Introdução à Biologia Molecular

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Daniela Luiza Dorini – Farmácia – Biologia Molecular 
 
Introdução à biologia molecular 
A biologia molecular estuda a composição da 
célula a nível molecular, bem como suas 
macromoléculas, principalmente os ácidos 
nucleicos e suas estruturas de expressão, as 
proteínas. 
HISTÓRICO 
 Gregor Mendel (1865) – estudou a 
hereditariedade, os fatores que eram 
transmitidos entre descendentes. 
 Friedrich Miescher (1868) – estou o núcleo 
celular bioquimicamente. Nucleína: 
molécula grande, rica em P e N. 
 Albrecht Kossel (1880) – nucleína tem bases 
nitrogenadas. 
 Richard Altmann (1889) – nucleína tem 
natureza ácida = ácido nucleico. 
 Phoebus Levine e Walter Jacobs (1912) – 
estrutura dos nucleotídeos. Ácidos 
nucleicos são poli nucleados. 
Cientistas conheciam a composição do DNA mas 
não sabiam sua função 
 Oswald Avery (1944) – “DNA é a molécula 
que contém as informações hereditárias” 
 Frederick Griffith (1928) – elucidou, a partir 
de testes com Streptococcus pneumoniae, 
que haviam componentes genéticos que 
podiam ser transferidos aos descendentes, 
por meio de cruzamentos de bactérias 
virulentas com bactérias não virulentas. 
 Francis Crick e James Watson (1953) – a 
molécula de DNA tem a estrutura de uma 
dupla hélice. 
 
 
 
DOGMA CENTRAL DA BIOLOGIA 
MOLECULAR 
Em 1953, a hipótese era de que o DNA 
cromossômico funcionada como molde para a 
síntese de moléculas de RNA, as quais 
consequentemente determinavam a sequência 
de aminoácidos nas proteínas. Em 1956, Francis 
Crick referiu-se a esse processo como dogma 
central. 
É importante ressaltar que na época nem todos os 
processos de, como as transcrições reversas eram 
conhecidas, sendo essas adicionadas ao dogma 
posteriormente. 
 
 
CONSTITUINTES MOLECULARES 
Os constituintes moleculares são responsáveis 
pelas interações bioquímicas entre milhares de 
moléculas. 
A célula é constituída por pequenas moléculas e 
macromoléculas: 
 Pequenas moléculas: aminoácidos, 
nucleotídeos, lipídeos e açúcares. 
 Macromoléculas: ácidos nucleicos, 
proteínas e carboidratos e lipídeos (não são 
polímeros). 
Proteínas e aminoácidos 
Proteínas resultam da expressão da informação 
contida no gene. 
Imagem de raios-X que permitiu a elucidação da estrutura do 
 
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O gene determina a sequência de aminoácidos 
de uma proteína especifica. 
Conformação nativa: é a estrutura tridimensional 
ativa de uma proteína, sendo definida pela ordem 
de resíduos de aminoácidos. 
 
Classificação das proteínas 
Fibrosas: papel estrutural nas células e tecidos, 
como o colágeno e -queratina. 
Globulares: estrutura enovelada e compacta, 
abundantes e essenciais, como as enzimas. Cada 
proteína globular possui uma estrutura única. 
Proteínas são cadeias longas de aminoácidos 
unidos por ligações peptídicas, são mais da 
metade do peso seco da célula. 
Aminoácidos 
Há apenas 20 aminoácidos. 
São ácidos orgânicos, formados por um átomo de 
carbono (C) ligado a quatro grupamentos 
químicos: 
 Um grupamento amino (-NH2) 
 Um grupamento carboxílico (-COOH) 
 Um átomo de hidrogênio (H) 
Um grupamento variável, a cadeia lateral ou 
radical (-R) 
É o grupamento R que determina as diferenças 
estruturais entre os aminoácidos. 
 
 
CLASSIFICAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS 
As cadeias laterais variam em tamanho, forma, 
carga elétrica, hidrofobicidade e reatividade. 
Polares 
Hidrofílicos, localizam-se na superfície da proteína. 
Quanto mais aminoácidos polares em uma 
proteína mais solúvel ela é. 
Polares positivas (polares básicos) -carregados 
positivamente. 
 
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Polares negativas (polares ácidos) – carregados 
negativamente. 
 
 
Polares neutras – sem carga, realizam ligações de 
hidrogênio. 
 
 
Apolares 
Hidrofóbicos, localizam-se no interior da proteína. 
Quanto mais aminoácidos apolares em uma 
proteína mais insolúvel ela é. Forças de Van der 
Waals. Grupo R – cadeiras hidrocarbonadas. 
 
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Durante a síntese da molécula proteica, os 
aminoácidos vão se unindo por uma ligação 
covalente – ligação peptídica – entre o 
grupamento carboxílico de um e o grupamento 
amino de outro. 
São ligados por uma reação de desidratação, 
com perda de uma molécula de água. 
-Dipeptídeo – combinação de dois aminoácidos. 
-Oligopeptídeo – união de poucos aminoácidos. 
-Polipeptídeo – muitos aminoácidos. 
ESTRUTURA TRIDIMENSIONAL DA PROTEÍNA 
Ao analisar-se a estrutura tridimensional de uma 
proteína distingue-se quatro níveis de 
organização. 
Estrutura primária – é a sequência de aminoácidos 
que forma uma cadeia polipeptídica. Determina 
os demais níveis de organização da molécula. 
Estrutura secundária – diz respeito a configuração 
espacial da proteína, que se deriva da posição de 
determinados aminoácidos na cadeia. Há duas 
estruturas secundárias bastante regulares: 
 Hélice-: a cadeia polipeptídica se enrola 
em torno de um eixo imaginário pois se foram 
pontes de hidrogênio entre: 
 1. grupo amino de um aa 
2. grupo carboxílico de outro aa, situado 
quatro resíduos adiante na mesma cadeia 
polipeptídica 
 Folhas-: conformação de uma folha 
pregueada, formato de zigue-zague. Estabilizada 
pela formação de pontes de hidrogênio entre os 
grupamentos amino e carboxílico de cadeias 
polipeptídicas vizinhas, em vez de ocorrer dentro 
da própria cadeia, como é o caso das -hélices. 
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Estrutura terciária – é consequência da formação 
de novas dobraduras nas estruturas secundárias 
hélice  e folha dobrada , dando formato 
tridimensional a proteína. São produzidas pois 
certos aminoácidos distantes se relacionam entre 
si na cadeia. 
Segundo a dobradura que adotam são gerados 
dois tipos de proteínas: 
 Fibrosas – formadas a partir de cadeias 
com estrutura secundária tipo hélice  
exclusivamente. 
 Globulares – formadas tanto a partir de 
hélices  como de folhas , ou de uma 
combinação de ambas. 
 
