, com precisão, quais genes
necessitam ser transcritos em qual momento e por quanto tempo, controlando, assim, o número de cópias de
RNAs enviadas ao citoplasma, que, consequentemente, podem ser traduzidas em proteínas. Tudo depende da
necessidade naquele momento da célula e também de sinalizações externas recebidas.
No entanto, a simples cópia do molde de DNA, convertida em uma molécula de RNA, baseada no pareamento de
bases (adenina pareando com uracila, e guanina pareando com citocina) não gera, em eucariotos, um RNA
funcional. Após o processo de transcrição, é necessário que seja realizado o . São três osprocessamento do RNA
processos realizados na molécula do transcrito primário:
Adição de uma capa na extremidade 5’, que consiste em uma guanina atípica com um radical metil anexado a ela.
Poliadenilação da extremidade 3’, que nada mais é do que a síntese de uma cauda com uma série de repetições
de adeninas, chamada cauda poli-A.
Excisão de íntrons em um processo chamado .splicing
Aproveite e aprofunde seus conhecimentos!
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Somente após essas modificações do RNA é que ele é reconhecido como um RNA maduro e pode, enfim, ser
transportado para o citoplasma. Chegando ao citoplasma, caso se trate de um mRNA, imediatamente ele será
traduzido pelos ribossomos para a formação das proteínas.
1.3 Tradução, código genético e estrutura de proteínas
Quando o mRNA chega ao citoplasma, ele será imediatamente “atacado” por ribossomos para que seja realizada
a tradução da informação genética em uma proteína. A informação genética que antes estava sendo repassada de
1:1 agora passa a ser repassada de 3:1. Isso porque, quando é feita a tradução, a leitura dos nucleotídeos do
mRNA não é feita de um a um, mas sim de três em três, as chamadas trincas. Em linhas gerais, o repasse de
informação do DNA para o RNA é simples, uma vez que são moléculas química e estruturalmente simples. Muito
acertadamente, o nome do processo de conversão da informação contida no mRNA para uma proteína chama-se
tradução, pois está sendo convertida para “outra linguagem” molecular. As proteínas são feitas de uma sequência
de aminoácidos, e não de nucleotídeos.
O mRNA é lido de acordo com uma sequência de trincas, que são agrupamentos de 3 em 3 nucleotídeos. Os
ribossomos funcionam como verdadeiras enzimas que catalisam esse processo traducional. Os tRNAs são os
responsáveis por fornecerem os aminoácidos para a montagem da molécula de proteína. Toda a leitura é feita
obedecendo-se ao chamado .código genético
O código genético foi desvendado em 1961 e designa quais trincas designam cada um dos aminoácidos.
Entretanto, há uma dificuldade que precisa ser superada: o RNA possui quatro diferentes nucleotídeos, que
podem gerar 64 combinações diferentes de trincas e somente há 20 aminoácidos diferentes encontrados
formando proteínas. As pesquisas demonstram que o código genético é redundante, isto é, o mesmo aminoácido
pode ser designado por trincas diferentes. Vale ressaltar que essas trincas, quando no mRNA, são chamadas de 
, e a trinca complementar, presente no tRNA, é chamada de . É considerado universal, poiscódon anticódon
quase todos os organismos da atualidade cumprem as suas regras. Outra curiosidade é que ele possui “sinais de
pontuação”: códons de iniciação de leitura e códons de parada.
Os genes eucarióticos são compostos de sequências denominadas íntrons (do inglês, 
) e éxons (do inglês, ). Os primeiros não sãointervening sequences expressed sequences
sintetizados em proteínas, sendo retirados pelo processo de . O fato de os genessplicing
eucarióticos serem “interrompidos” permite que sejam feitos rearranjos pós-transcricionais e
a modificação da sequência que será traduzida, possibilitando a formação de proteínas
diferentes a partir de um único transcrito primário, de acordo como os éxons serão
rearrumados na retirada dos íntrons.
VOCÊ SABIA?
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Figura 9 - Tabela do código genético baseada em sequências de códons
Fonte: Adaptada de GRIFFITHS, 2013, p. 276.
#PraCegoVer: Tabela do código genético para a leitura das trincas e designar os respectivos aminoácidos a
serem inseridos na sequencia formadora da proteína. Na coluna mais à esquerda, está a primeira letra da trinca
do códon (U, C, A, G). Na linha mais superior, a segunda letra do códon (U, C, A, G). Na coluna mais à esquerda, a
terceira letra do códon (U, C, A, G). Ao centro, cada célula é formada pela união das três letras do códon, lido na
sequência descrita, formando 64 combinações possíveis que irão designar os 20 aminoácidos existentes na
natureza.
