Biologia Molecular: RNA e DNA

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Introdução à Biologia Molecular
A construção história da Biologia Molecular e seu emprego no estudo das moléculas presentes nas células
responsáveis pela manutenção da vida, como o DNA, o RNA e as proteínas.
Prof. Eldio Gonçalves dos Santos
1. Itens iniciais
Propósito
Compreender como o RNA e o DNA foram descobertos e a importância dessas moléculas para as células
procariontes e eucariontes.
Objetivos
Descrever a história da Biologia Molecular, a origem da vida e a organização gênica nos organismos.
Reconhecer alguns dos mecanismos de regulação da expressão gênica nos procariotos e eucariotos.
Introdução
A Biologia Molecular é a área da Biologia que estuda as moléculas presentes nas células responsáveis pela
manutenção da vida. Vamos iniciar nosso aprendizado sobre, possivelmente, as moléculas mais importantes
para a existência da vida na Terra: os ácidos nucleicos RNA e DNA. Você sabia que até mesmo os vírus,
microrganismos intracelulares obrigatórios, apresentam ácidos nucleicos? Não existe sequer um ser vivo que
não tenha moléculas de RNA ou DNA.
Vamos explorar um breve histórico sobre como começaram os estudos da Biologia Molecular, passando pela
provável origem da vida na Terra, conhecendo as estruturas e composições dos ácidos nucleicos e
observando como é dada a organização deste material em diferentes seres vivos. Aprenderemos alguns dos
mecanismos de regulação gênica dos procariotos e os eucariotos e, por fim, noções de epigenética. 
Vamos juntos?
• 
• 
Friedrich Miescher.
1. A origem da vida e a organização gênica nos organismos
Histórico da biologia molecular
Nosso histórico começa em 1869 com um bioquímico suíço chamado Johannes Friedrich Miescher.
Em seus estudos, ele buscava determinar quais
os componentes químicos que existem dentro
dos glóbulos brancos (leucócitos), presentes no
pus de feridas, que, de modo geral, possuem
um núcleo grande e bem definido.
 
No interior desse núcleo, ele observou uma
grande quantidade de um composto ácido que
continha átomos de nitrogênio e fósforo,
nomeando-o de nucleína por estar localizado
no núcleo. Mal ele sabia da importância desta
descoberta!
 
Receberam esse nome devido às
características físicas do sangue após a
centrifugação, que apresentam uma camada fina de células brancas, compostas pelos leucócitos.
Saiba mais
Glóbulos brancos receberam esse nome devido às características físicas do sangue após a
centrifugação, que apresentam uma camada fina de células brancas, compostas pelos leucócitos. 
Diversos outros cientistas continuaram investigando o tal composto nucleína, entre eles Albrecht Kossel, que
em 1880 demonstrou que na nucleína existiam diferentes bases nitrogenadas. Richard Altmann em 1889
conseguiu purificar a nucleína e nomeou o purificado de ácido nucleico. Com o tempo, os ácidos nucleicos
foram ainda mais estudados, pareciam muito importantes já que praticamente todas as células possuíam esse
material. Foram descobertas quatro diferentes bases nitrogenadas, as bases púricas: adenina e guanina e as 
bases pirimídicas: citosina e timina, todas com um glicídio desoxirribose. 
Nucleotídeo, contendo a base nitrogenada, o fosfato e a pentose.
Essas bases podiam estar ligadas entre si, sempre obedecendo a um padrão, onde a adenina se associava à
timina por 2 ligações de hidrogênio e a guanina se associava à citosina por 3 ligações, sendo esta interação a
mais estável devido à maior quantidade de ligações.
Bases nitrogenadas e suas interações por ligação de hidrogênio. O grupamento R
nas riboses consiste em um OH e nas desoxirriboses de um H.
Entretanto, havia um fato curioso: a presença de uma base diferente, chamada de uracila, em alguns desses
materiais. Essa base apresentava uma ribose no lugar da desoxirribose e se ligava à timina no lugar da
adenina. As moléculas que continham desoxirribose foram nomeadas de ácido desoxirribonucleico (ADN), em
inglês Deoxyribonucleic Acid, o famoso DNA. As moléculas com ribose como glicídio foram nomeadas de ácido
ribonucleico (ARN), em inglês Ribonucleic Acid, conhecido como RNA.
Ribose
Aldopentose (apresenta um grupo funcional aldeído), com cinco átomos de carbono (pentose) e um
grupamento hidroxila (-OH) na posição 2.
