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Bioinformática
Aula 3: Conceitos moleculares importantes para a
Bioinformática
Apresentação
Nesta aula, abordaremos o dogma central que estabelece o paradigma da Biologia Molecular: A informação é conservada
através da replicação do DNA, que converte a informação contida no RNA em proteínas.
Além disso, destacaremos a expressão gênica através de diversos mecanismos, dentre os quais, como um transcrito
primário de RNA sofre splicing ou é processado.
Objetivos
Reconhecer o dogma central da Biologia Molecular;
Identi�car a in�uência da expressão dos genes na �siologia;
Esclarecer o aparecimento de doenças.
A Biologia Molecular aplicada à
Bioinformática
O dogma central da Biologia Molecular foi proposto por
Francis Crick , biólogo molecular, biofísico e
neurocientista britânico, em 1958.
A partir de então estabelece-se o paradigma da Biologia
Molecular, no qual a informação é conservada através da
replicação do DNA e é traduzida através dos processos de
transcrição. Tais processos, por sua vez, convertem a
informação do DNA em uma forma mais acessível,
representada por uma �ta de RNA complementar e de
tradução, que converte a informação contida no RNA em
proteínas
Francis Crick (Fonte: Unknown - [1], CC BY 4.0 / Wikimedia
https://estacio.webaula.com.br/cursos/go0270/aula3.html
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Expressão gênica
O termo expressão gênica diz respeito ao processo em que a informação
codi�cada por um determinado gene é traduzida e, portanto, decifrada, em
uma proteína.
Em teoria, o controle, em qualquer uma das fases desse processo, pode ocasionar uma expressão gênica diferencial.
Em organismos multicelulares, a expressão gênica controlada regula um programa genético imprescindível para o
desenvolvimento embrionário e sua diferenciação. Nesse sentido, uma célula é capaz de regular a expressão gênica através de
diversos mecanismos, dentre os quais, como um transcrito primário de RNA sofre splicing ou é processado.
 (Fonte: Nathan Devery / Shutterstock)
A ausência e/ou desequilíbrio de mecanismos da regulação gênica pode, inclusive, determinar o estabelecimento de doenças. É
esta temática que será abordada na aula de hoje.
Fluxo de informações do código genético
O dogma central da biologia molecular descreve como ocorre o �uxo de informações do código genético. Segundo esse
dogma, o �uxo da informação genética segue o seguinte sentido:
DNA → RNA → PROTEÍNAS
 (Fonte: Antonov Maxim / Shutterstock).
Observa-se, portanto, que esse dogma demonstra todos os processos pelos quais os ácidos nucleicos podem passar. Dessa
forma, temos o DNA, onde está contida a informação genética, que pode ser transcrito em moléculas de RNA. É nessa
molécula de RNA que é encontrado o código usado para organizar a sequência de aminoácidos e formar as proteínas no
processo de tradução, o qual consiste na união de aminoácidos, obedecendo à ordem de códons presentes em uma molécula
de RNA mensageiro.
Observamos que o DNA de um organismo codi�ca todas as
moléculas de RNA e de proteínas necessárias para a construção e
perfeito funcionamento de suas células.
(Fonte: Natali_ Mis / Shutterstock)
Constituição do DNA
Embora possamos ter uma descrição completa da
sequência de DNA de um organismo, isso não nos
possibilita reconstruir esse organismo.
Vocês podem se questionar: Por que não? Porque o
problema não é conhecer como os elementos funcionam
em uma sequência de DNA, mas em quais condições cada
produto gênico é produzido. Uma vez produzido, o que ele
faz?
Os diferentes tipos celulares em um organismo multicelular diferem
drasticamente, tanto em estrutura como em função.
Se compararmos um neurônio com uma célula do fígado, por exemplo, as diferenças são tão extremas que é difícil imaginar
que as duas células contenham o mesmo genoma. Por essa razão e porque a diferenciação celular com frequência parecesse
irreversível, os biólogos originalmente suspeitaram que genes deveriam ser seletivamente perdidos quando uma célula se
diferencia.
Agora sabemos, entretanto, que a diferenciação celular
geralmente ocorre sem alterações na sequência de
nucleotídeos do genoma da célula.