A leitura do mRNA inicia-se quando o ribossomo encontra o chamado códon inicial AUG. A partir desse códon, os
nucleotídeos serão lidos de 3 em 3, sem “pular” nenhum, até que se encontre um dos 3 códons de finalização
(UAA, UAG e UGA). Os ribossomos leem os códons e selecionam o tRNA que possui uma sequência de trinca que
seja complementar, chamada de anticódon. Encontrando o tRNA complementar este, carregado com o
aminoácido, passa-o para que seja inserido na sequência de aminoácidos que está sendo formada pelos
ribossomos, com união por ligações peptídicas.
Figura 10 - Esquema em três etapas demonstrando como ocorre o reconhecimento dos códons para designação 
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Figura 10 - Esquema em três etapas demonstrando como ocorre o reconhecimento dos códons para designação 
correta do aminoácido
Fonte: Adaptada de ALBERTS et al., 2017, p. 243.
#PraCegoVer: o código genético é traduzido pela atuação conjunta de dois adaptadores: aminoacil-tRNA,
sintetases e tRNAs. Cada sintetase acopla um aminoácido específico a seus tRNAs correspondentes, em um
processo chamado carregamento. O anticódon da molécula de tRNA carregada forma pares de bases com o
códon apropriado no mRNA. Um erro, seja na etapa de carregamento, seja na etapa de ligação do tRNA carregado
ao seu códon, fará com que o aminoácido errado seja incorporado a uma cadeia de proteína. Na sequência de
eventos ilustrada, o aminoácido triptofano (Trp) é selecionado pelo códon UGG no mRNA.
Tal qual acontece com os RNAs, a produção de proteínas ocorre várias de uma única vez, proporcionando a
produção de centenas de moléculas a partir de um único mRNA que chega ao citoplasma. Há a possibilidade de
fazer controle ainda nessa fase, de acordo com a necessidade dacélula.
Terminado o processo de tradução, a sequência de aminoácidos formada passa por transformações
conformacionais para que possa assumir a forma funcional e desempenhar suas funções na célula.
1.4 Técnicas de detecção de ácidos nucleicos e suas 
aplicações
O entendimento e o conhecimento acerca dos processos moleculares descritos anteriormente permitiram que
fossem desenvolvidas técnicas que pudessem reproduzi-los em laboratório e possibilitassem ain vitro
observação do processo quanto ao uso em análises moleculares. Entretanto, apesar de baseados nos processos
que ocorrem nas células, ainda ocorrem limitações na reprodução em laboratório por não contar com diversas
outras questões bioquímicas e moleculares que a célula possui.
Em 1983, Francis Mullis revolucionou a pesquisa em biologia molecular ao desenvolver a PCR (reação em cadeia
da polimerase, do inglês, ). Essa técnica lhe rendeu um prêmio Nobel em 1993 e,Polymerase Chain Reaction
ainda hoje, pode ser considerada a principal técnica de biologia molecular usada em laboratório. Tal técnica
permite, em linhas gerais, a replicação de fragmentos específicos do DNA em centenas de milhares de cópias, em
uma questão de poucas horas.
A técnica de PCR consiste em submeter uma mistura de nucleotídeos, sequência de DNA alvo e iniciadores (
), misturados a uma solução tampão com adição de Taq polimerase (a enzima DNA polimerase usada primer in
), a uma variação de temperatura sequencial em ciclos. Os ciclos podem se repetir de 20 a 40 vezes. Avitro
técnica base utiliza DNA como sequência-alvo a ser multiplicada. Em teoria, pode-se amplificar uma única
sequência de DNA em centenas de milhares de cópias em poucas horas. A evolução tecnológica possibilitou o
surgimento de máquinas de PCR cada vez mais precisas com a variação de temperatura dos ciclos e mais ágeis na
troca de temperatura, acelerando o processo.
A PCR pode ainda ser associada a outras técnicas, como a digestão enzimática por endonucleases. Essas enzimas
clivam o DNA em pontos de sequências reconhecidas com precisão. Desse modo, se aquele fragmento de DNA
possuir a sequência-alvo da endonuclease, ele será clivado, gerando dois fragmentos de tamanhos possivelmente
variados. Se não houver a sequência, não haverá o corte e o fragmento permanecerá íntegro. A visualização do
resultado se dá por meio de análises de bandas em géis de agarose na maioria das vezes. Essa simples
combinação de técnica possibilitou um leque de análises e exames, incluindo até mesmo o sequenciamento do
genoma humano.
