Aula 3 - Replicação DNA

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Fernando Castro - PUC Minas 1° Período - Aula 3 – 11 e 18/08/20 1 
 
ESTRUTURA E REPLICAÇÃO DO DNA
A vida depende da capacidade das células em armazenar, 
recuperar e traduzir as instruções genéticas necessárias 
para produzir e manter o organismo vivo. 
A célula para sobreviver e 
proliferar → ambiente caótico 
depende da duplicação precisa da 
vasta → informação genética 
transportada → DNA. 
Processo de duplicação = replicação do DNA: deve 
ocorrer antes que uma célula possa se dividir para 
produzir duas células-filhas geneticamente idênticas. 
• Replicação Celular: a célula deve copiar todo o 
seu genoma com precisão extraordinária. 
o Só acontece quando a célula tem a 
intenção de se dividir 
 
MAPA QUE PODERIA SER TRANSMTIDO 
Existia a ideia de que características 
hereditárias e os genes que as 
determinam estavam associados aos 
cromossomos. 
Cromossomos são como estruturas 
em forma de cordão, no núcleo das 
células eucarióticas, que se 
tornavam visíveis quando as células 
começavam a se dividir. 
Cromatina e cromossomos são a 
mesma coisa, mas com organizações 
morfológicas e fisiológicas diferentes. 
• Cromatina 
o ‘Descondensado’ de DNA + Proteína 
o Exercer funções celulares naturais 
• Cromossomos 
o Condensado de DNA + Proteína 
o Replicar material genético 
 
PROPRIEDADES QUE DEFINIRAM O DNA 
• As características estruturais do DNA devem 
permitir uma replicação fiel 
o Essência da espécie = genoma 
• O material genético deve ter conteúdo 
informacional 
o Passível de ser expressado = proteínas 
• O material genético deve ser capaz de mudar 
em raras ocasiões 
o Seleção evolutiva = mutação* 
▪ *Boa = Melhor adaptação 
▪ *Ruim = Câncer 
Estrutura da molécula de DNA 
DNA é um longo polímero composto por apenas quatro 
tipos de subunidades nucleotídicas muito similares, 
isto é, conjunto de 4 blocos estruturais em sequência 
e ligados entre si. 
• Bloco estrutural = Nucleotídeo 
o Fosfato + Açúcar (pentose) + Base 
Nitrogenada (A e T; C e G) 
• Composto por duas fitas enroladas em uma 
hélice → Modelo dupla hélice 
• Existe complementariedade entre as 2 fitas 
Blocos estruturais (monoméricos) do DNA 
 
1. Fosfato → responsável pela junção do esqueleto 
a. Faz ligações fosfodiéster 
i. Liga o grupo 5’-fosfato de um 
nucleotídeo com 3’-hidroxila 
do próximo 
2. Pentose → açúcar dá a identidade do nucleotídeo 
a. O DNA a ribose perde um oxigênio 
i. 2’-desoxi-ribose 
3. Base Nitrogenada → compostos químicos 
derivados de moléculas nitrogenadas 
a. PURINAS (purinag) 
i. A – Adenina 
ii. G – Guanina 
b. PIRAMIDINAS 
i. T – Timina 
ii. C – Citosina 
 
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As bases se ligam por ligações de hidrogênio 
 
• A quantidade de A é sempre igual a de T 
o A se liga à T por ligação dupla de hidro. 
• A quantidade de C é sempre igual a de G 
o C se liga à G por ligação tripla de hidro. 
 
A fita é dupla, complementar e antiparalelas entre si 
 
Antiparalelas = orientação oposta = polaridade inversa 
Os nucleotídeos estão ligados por ligações fosfodiéster 
entre um grupo 3’-hidroxila (–OH) de um açúcar e o 5’-
fosfato (–OPO3) do nucleotídeo seguinte 
• Extremidade 5’ → está livre o 5’-fosfato 
o -OPO3 ligado à posição 5’ do açúcar 
• Extremidade 3’ → está livre a hidroxila 
o -OH ligado à posição 3’ do açúcar 
 