Todas as bases nitrogenadas.
Vamos agora juntar todos os conceitos estabelecidos para entendermos como é a estrutura do DNA e do
RNA. Um nucleotídeo é um conjunto formado por uma base nitrogenada, que pode ser uma purina ou
pirimidina. Dentre as purinas, temos a adenina e a guanina; entre as pirimidinas, temos a citosina e a timina, no
caso de uma molécula de DNA, e o uracil(a), no caso de uma molécula de RNA. A ligação entre as bases é
realizada entre a molécula de açúcar, de uma ribose para o RNA ou uma desoxirribose para o DNA, com o
grupamento fosfato da base adjacente, na ligação conhecida como ligação fosfodiéster.
Foto de raios X tirada por Rosalind Franklin, responsável
pelas conclusões de Watson e Crick.
Ligação fosfodiéster entre nucleotídeos da mesma fita de DNA.
A estrutura do DNA encontra-se em fita dupla. A união entre as duas fitas se dá por ligações de hidrogênio
entre as bases nitrogenadas, como demonstrado. Vamos voltar para a nossa história! 
Em 1953, uma dupla de cientistas, James
Watson e Francis Crick, publicou um artigo na
revista Nature chamado de Molecular Structure
of Nucleic Acids. Eles eram contrários às ideias
que existiam na época a respeito da estrutura
do DNA. 
Entre os modelos antigos, o que mais se
destacou foi o Modelo de Linus Pauling; ele
acreditava que o DNA era interligado pelos
grupamentos fosfatos, formando uma coluna.
Modelo de Linus Pauling
Modelo de estrutura de uma molécula de DNA proposta por Linus Pauling. Essa proposta atualmente é
considerada obsoleta. 
Watson e Crick, baseados em uma foto tirada por Rosalind Franklin, propuseram uma nova estrutura para essa
molécula. A estrutura era uma dupla hélice, com as bases nitrogenadas purinas se ligando às pirimidinas no
centro da hélice espiralada, sendo muito parecida com a que usamos até hoje.
Foto
É tirada utilizando difração de raios X, técnica onde um feixe de raios atravessa uma molécula
cristalizada e mancha um filme atrás, revelando assim uma imagem por onde esses raios X foram
difratados. É semelhante aos nossos raios X atuais de ossos, mas com pequenas moléculas.
Com a estrutura do DNA resolvida e com o conhecimento sobre a química dessas moléculas, faltava agora
entender a atuação e a organização delas nas células e por que eram tão importantes. Ao longo dos anos, o
conhecimento sobre o DNA e o RNA vem crescendo. Hoje, com técnicas de sequenciamento do DNA,
podemos, por exemplo, ver rapidamente se algum indivíduo possui propensão a determinado câncer
analisando a sua sequência de DNA. Estamos começando a ter mais segurança na edição genética, e um dia
poderemos curar doenças que ainda nem se manifestaram.
Atualmente, podemos quantificar esse material genético que expressamos para diagnosticar doenças, como a
covid-19, e modificar outros organismos para que produzam nossas proteínas. É dessa forma que algumas das
insulinas vendidas na farmácia são produzidas. Existem inúmeras possibilidades decorrentes do
desenvolvimento da Biologia Molecular.
A origem da vida
A origem da vida sempre despertou curiosidade. Ao longo dos anos, existiram diversas teorias, algumas se
provaram erradas e outras se mantêm até hoje.
Você imagina como a vida começou? Vamos conhecer um pouco dessas teorias?
Sabemos que átomos podem fazer ligações de maneira espontânea desde que estejam em um ambiente
favorável e tenham afinidade um pelo outro, ou seja, ao se ligarem, encontram estabilidade, assim são
construídas as moléculas. Dentre as teorias existentes, uma delas, a teoria de Oparin e Haldane, era
justamente a ideia da formação espontânea de pequenas moléculas orgânicas, as quais, com o tempo,
passaram a se organizar de maneira cada vez mais complexa até se replicarem e evoluírem, formando as
células primitivas.
Em 1953, Stanley Miller tentoua possível origem da vida.
Experimento de Miller.
A teoria de Oparin e Haldane continuou ganhando relevância à medida que novos estudos eram realizados,
como os do geólogo Michael Russell. O pesquisador demonstrou a existência de fontes de águas termais no
fundo dos oceanos, as quais, aquecidas pelo manto da Terra, jorram água alcalina. 