Com o avançar dos anos, foram surgindo outras possibilidades para a PCR, com aperfeiçoamento da técnica e
surgimento de outras derivadas dela. A técnica da PCR em tempo real (RT-PCR) permitiu a análise da
amplificação do DNA (e mais tarde do RNA) à medida que iria ocorrendo. Essa simples mudança da técnica – de
se analisar se está ocorrendo a amplificação durante o processo, e não somente ao final, como na PCR tradicional
– permite resultados mais rápidos e precisos, se há a sequência-alvo no pool de amostra analisado, além de
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– permite resultados mais rápidos e precisos, se há a sequência-alvo no pool de amostra analisado, além de
outras importantes análises. As análises de doenças infecciosas se beneficiaram dessa técnica, pois
proporcionam uma rápida identificação entre as amostras dos pacientes, diminuindo o tempo de janela
imunológica.
Entretanto, o campo de técnicas moleculares expandiu-se muito desde a descoberta de Mullis. Há cerca de cinco
anos, o meio acadêmico científico foi novamente surpreendido com uma nova e revolucionária técnica: CRISPR.
Jennifer Doudna e sua colaboradora, Emmanuelle Charpentier, estabeleceram a técnica de edição de,
virtualmente, qualquer DNA. A técnica ainda não é totalmente dominada, mas os seus usos e suas aplicações são
gigantescos: pode-se desde consertar genes defeituosos em doenças a até mesmo adquirir novos fenótipos a
partir de alterações do genoma.
Os genes localizados nos cromossomos controlam as características hereditárias transmitidas pelos gametas
feminino e masculino com a finalidade de manter contínua a genética das gerações. A comprovação da
identificação de uma determinada pessoa, ou seja, pelo DNA de seus filhos (prole), conhecida popularmente
como teste de paternidade, é uma técnica que utiliza sondas capazes de detectar as sequências de DNA humano,
as quais são idênticas aos de seus ascendentes, no caso os pais.
Lembre-se de que uma pessoa é formada a partir da união de dois gametas: um espermatozoide e um óvulo. Em
cada um deles, há um conjunto de cromossomos que trazem genes. Portanto, uma pessoa é formada a partir de
dois conjuntos de cromossomos, cada um herdado de um dos pais. A variabilidade encontrada na espécie
humana é fornecida pelo crossing-over que ocorre na formação de cada um dos gametas, antes da ocorrência da
fecundação. Entretanto, mesmo após o crossing-over, ainda há a permanência de similaridades do cromossomo
que podem ser rastreadas, pois apresentam um padrão específico de bandeamento. Essas bandas se devem a
sequências repetidas que mantêm o padrão conforme de qual progenitor é herdado. A técnica de análise desse
padrão de bandas é chamado de VNTR ), que busca comparar exatamente(Variable Number of Tandem Repeats
essas sequências curtas repetidas ao longo das moléculas de DNA que compõem cada um dos cromossomos e
comparar com as sequências dos pais (DOMINGOS, 2017).
Outra técnica de análise de ácidos nucleicos é a eletroforese em gel de agarose. Essa técnica permite a
visualização de bandas luminosas. A técnica utiliza um gel de agarose, que formará uma teia por onde o DNA (ou
fragmentos provenientes de amplificação por PCR) irá passar quando submetido a um campo elétrico. A
molécula de DNA possui uma carga negativa; logo, é atraída para o polo positivo do campo. Como o gel oferece
uma resistência à passagem das moléculas, aquelas que forem menores, irão se movimentar mais rapidamente, e
as maiores irão se movimentar mais lentamente. Essas moléculas, então, irão se agrupar em bandas, que
poderão ser visualizadas com a impregnação de substâncias fluorescentes, que emitem uma marcação luminosa
quando submetidas à luz UV (DOMINGOS, 2017).
A técnica de ou impressão digital genética, com confiabilidade de 99,9%, baseia-se na análise defingerprint
sequências do DNA que formam um padrão único para cada pessoa. Essa técnica pode ser utilizada para atestar
se um material biológico, que contenha material genético, pertence ou não a uma determinada pessoa (ZAHA et al
., 2014).
Outras técnicas foram e estão sendo desenvolvidas e aperfeiçoadas. O sequenciamento de DNA, no qual
VOCÊ QUER VER?
Neste TED Talk, a cocriadora da técnica CRISPR -Cas9, Jennifer Doudna explica, de forma clara,
sucinta e elucidativa, como essa técnica pode revolucionar o tratamento de doenças genéticas
antes tidas como incuráveis. Confira acessando o link https://www.youtube.com/watch?
 e não se esqueça de ativar a legenda!v=TdBAHexVYzc
https://www.youtube.com/watch?v=TdBAHexVYzc
https://www.youtube.com/watch?v=TdBAHexVYzc
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Outras técnicas foram e estão sendo desenvolvidas e aperfeiçoadas. O sequenciamento de DNA, no qual
conseguimos conhecer a sequência exata dos nucleotídeos do DNA, teve avanços significativos nos últimos anos.
A técnica, que antes era bem demorada para se executar, hoje, diante das novas técnicas, propicia o
conhecimento do sequenciamento do DNA em pelo menos metade do tempo.