Os tipos de células em um organismo multicelular tornam-
se diferentes uns dos outros porque eles sintetizam
diversas moléculas de RNA e proteínas.
(Fonte: cigdem / Shutterstock)
Para explicar isto, existem algumas a�rmativas importantes:
Muitos processos são comuns a todas as células e, dessa forma, possuem muitos produtos gênicos em
comum. Esses produtos incluem proteínas estruturais dos cromossomos, RNA e DNA-polimerases,
enzimas de reparo do DNA, proteínas ribossômicas e RNAs, entre outros.
Algumas proteínas e RNAs são abundantes nas células especializadas nas quais elas atuam e não
podem ser detectadas em nenhum outro local. Por exemplo, a hemoglobina é expressa especi�camente
nas hemácias, assim como a enzima tirosina aminotransferase é expressa no fígado, não sendo
sintetizada na maioria dos outros tecidos.
Estudos sugerem que uma célula humana expressa cerca de 30% a 60% dos seus quase 30 mil genes.
Quando os padrões de expressão de RNA em diferentes linhagens celulares humanas são comparados,
observa-se que o nível de expressão de praticamente todos os genes varia de acordo com o tipo de
célula.
Ainda que existam diferenças marcantes nos níveis de RNAs codi�cadores (RNAs mensageiros— RNAm)
em tipos de células especializados, observa-se uma gama complexa de diferenças no padrão �nal de
produção de proteínas.
Como veremos nesta aula, existem muitos passos após a produção do RNA nos quais a expressão gênica pode ser regulada.
Controle das proteínas
Uma célula pode controlar as proteínas que produz de seis formas.
1
Regulando quando e como um determinado gene é
transcrito, o que chamamos de controle transcricional.
2
Controlando como o transcrito de RNA é processado
(controle do processamento de RNA).
3
Selecionando quais RNAs mensageiros completos serão
exportados do núcleo para o citoplasma e onde �carão
localizados (controle do transporte e da localização de
RNA).
4
Selecionando quais RNAs mensageiros no citoplasma serão
traduzidos pelos ribossomos (controle traducional).
5
Desestabilizando, de forma seletiva, algumas moléculas de
RNA mensageiro no citoplasma (controle da degradação do
RNAm).
6
Ativando, inativando, degradando ou compartimentalizando
moléculas de proteínas especí�cas após sua produção
(controle da atividade proteica).
Controles transcricionais
Para a maioria dos genes, os controles transcricionais são os mais importantes. Isso porque, de todos os pontos possíveis de
controle, somente o controle transcricional garante que a célula não sintetizará intermediários desnecessários.
A transcrição de genes individuais é ativada e desativada nas células
por reguladores transcricionais.
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Em organismos procariontes, essas proteínas normalmente
ligam-se às sequências de DNA especí�cas próximas do
sítio de início da RNA-polimerase e, dependendo da natureza
da proteína reguladora e da localização do seu sítio de
ligação em relação ao sítio de início, pode tanto ativar como
reprimir a transcrição do gene.
A �exibilidade da dupla-hélice do DNA pode permitir que
proteínas ligadas em sítios distantes afetem a RNA-
polimerase na sequência promotora do gene.
(Fonte: Sergey Nivens / Shutterstock)
Atenção
Lembrem-se que promotores ou sequências promotoras são sequências de DNA especí�cas importantes para o início da
transcrição. Tais sequências são reconhecidas por algumas proteínas especí�cas, chamadas de fatores de transcrição, que
trazem a RNA-polimerase para realizar a montagem dos RNAs.
Um único gene eucariótico normalmente é controlado por muitos reguladores transcricionais ligados a sequências que podem
estar localizadas a dezenas ou até a centenas de milhares de pares de nucleotídeos do promotor que direciona a transcrição do
gene.
 (Fonte: urfin / Shutterstock)Os ativadores e os repressores eucarióticos atuam por meio de vários mecanismos — geralmente alterando a estrutura local da
cromatina e controlando a associação dos fatores gerais de transcrição e da RNA-polimerase no promotor.
Eles fazem isso atraindo coativadores e correpressores, que são complexos proteicos que desempenham as reações
bioquímicas necessárias. O momento e o local no qual cada gene é transcrito, assim como suas taxas de transcrição sob
diferentes condições, são determinadas por um conjunto particular de reguladores transcricionais que se ligam à região
reguladora do gene.