Maioria dos genes → contém informação 
→ produção de proteínas 
 
A célula humana contém 2 cópias de cada cromossomo 
(1, 2, 3 ... 21, 22 e XY)*, uma herdada da mãe e a outra 
herdada do pai. 
• Cromossomos maternos e paternos de um 
par*, são os cromossomos homólogos 
o único par de cromossomos não homólogos 
é o dos cromossomos sexuais nos homens 
 
A apresentação organizada 
do conjunto completo dos 46 
cromossomos humanos é o 
cariótipo humano 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Para um cromossomo ser funcional, a molécula de DNA 
deve fazer mais do que simplesmente portar os genes. 
• Deve ser capaz de se replicar, e as cópias 
replicadas devem ser separadas e distribuídas 
igualmente entre as duas células-filhas a cada 
divisão celular. 
FASE S 
 
 
 
Gene é geralmente definido como um 
segmento de DNA
Genes estão organizados ao longo 
dos cromossomos
Informação genética total contida 
em todos os cromossomos da célula 
consiste em seu genoma
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Características principais 
Semiconservativa 
Modelo proposto para a formação de um novo DNA, 
no qual uma das fitas serve de molde para o 
pareamento de bases. 
• Cada um dos dois filamentos separados serve 
de molde para estruturar uma nova fita 
complementar – Pesquisa E.coli N15 
 
 
O DNA é replicado pela deselicoidização dos dois filamentos da 
dupla hélice e construção de filamentos complementares a cada 
um dos filamentos separados da dupla hélice original. 
 
Possui origens de replicação 
Ocorre em vários lugares ao longo do DNA, o processo 
inicia-se em diferentes pontos, simultaneamente ou 
não, com o intuito de acelerar a replicação. 
• São centenas de pontos de origem 
 
Locais com um contexto de sequência específico, no 
qual se ligam proteínas específicas que quando 
acionadas, permitem o início da replicação 
• Sequências ricas em A=T 
o Lig. dupla → mais fácil de separar 
O pareamento de bases possibilita à replicação do DNA 
 
1 origem = 7 dias → Várias origens = ±6 horas 
Descontínua 
A presença de forquilha de replicação (zíper de 
replicação), determina o local no qual a dupla hélice é 
desenrolada para produzir os dois filamentos únicos. 
Forquilha = região que está se abrindo e não o buraco 
• Forquilha de replicação ou Replissomo 
 
• Filamento contínuo (LEADING): síntese ocorre 
de maneira contínua e no sentido da forquilha 
• Filamento descontínuo (LAGGING): síntese 
ocorre de modo descontínuo e no sentido 
oposto da forquilha 
o Forma o Fragmentos de Okazaki 
 
As duas forquilhas afastam-se da origem em direções 
opostas, dando origem à característica bidirecional do 
processo de replicação. 
 
É bidirecional 
As duas fitas após sofrerem a separação, começam a se 
duplicar simultaneamente (dada as particularidades), 
para os dois lados da fita, abertos pela forquilha. 
• Transcrita no “Sentido da Vida”: 5’ → 3’ 
 
 
 
 
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Replicação do DNA 
A dupla-hélice de DNA é normalmente muito estável: 
as fitas de DNA são firmemente unidas uma à outra por 
um grande número de ligações de hidrogênio nas bases 
• Somente temperaturas próximas à da água em 
ebulição fornecem energia térmica suficiente 
para separar as duas fitas, ou recorremos à ajuda 
de proteínas. 
 
• O processo de síntese de DNA é iniciado por 
proteínas iniciadoras que se ligam a sequências 
de DNA específicas nas origens 
o localmente abrem a dupla-hélice 
 
• A abertura atrai um grupo de proteínas que 
realizam a replicação do DNA. 
o As forquilhas afastam-se em direções 
opostas abrindo a dupla-hélice e, as 
proteínas atuam replicando o DNA à 
medida que forquilhas abrem caminho 
o O processo é passível de erro, por isso, 
o tempo inteiro as próprias proteínas 
estão se corrigindo 
 
• Uma enzima especial denominada telomerase 
replica o DNA nas extremidades dos 
cromossomos. 
 