Estrutura quaternária – ocorre em proteínas com 
mais de uma cadeia polipeptídica, que formam 
subunidades – proteínas multiméricas. Refere-se à 
disposição e como as subunidades que formam a 
molécula se associam umas às outras. 
 Hemoglobina – quatro polipeptídios. 
 Ferritina – 20 polipeptídios idênticos 
 Mioglobina – um único peptídeo. 
 
Sequência de aminoácidos  Estrutura 
tridimensional  Propriedades  Função 
 
Carboidratos 
Também chamados de hidratos de carbono, são 
formados por ligações covalentes de carbono e 
água (CH2O)n, sendo n variável. Ou seja, são 
formados por carbono, hidrogênio e oxigênio. 
Funções: 
 Fonte de energia celular 
Constituição estrutural da parede celular, 
atuando como sinais de reconhecimento 
específico, e desempenhando papel 
informacional. 
São classificados de acordo com o número de 
monômeros que contêm: 
Monossacarídeos – açúcares simples, de 
fórmula geral Cn(H2O)n. Podem ser 
classificados de acordo com o número de 
carbonos que possuem: Trioses (3), 
Pentoses (5), Hexoses (6). 
Exemplos: ribose, desoxirribose, 
xilose, glicose e etc. 
 
 Dissacarídeos – são acúcares formados 
pela combinação de dois monômeros de hexose, 
com perda de uma molécula de água. Sua 
fórmula é C12H22O11. 
Exemplo: a sacarose é um 
dissacarídeo formado pela união 
de uma glicose e uma frutose. 
 
Molécula de Glicose 
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Oligossacarídeos – formados pela ligação (glicosada) de poucas unidades monoméricas. Estão 
ligados a proteínas – glicoproteínas – e a lipídios – glicolipídios. 
Polissacarídeos – resultam da combinação 
de muitos monômeros de hexoses, com perda de 
água. Sua fórmula é (C6H10O5)n. 
Exemplos: amido, glicogênio e 
celulose. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Lipídios 
São um grupo de moléculas insolúveis em água e 
solúveis em solventes orgânicos. 
Propriedades devidas às suas longas cadeias de 
hidrocarbonadas alifáticas ouanéis benzênicos 
(estruturas apolares/hidrofóbicas). 
Em alguns lipídios tais cadeias podem estar ligadas 
a um grupo polar, o que lhes permite unir-se à 
água. 
Lipídeos mais comuns da célula: triglicerídeos, 
fosfolipídios, glicolipídios, esteroides e 
poliprenóides. 
Ácidos nucleicos 
É a partir dos ácidos nucleicos que as células 
recebem as informações sobre quais proteínas 
sintetizar, sequência de aminoácidos de sua 
estrutura e qual a função delas, 
São moléculas que estocam e transmitem a 
informação genética na célula. 
Há dois tipos de ácidos nucleicos: ácido 
desoxirribonucleico (DNA) e ácido ribonucleico 
(RNA). 
Os dois são polímeros lineares de nucleotídeos, 
unidos por ligações fosfodiéster. 
NUCLEOTÍDEOS 
Cada um deles é composto por: 
 Um grupamento fosfato 
 Um açúcar (pentose) 
Uma base nitrogenada (púrica ou 
pirimídica) 
Sendo todos esses unidos por ligações covalentes. 
 
 
As diferenças entre os dois ácidos consistem em: 
 DNA RNA 
Açúcar 
(pentose) Desoxirribose Ribose 
Bases 
nitrogenadas 
Adenina (A) 
Guanina (G) 
Citosina (C) 
Timina (T) 
Adenina (A) 
Guanina (G) 
Citosina (C) 
Uracila(U) 
Bases não usuais - Hipoxantina Inosina 
 
O açúcar faz a ligação entre a base e o 
grupamento fosfato. 
A ligação é entre o C1 do açúcar e o N9 da purina 
ou N1 da pirimidina. 
Nucleosídeo – combinação de uma base e um 
açúcar. 
A polimerização de nucleotídeos forma um ácido 
nucleico. 
O grupamento hidroxílico ligado ao C3 do açúcar 
de um nucleotídeo forma uma ligação éster com 
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o fosfato de outro – ligação fosfodiéster – 
eliminando uma molécula de água. 
ORIENTAÇÃO QUÍMICA 
Em uma fita de DNA ou RNA, em uma das 
extremidades há um grupamento fosfato ligado 
ao C5 do açúcar e na outra extremidade há um 
grupamento hidroxílico ligado ao C3 do açúcar. 
Convencionou-se escrever e ler a sequência 
nucleotídica da esquerda para direita, no sentido: 
 
 
 
 
 
 
5’  3’