Controles pós-transcricionais
Conforme dito anteriormente, para a maioria dos genes, os controles transcricionais são os mais importantes. Porém, outros
controles podem atuar mais tarde, na via do DNA para a proteína, a �m de modular a quantidade de produto gênico que é
produzida — e em alguns casos, para determinar a sequência de aminoácidos do produto proteico.
Esses controles pós-transcricionais, que operam após a RNA-polimerase ter
se ligado ao promotor do gene e iniciado a síntese do RNA, são cruciais para
a regulação de muitos genes.
Splicing
Um dos mecanismos do controle pós-transcricional que abordaremos nesta aula é denominado splicing. Mas, para falarmos
sobre isto, precisamos compreender o mecanismo de processamento do RNA.
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(Fonte: AuntSpray / Shutterstock)
Importante observar, inclusive, que a transcrição é apenas a
primeira de diversos passos necessários para a síntese de
uma molécula de RNAm madura. Outras etapas essenciais
incluem a modi�cação covalente de ambas as extremidades
do RNA e a remoção de sequências de íntrons que são
retiradas do transcrito pelo processo de splicing do RNA.
Lembremos que a sequência codi�cante de um gene é a
série de códons, compostos por três nucleotídeos (trincas),
que especi�ca a sequência linear dos aminoácidos no
produto polipeptídico.
Nos genes eucarióticos, a sequência codi�cante é
periodicamente interrompida por segmentos com
sequências não codi�cantes. Muitos genes eucarióticos
são, portanto, mosaicos, compostos por blocos com
sequências codi�cantes, os éxons, separadas entre si por
blocos com sequências não codi�cantes, os íntrons.
(Fonte: Gio.tto / Shutterstock)
Vocês devem estar se perguntando, por que em organismos procariotas não ocorre este processamento do RNA mensageiro.
Nos organismos procariotas, a transcrição
e a tradução são simultâneas e, deste
modo, o RNA não sofre qualquer
processamento. 
Já em eucariotas, existe uma
compartimentalização, de modo que a
transcrição ocorre no núcleo e a tradução
no citoplasma.
O RNA recém-obtido pela ação da RNA-polimerase, é um transcrito primário (pré-RNA), que sofrerá processamento para
originar o RNA mensageiro �nal (RNAm maduro).
Veja, agora as etapas do processamento.
Clique nos botões para ver as informações.
A primeira etapa do processamento é caracterizada pela adição do CAP 5’. E o que seria o CAP 5’ e por que é adicionado?
Pois bem, na extremidade 5’ do transcrito inicial, um dos três fosfatos é removido e é adicionada a base nitrogenada
guanina.
Em seguida, essa base é metilada na posição 7, assim como o segundo e terceiro nucleotídeos, entretanto, para estes
dois últimos, a metilação ocorre na posição 2’ do açúcar. A adição do CAP 5’ confere ao RNA uma maior estabilidade, pois
protege-o da ação de fosfatases e nucleases.
Adição do CAP 5’ 
A segunda etapa do processamento do RNA é adição da cauda poli-A. E o que seria isto? A cauda poli-A é uma estrutura
localizada na extremidade 3' da maioria dos RNAm de eucariotas, sendo composta pela ligação de 80 a 250 resíduos de
adenina.
Essa cauda tem a função de atuar como acentuadora da tradução, proteger o RNAm da digestão por nucleases presentes
no meio e proporcionar uma maior estabilidade à molécula. Especula-se, ainda, que ela também tenha um papel
importante no transporte do RNAm para o citoplasma.
Adição da cauda poli-A 
A última etapa do processamento é o que chamamos de splicing, onde serão removidos os íntrons e unidos os éxons.
Vamos entender como este processo ocorre a seguir.
Splicing 
 Detalhamento do drocesso de splicing
 Clique no botão acima.
Para o processo de splicing ocorrer, é necessária a formação de grandes arranjos compostos por snRNPs e
precursores de RNAm, denominados spliceossomos. Serão tais complexos que farão a excisão dos íntrons do RNAm,
processo que requer alta precisão das enzimas envolvidas. A falta ou acréscimo de um único nucleotídeo em um éxon
pode promover uma alteração de fase de leitura e levar à produção de uma proteína totalmente diferente da original.