O processo de replicação se resume em 3 etapas: 
• Iniciação: desnaturação da dupla fita + 
formação da forquilha de replicação 
• Alongamento: síntese das fitas líder e atrasada 
o Alongamento = Deselicoidização 
o fita líder = fita contínua 
o fita atrasada = fita descontínua 
• Terminação: encontro das forquilhas 
 
A tal da beta-globina: todo ser humaninho tem o gene dela 
no seu DNA, em uma sequência específica de aminoácido. 
Quando algum fator durante a altera esse código (mutação) 
e insere um componente errado na construção desse 
pedaço de DNA, o gene pode se expressar de talmaneira que 
leva à famigerada doença dos professores de cursinho – 
Anemia falciforme (alteração estrutural na hemoglobina). 
Resumo do conto da carochinha da replicação 
1. As duas fitas de uma dupla-hélice de DNA são 
afastadas em uma origem de replicação para 
formar as forquilhas de replicação em forma de Y. 
 
2. DNA-polimerases, em cada forquilha, produzem 
nova fita de DNA complementar a partir de cada 
fita parental. 
a. SÃO VARIAS PROTEÍNAS POLIMERASES 
b. devido a um processo de autocorreção, no 
qual a enzima corrige seus próprios erros à 
medida que se move ao longo do DNA. 
 
3. A DNA-polimerase sintetiza um novo DNA 
somente em uma direção 
a. Apenas a fita líder (leading): na forquilha 
de replicação pode ser sintetizada de um 
modo contínuo. 
b. Na fita retardada (lagging), o DNA é 
sintetizado em um processo de “pedaço 
atrás de pedaço” descontínuo, produzindo 
pequenos fragmentos de DNA 
c. Em seguida são unidos → DNA-ligase. 
 
 
DNA-polimerase não faz preliminar ela só quer o trem 
depois que já ta quente e finalizar o trem 
4. DNA-polimerase é incapaz de iniciar uma nova 
cadeia de DNA desde o princípio. 
a. A síntese de DNA é iniciada por uma RNA-
polimerase = PRIMASE 
5. RNA-polimerase (Primase) produz pequenos 
fragmentos de iniciadores de RNA que são então 
alongados pela DNA-polimerase 
a. Esses iniciadores são subsequentemente 
removidos e substituídos por DNA. 
 
• Uma cooperação de muitas proteínas, formam a 
máquina de replicação multienzimática que copia 
ambas as fitas à medida que se movem. 
o Danos a uma das duas fitas, causados por N 
fatores, são reparados por uma variedade de 
enzimas de reparo que reconhecem o DNA 
danificado e corrigem (ressintetizando) trecho. 
 
6. A telomerase (enzima especial) replica o DNA nas 
extremidades dos cromossomos 
0 
Em sentido mais amplo, o expressão gênica se refere 
ao processo pelo qual a informação codificada na 
sequência de DNA é traduzida em um produto que 
desencadeia um efeito determinado em uma célula 
ou organismo. 
• Nos casos em que o produto final do gene é uma 
proteína, a expressão gênica inclui tanto a 
transcrição quanto a tradução. 
• Quando uma molécula de RNA é o produto final do 
gene, a expressão gênica não requer a tradução. 
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Código Da Vince da Replicação – Profa. Carol 
A replicação é uma cópia de tudo, não importa se eu 
vou usar ou não todos aqueles pedaços do DNA, tenho 
que copiar tudo e, então, depois vemos onde ela vai ser 
usada para aí sim fazer outros processos como 
transcrição e tradução. 
• Só tem replicação do material (Fase S), 
quando célula precisa multiplicar (Fase M). 
 
Replicon = estrutura de replicação = todas as proteínas 
necessárias para reconhecimento da origem, formação 
da forquilha e para replicar o DNA no caminho que elas 
vão seguir, assim, em cada forquilha tenho um replicon 
• Forquilha de Replicação = Replissomo: é o 
conjunto funcional de proteínas que 
formam uma complexa máquina molecular, 
a qual realiza a replicação do DNA. 
• DNA polimerase: essa enzima só reconhece a 
porção da hidroxila livre (-OH), assim sempre 
começa o processo de ligar um nucleotídeo a outro 
nucleotídeo nesse local 
o Os nucleotídeos são sempre adicionados 
na porção 3’ 
o É a enzima responsável por fazer esse 
processo de crescimento do DNA 
DNApolimerase 
1 – Reconhece o -OH 
2 – Lê a base nitrog. da 
fita molde 
3 – Adiciona na nova 
base na fita em 
construção 
Por isso, cresce de 5’ 
para 3’ (rosa cresce para 
baixo e a cinza para cima) 
Pontes de hidrogênio se 
formam por atração 
química entre as bases 
nitrogenadas, por isso não 
da para ser 5’-5’ (as base 
não se ligariam correto) 
 