As análises de RNA também ganharam destaque, pois permitem observar se há o fluxo da informação genética
pelo Dogma da Biologia Molecular. Das técnicas, a PCR em tempo real (RT-PCR) possibilita a análise da
amplificação do RNA, por técnica que se baseia na PCR, mas as análises são feitas em tempo real, podendo ser
registrado quantas moléculas são amplificadas por minuto.
A bioinformática tem despontado como uma ciência essencial para as análises em biologia molecular. Com o
avanço das técnicas de análises do DNA, criou-se uma avalanche de informaçõesa serem pesquisadas, produtos
das técnicas de análises. Portanto, a união das áreas de matemática, informática, estatística e biologia permite
que haja maior robustez e detalhamento nas análises, além de rapidez.
Com a associação com a bioinformática, a chamada era da genômica (em que se focou nas análises da sequência
de DNA e suas interações) acelerou-se e hoje possui robustas ferramentas on-line de análises rotineiras, como o
site BLAST, o qual permite a comparação de sequências de DNA com um banco de sequências mundial de DNA e,
por meio de um algoritmo, possibilita ter uma grande quantidade de informações acerca daquela sequência
(ZAHA ., 2014).et al
A genética e a genômica modernas enfrentam o desafio de aplicar esses novos recursos ao estudo da dinâmica da
atuação dos genes e genomas para realizar a melhor compreensão de sua biologia.
Conclusão
Chegamos ao final desta unidade e, até aqui, você aprendeu os processos moleculares básicos relacionados ao
DNA, como sua estrutura, localização, replicação e transcrição; o RNA, seu processamento e sua tradução; a
síntese de proteínas; assim como o código genético e as principais técnicas utilizadas para detecção do DNA, do
RNA e das proteínas.
Nesta unidade, você teve a oportunidade de:
• estudar os aspectos dos genes, os elementos estruturais da molécula de DNA;
• identificar as bases nitrogenadas;
• compreender que a informação genética é descrita em código, no qual o DNA é encontrado estruturado 
em cromossomos, que são os veículos da hereditariedade;
• entender a replicação do DNA;
• identificar o processo de transcrição a partir de trechos de DNA;
CASO
Para a técnica de RT-PCR, no caso da Covid-19, ainda de acordo com Fleury Medicina e Saúde
(disponível em: https://www.fleury.com.br/noticias/conheca-os-diferentes-tipos-de-teste-
. Acesso em: 23 abr. 2020), o teste transforma o RNA do vírus em DNA. Nessepara-covid-19
caso, o DNA é amplificado: se houver material genético do SARS-CoV-2 na amostra, sondas
específicas detectam a sua presença e emitem um sinal, que é captado pelo equipamento e
traduzido em resultado positivo. Em caso de resultado positivo, a suspeita de Covid-19 é
confirmada.
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https://www.fleury.com.br/noticias/conheca-os-diferentes-tipos-de-teste-para-covid-19
https://www.fleury.com.br/noticias/conheca-os-diferentes-tipos-de-teste-para-covid-19
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• entender a replicação do DNA;
• identificar o processo de transcrição a partir de trechos de DNA;
• compreender a tradução do mRNA, o rRNA e o tRNA, que, por sua vez, está associado à subunidade do 
ribossomo;
• entender o início da síntese de proteínas;
• Compreender o código genético;
• identificar a reação em cadeia da polimerase – PCR ( ), que permite o Polymerase Chain Reaction
isolamento de qualquer segmento de DNA;
• conhecer as técnicas mais utilizadas para a detecção do DNA e do RNA.
Bibliografia
ALBERTS, B. . 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2009.Biologia molecular da célula
ALBERTS, B. . . 4. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017.et al Fundamentos da biologia celular
DOMINGOS, P. P. . Londrina: Editora e Distribuidora Educacional S.A., 2017.Genética
GRIFFITHS, A. J. F. . . 10. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2013.et al Introdução à genética
JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. . 9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2012.Biologia celular e molecular
WATSON, J. D. como descobri a estrutura do DNA. Rio de Janeiro: Zahar, 2014.A dupla hélice:
WATSON, J. D. . . 7. ed. Porto Alegre: Artmed, 2015.et al Biologia molecular do gene
ZAHA, A.; FERREIRA, H. B.; PASSAGLIA, L. M. P. . 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014.Biologia molecular básica
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	Introdução
	1.1 O dogma central da biologia molecular, suas moléculas e seus processos
	1.1.1 Estrutura e replicação do DNA
	Bases púricas
	Bases pirimídicas
	1.2 Estrutura e transcrição do RNA
	1.3 Tradução, código genético e estrutura de proteínas
	1.4 Técnicas de detecção de ácidos nucleicos e suas aplicações
	Conclusão
	Bibliografia