Como o splicing é um mecanismo complexo, altamente regulado, uma mutação em um local de reconhecimento na
junção íntron e éxon, ou mesmo em um elemento regulador, pode ocasionar uma falha no processo, gerando um
produto anômalo, que pode, diversas vezes, inativar um gene, com sérias consequências.
Atenção
Primeiro, é importante saber que além dos RNAs conhecidos por nós (RNAm, RNA transportador e RNA ribossômico), existem
outros RNAs compostos por menos de 300 nucleotídeos. Tais RNAs são chamados de snRNAs (small nuclear RNAs) e
scRNAs (small cytoplasmatic RNAs).
Os RNAs são importantes porque se associam a proteínas formando complexos chamados de snRNPs (pequenas partículas
de ribonucleoproteínas nucleares, do inglês small nuclear ribonucleoprotein particles) e scRNPs (pequenas partículas de
ribonucleoproteínas citoplasmáticas, do inglês small cytoplasmatic ribonucleoprotein particles).
 (Fonte: Syda Productions / Shutterstock)
O processamento alternativo pode acontecer de diversas formas, podendo-se observar a extensão de éxons ou
mesmo omissão. Em alguns, os íntrons são mantidos ao invés de serem eliminados, elevando a diversidade de
proteínas produzidas.
Considera-se que cerca de 10% das doenças genéticas são
causadas por equívocos no processo de splicing.
Entretanto, pesquisas envolvendo ferramentas de
Bioinformática e Biologia Molecular podem suscitar
estratégias capazes de reti�car sequências que abalam
padrões de splicing, como também expressar, silenciar ou
alterar as concentrações de reguladores, a �m de reparar
genes afetados por deleções, a exemplo do que ocorre na
distro�a muscular progressiva.
(Fonte: Kjpargeter / Shutterstock)
(Fonte: udaix / Shutterstock)
Segundo o �uxo da informação genética DNA—RNA—
proteínas, a sequência de nucleotídeos presentes em um
gene será transcrita em uma molécula de RNAm, a qual
será traduzida em proteína.
Esta sequência origina a ideia de que, para cada gene, uma
proteína é produzida. Entretanto, como veremos, existem
alguns pré-RNAs que podem ser processados por mais de
uma forma, dando origem a RNAm alternativos. Esse
processo denomina-se processamento ou 
splicing alternativo .
Assim, podemos concluir que a partir de um gene, mais de
uma proteína pode ser formada. Estudos apontam que
cerca de 60% dos genes presentes no genoma humano
podem ser processados de forma alternativa, gerando,
portanto, mais de uma proteína por gene.
Como a regulação da expressão gênica pode ter impacto na etiologia
de doenças?
https://estacio.webaula.com.br/cursos/go0270/aula3.html
Diagnósticos moleculares de distúrbios aparentemente devidos a defeitos genéticos ou genômicos ainda necessitam
de maior número de casos investigados, apesar do grande número de estudos projetados para descobrir defeitos nas
regiões codi�cadoras de proteínas do genoma.
Existe um aumento crescente de estudos para pesquisar defeitos em regiões do genoma não codi�cadoras e
alterações na expressão gênica.
Terapia gênica
Antes de prosseguirmos, é importante esclarecer o que
signi�ca o termo terapia gênica.
A terapia gênica consiste, basicamente, na manipulação ou
correção da expressão gênica em células-alvo ou, ainda, a
transferência de genes para células com �nalidade
terapêutica.
(Fonte: CI Photos / Shutterstock)
Comentário
Em 1990, ouso da terapia gênica em seres humanos foi iniciado. Àquela época, o objetivo foi o tratamento de uma paciente
com imunode�ciência letal, causada pela de�ciência da enzima adenosina deaminase, cujo papel está envolvido no
metabolismo de purinas, existindo, em grande quantidade, em linfócitos e monócitos ativados, sobretudo linfócitos T helper.
Nesse caso, a paciente recebeu uma transfusão de linfócitos geneticamente corrigidos e cuja expressão do transgene foi de
longa duração.