Estágio de Replicação - Iniciação+Deselicoidização 
1) As proteínas iniciadoras (várias enzimas), 
reconhecem, se ligam à origem de replicação, 
desenrolam e abrem o DNA 
a) DNA helicase quebra as pontes de hidrogênio, 
separando as fitas através de uma desnaturação 
b) DNA Topoisomerase ou a Girase reduz a torção 
que se acumula diante da forquilha 
a) →b) 
• É como se eu tivesse dois pedaços de DNA, que 
vão começar a replicar cada um para um lado 
• Uma vez desenroladas e separadas pela forquilha, 
as fitas parentais tendem a se reagrupar 
2) Proteínas SSB (Single Strand Bind) atuam 
estabilizando a atração das pontes, impedindo que as 
fitas simples se unam novamente 
 
Estágio de Replicação - Alongamento 
• Desenha onde está o 5’ e o 3’ das fitas parentais 
e nas origens → fica mais fácil de entender como 
será feito o alongamento da fita líder (leading) e 
da fita retardada (lagging). 
o Sempre teremos dois tempos de 
crescimento para cada forquilha de 
replicação, uma em cada fita. 
 
1) DNA Primase → Tipo especial de RNA Polimerase 
que dá início ao processo de replicação, sintetizando 
RNA usando DNA como um molde. 
• DNA Primase + DNA Helicase = Primossomo 
• Sintetizam um fragmento de RNA → PRIMER 
Primer = sequência 
iniciadora composta 
+- 12 nucleotídeos 
(específicos) 
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A DNA Primase consegue 
perceber onde tem DNA 
Helicase, se junta a ele 
formando o Primossomo 
 
DNA Polimerase não 
consegue iniciar nenhum 
processo de síntese. Assim, o 
primossomo entra, dá início 
ao processo de síntese da 
nova fita, com o primer, mas logo sai de campo, assim: 
 
2) DNA Polimerase, começa então o trabalho 
catalisando as ligações fosfodiéster, adicionando os 
nucleotídeos no sentido 5’ → 3’ à hidroxila na posição 
3’ da desoxirribose do precedente 
• DNA Polimerase = Endonucleásica = adiciona 
nucleotídeos (5’→3’) 
a) DNA polimerase também possui atividades de 
Exonuclease de 5´→3´ necessária para a 
remoção dos primers de RNA 
b) Exonuclease necessária para a revisão do 
último nucleotídeo adicionado (3’→5’) 
A polimerase passa construindo, ao mesmo tempo 
que revisa e corrige a síntese (no sentido contrário). 
 
Se de um lado tenho uma fita contínua, sintetizada a 
partir da fita parental azul, de uma única vez e a partir 
de um único primer. 
 
Do outro lado, temos uma síntese da fita descontínua 
produzida a partir da fita parental vermelha, e com a 
inserção de diversos primers e de forma fragmentada. 
• Fragmentos de Okasaki = fragmentos de DNA 
recém-sintetizados. 
 
Os primers são removidos por outra enzima DNA 
Polimerase, que os substituí por sequências de 
nucleotídeos de DNA. 
→ 
 
No sentido da forquilha, uma das fitas consegue ser 
sintetizada de maneira rápida e contínua. Enquanto, a 
outra fita precisa esperar que um segmento seja 
aberto, um primer inserido e só então sintetizar em 
etapas a nova fita, ou seja, um processo descontínuo. 
• A replicação sempre se dá de 5’ → 3’, por isso 
temos a continuidade acontecendo de um lado e, 
o seu par oposto, sendo descontínuo. 
 
E, assim, a complementariedade vai sendo construída 
pela DNA Polimerase, nucleotídeo a nucleotídeo, base 
nitrogenada pareada com base nitrogenada. 
 