(Fonte: CI Photos / Shutterstock)
Sem dúvida alguma, os avanços da Biologia Molecular
associados às ferramentas de Bioinformática, nas últimas
duas décadas, contribuíram muito para o desenvolvimento
de técnicas de transferência de genes visando corrigir ou
repor a expressão de determinado gene defeituoso.
Na próxima aula, veremos como elaborar um desenho experimental
destinado à análise de amostras de DNA e RNA, de forma a obter
resultados con�áveis para análises de Bioinformática.
Atividade
1. Pensando na importância do conceito do dogma central da Biologia Molecular, assinale a opção que retrata a relação entre
tal dogma e a in�uência sobre a expressão gênica:
a) Segundo o dogma central da Biologia Molecular, o fluxo da informação genética pode ocorrer de forma independente em relação às
moléculas envolvidas— DNA, RNA e proteínas.
b) As condições em que cada produto gênico é produzido não impacta no conhecimento sobre determinado organismo.
c) Existem diversos passos após a produção do RNA nos quais a expressão gênica pode ser regulada.
d) De acordo com o fluxo da informação genética, cada pré-RNAm obtido será processado por uma única forma.
e) Nenhuma das respostas anteriores.
2. Assinale a alternativa correta sobre a relação entre regulação da expressão gênica e o surgimento de doenças:
a) O controle transcricional está relacionado ao processamento do pré-RNAm.
b) A última etapa do processamento do pré-RNAm é chamada de splicing, onde são removidos os íntrons e unidos os éxons.
c) Erros no splicing não apresentam consequências para a obtenção de proteínas funcionais.
d) Não há relação entre erros nos processos de regulação gênica e o surgimento de doenças.
e) A última etapa do processamento do pré-DNA é chamada de splicing.
3. As técnicas modernas de sequenciamento e análise de proteínas proporcionaram a identi�cação e a análise de genomas
completos, além dos per�s de expressão de genes sob determinada condição. Nesse contexto, é incorreto a�rmar que:
a) Genômica é o nome dado a um ramo da Bioquímica ou Biologia Molecular que estuda o genoma completo de um organismo.
b) A análise do perfil global de expressão gênica é conhecida como transcriptoma.
c) A análise sistemática das proteínas presentes em determinada situação recebe o nome de Proteômica.
d) A genômica funcional é um ramo da Biologia Molecular cujo objetivo principal é entender a relação entre o genoma de um organismo
e seu fenótipo.
e) Entende-se por genômica o ramo da genética que aplica a tecnologia do DNA recombinante e os métodos de sequenciamento de DNA
sem utilizar a Bioinformática, para sequenciar, montar e analisar a função e a estrutura dos genomas dos diferentes organismos.
Notas
Francis Crick
Importante lembrar que Crick, ao lado de James Watson, biólogo molecular, geneticista e zoologista americano, propuseram o
modelo de dupla hélice para a estrutura da molécula de DNA, em 1953.
splicing alternativo
Para exempli�carmos como o splicing alternativo ocorre, falaremos sobre o gene da troponina T, uma proteína muscular de
mamíferos. O pré-RNA obtido a partir do gene da troponina T apresenta cinco éxons. Esse pré-RNA é processado, originando
dois RNAm maduros, cada um contendo quatro éxons. Observamos que em cada um dos RNAs maduros, um éxon diferente é
eliminado, de forma que ambas as mensagens apresentam três éxons em comum e um exclusivo
Outro exemplo de processamento alternativo é o que ocorre no gene que codi�ca para o antígeno T do vírus SV40 de macacos.
Esse gene codi�ca duas proteínas— grande antígeno T (T-Ag) e pequeno antígeno t (t-ag). Ambas as proteínas resultam do
processamento alternativo do pré-RNAm do mesmo gene.
Referências
WATSON, James D.; BAKER, Tania A.; BELL, Stephen. Biologia Molecular do Gene. Porto Alegre: Artmed, 2015.
ZAHA, Arnaldo; FERREIRA, Henrique Bunselmeyer; PASSAGLIA, Luciane M. P. Biologia Molecular Básica. Porto Alegre: Artmed,
2014.
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Próxima aula
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Desenho experimental;
Transporte e armazenamento de amostras biológicas para extração de ácidos nucleicos.
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A descoberta da estrutura de dupla hélice do DNA | DNA como o material genérico.
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