→ As forquilhas então vão se encontrar em um 
determinado momento na fita e, assim, partimos para 
a etapa de terminação da síntese e duplicação do DNA. 
 
 
Estágio de Replicação - Término 
1) A DNA ligase, fecha o corte no DNA recém 
sintetizado. 
 
Acabou a replicação, as forquilhas se encontraram e 
foram fechados todos os cortes. A DNA Polimerase faz: 
• Mecanismo de verificação → Proof reading 
 
→ 
0 
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Observação quanto às extremidades dos 
cromossomos e o fechamento de lacunas 
Quando o primer do último fragmento de Okazaki do 
filamento descontínuo é removido, não há como 
preencher a lacuna por meio da replicação 
convencional. 
• Está todo mundo indo para a esquerda nesse 
exemplo, e a lacuna sobrou do lado direito, o 
queresultaria em um cromossomo encurtado 
quando o cromossomo que contém a lacuna 
fosse replicado. 
 
1) Telômeros dos cromossomos = regiões constituídas 
de repetições TTGGG e a Telomerase = enzima que 
reconhece a extremidade dessa sequência 
• A telomerase não acrescenta base nitrogenada 
na fita-filha (amarelo) → ela aumenta fita-mãe 
o Ela aumenta a fita-mãe para que eu 
possa adicionar mais um primer e aí 
continuar no fluxo certo. (5’→3’) 
Telomerase carreia dentro dela uma molécula de RNA 
curta, que atua como um molde para a adição de uma 
sequência de DNA complementar, que é adicionada ao 
prolongamento 3′. 
 
Qual a ideia fundamental por trás da telomerase? 
Impedir que o nosso cromossomo diminua de tamanho 
durante o processo de replicação, onde ele perderia 
sempre pequenas porções no final. 
• Sabe-se que com o passar dos anos a 
telomerase diminui a sua atividade, isso 
precisa acontecer para que aconteça o 
processo de ENVELHECIMENTO. 
 
No auge do seu funcionamento, a telomerase entra 
apenas para fazer um pequeno complemento na 
sequência de bases nitrogenadas da fita-mãe, para que 
um primer seja adicionado e o DNA completado. 
• É uma sequencia de bases que não tem valor 
genético significativo, é um fechamento 
 
Por esse motivo, os cromossomos de células somáticas 
proliferativas se tornam progressivamente mais curtos 
a cada divisão celular, até que a célula interrompe 
todas as divisões e entra em uma fase de senescência. 
Fase de senescência = células param de dividir 
É O ENVELHECIMENTO NATURAL 
Agora um é um motivo de encontrarmos maior número 
de mutações em pessoas idosas e, consequentemente, 
carcinogênese aumentada. 
• Como imortalidade é uma característica típica 
das células de tumores malignos, a inativação 
da telomerase nessas células é uma 
possibilidade investigada para controle sobre o 
crescimento celular. 
• Estudos de câncer → criar uma forma de forçar 
a célula a entrar em fase de senescência e, 
assim, parar de dividir-se descontroladamente 
 
Síndrome de Werner: envelhecimento precoce devido 
a uma mutação no gene WRN, que codifica uma 
proteína que está associada a proteínas que formam a 
estrutura de revestimento do telômero 
 
Xeroderma pigmentosum: envelhecimento precoce e 
aumento na incidência de câncer, no qual a DNA 
Polimerase apresenta falhas no mecanismo de 
reparação do DNA, que mutou devido à ação de luz UV 
Células somáticas 
produzem muito pouca 
ou nenhuma 
telomerase.
Maior parte das 
células germinativas 
apresente telomerase 
em abundância
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Estudo dirigido – Exercícios 
1) Um gene que codifica uma das proteínas envolvidas 
na replicação do DNA foi inativado por uma mutação 
em uma célula. O que ocorreria durante a tentativa 
do processo de replicação do DNA se cada uma das 
seguintes proteínas estivesse faltando? 
A. DNA-polimerase 
Sem a DNA-polimerase, nenhuma replicação poderia 
ocorrer. Iniciadores de RNA seriam adicionados à 
origem de replicação. 
B. DNA-ligase 
A DNA-ligase une os fragmentos de DNA que são 
produzidos na fita retardada. Na ausência da ligase, as 
fitas de DNA recém-replicadas permaneceriam como 
fragmentos, mas nenhum nucleotídeo ficaria faltando. 
C. Grampo deslizante (sliding clamp) DNA-polimerase 
Sem o grampo deslizante, a DNA-polimerase se 
separaria frequentemente do molde de DNA. Em 
princípio, ela poderia se ligar novamente e continuar a 
replicar, mas o desacoplamento e reassociação 
continuados iriam consumir tempo e, desse modo, 
retardariam muito a replicação do DNA. 
D. Nuclease que remove os iniciadores de RNA 
Na ausência das enzimas de excisão de RNA, os 
fragmentos de RNA iriam permanecer covalentemente 
ligados aos fragmentos de DNA recém-replicados. 
Nenhuma ligação iria ocorrer, porque a DNA-ligase não 
iria ligar DNA a RNA. A fita retardada iria, portanto, 
consistir em fragmentos compostos tanto de RNA 
quanto de DNA. 
E. DNA-helicase 
Sem a DNA-helicase, a DNA-polimerase iria travar, 
porque ela não pode separar as fitas do DNA molde à 
frente dela. Pouco ou nenhum DNA seria sintetizado. 
F. Primase 
Na ausência da primase, os iniciadores de RNA não 
poderiam iniciar a fita líder e tampouco a fita 
retardada. A replicação do DNA não seria iniciada. 
 
2) Explique o início do processo de replicação do DNA 
em relação às forquilhas. 
A replicação do DNA ocorre na forquilha de replicação, 
onde a dupla hélice está se desenrolando e os dois 
filamentos estão se separando. A replicação do DNA 
ocorre continuamente no sentido da forquilha de 
replicação e deselicoidização no filamento de 
replicação contínua (leading). Já o DNA é sintetizado 
em segmentos curtos, afastando-se da forquilha no 
filamento de replicação descontínuo. A DNA 
Polimerase requer um primer (conjunto de 
nucleotídeos específicos), montados pela DNA Helicase 
e Primase, para dar início ao processo de síntese. 
 
3) Correlacione a replicação com o número de 
enzimas envolvidas nesse processo 
A replicação do DNA requer a cooperação de muitas 
proteínas que formam uma máquina de replicação 
multienzimática que copia ambas as fitas de DNA à 
medida que se move ao longo da dupla-hélice. 
 
4) O que a telomerase faz em eucariotos? 
Em eucariotos, a enzima telomerase, replica o DNA nas 
extremidades dos cromossomos. 
 
5) Como são reparados os danos eventuais causados 
na fita de DNA? 
Danos a uma das duas fitas de DNA, causados por 
reações químicas inevitáveis, são reparados por uma 
variedade de enzimas de reparo do DNA que 
reconhecem o DNA danificado e excisam um pequeno 
trecho da fita danificada. O DNA faltante é então 
ressintetizado por uma DNA-polimerase de reparo, 
usando a fita não danificada como molde. 
 
6) Quem inicia o processo de replicação do DNA é uma 
DNA Polimerase. V ou F. Justifique 
Falso. A DNA-polimerase é incapaz de iniciar uma nova 
cadeia de DNA desde o princípio. Em vez disso, a 
síntese de DNA é iniciada por uma RNA-polimerase 
denominada primase, que produz pequenos 
fragmentos de iniciadores de RNA que são então 
alongados pela DNA-polimerase. Esses iniciadores são 
subsequentemente removidos e substituídos por DNA. 
 
7) O que justifica cada fita parental poder ser usada 
de molde? 
Como as duas fitas de uma dupla-hélice de DNA são 
complementares, cada fita pode atuar como um molde 
para a síntese da outra. Portanto, a replicação do DNA 
produz duas moléculas de DNA de dupla-hélice 
idênticas, possibilitando que a informação genética 
seja copiada e transmitida de uma célula para suas 
células-filhas e de um progenitor para sua prole. 
 
Referências 
• Material dado em sala e resumos 
• Introdução a genética – Griffths 
o Cap 7 – pdf 249 
• Fundamentos da Biologia Celular - Alberts 
o Capítulos 5 ao 10 - pdf 171