Essas fontes são ricas em minérios de ferro, níquel e
enxofre dissolvidos. A reação de tais minérios com o gás
carbônico, hidrogênio reativo e moléculas de água é capaz
de produzir compostos orgânicos, como hidrocarbonetos, e
até mesmo nucleotídeos!
Uma das descobertas mais incríveis sobre essas fontes são
as reações químicas que lá ocorrem e como a geração
dessas moléculas orgânicas acontece. As fontes termais
são ricas em minerais; sendo assim, possuem um elemento
que pode ser oxidado, como o ferro.
O elétron oriundo da oxidação é carregado pelos núcleos
metálicos desses minerais até chegar ao aceptor final de
elétrons. Tal aceptor pode ser o monóxido ou o dióxido de
carbono, que será reduzido, gerando a energia necessária para a confecção das moléculas orgânicas.
Saiba mais
Você já ouviu falar de um mecanismo parecido com esse anteriormente? Em que um elétron percorre
uma cadeia até chegar ao seu aceptor, gerando energia? É de maneira muito semelhante a essa que
diversos seres vivos, como nós, produzem energia! 
Fragmento de meteorito.
Esse mecanismo ocorre durante a fosforilação oxidativa nas mitocôndrias, etapa metabólica da nossa
respiração celular. Isso mostra um elo entre todos os nossos ancestrais, fortalecendo a hipótese de que a vida
se originou dessas fontes de águas termais há muitos anos. No entanto, vale mencionar que ainda existem
diversas perguntas para serem respondidas. Nos dias atuais, essa é a teoria com mais aceitação para a
origem da vida.
Teoria da panspermia
Outra teoria que vem ganhando notoriedade é a panspermia, segundo a qual a vida não necessariamente
surgiu na Terra. Ela, na verdade, veio do espaço e chegou aqui através de corpos celestes.
Um fato que deu base para a teoria da panspermia foi a
observação de compostos orgânicos presentes em
meteoritos.
Em 1997, com a análise do meteorito de Muchinson, os
pesquisadores encontraram diversos aminoácidos
responsáveis por formar proteínas e outros compostos
orgânicos presentes que datavam de aproximadamente 7
bilhões de anos. Desse modo, eles eram mais antigos que
nosso próprio planeta, que possui cerca de 4,5 bilhões de
anos.
Nessas rochas extraterrestres incrivelmente antigas,
cientistas encontraram minerais, traços de aminoácidos e
outros compostos orgânicos. A forma com que tais materiais foram criados, como frisamos, os torna mais
antigos que o próprio planeta. É possível que os condritos carbonáceos sejam a fonte de compostos orgânicos
responsável por dar origem à vida na Terra.
Saiba mais
Em abril de 2022, uma descoberta movimentou a comunidade científica. Em um meteorito, foram
encontradas duas bases nitrogenadas, a citosina e a timina, que estão presentes no DNA, vindas do
espaço! Apesar de endossar a teoria da panspermia, essa descoberta não define como surgiu a vida na
Terra. Mesmo assim, ela nos abre para mais questionamentos e guiará futuras pesquisas. 
A panspermia não possui evidências científicas suficientes para explicar a origem da vida no nosso planeta –
diferentemente da teoria de Oparin e Haldane, que atualmente é a mais aceita. Entretanto, é muito
interessante imaginar que, em outros lugares do universo, existam compostos orgânicos e – quem sabe? – até
mesmo vida. Essas amostras extraterrestres também evidenciam que é possível criar matéria orgânica,
incluindo as bases presentes no DNA e no RNA.
“Mundo RNA”
A teoria de Oparin e Haldane diz que, em um mundo no qual existiam alguns nucleotídeos, aminoácidos e
hidrocarbonetos, essas moléculas começariam a interagir entre si, formando cadeias cada vez mais
complexas. Dessa forma, as ligações entre diferentes nucleotídeos formaram os primeiros RNAs; as ligações
entre diferentes aminoácidos, os oligopeptídeos.
A interação entre os oligopeptídeos e o RNA leva a benefícios mútuos. Ela gera, por exemplo, estabilidade na
estrutura de ambos, originando uma maior quantidade de determinadas estruturas. 
Imagine agora essas diversas interações por muitos milhares de anos. É natural que, com o tempo,
estruturas mais complexas se formem e se mantenham.
Recipiente com água e óleo.
Como poderiam ser as primeiras células vivas da Terra.
Já sabemos que tanto o RNA quanto os pequenos peptídeos conseguem realizar reações químicas com
diversas funções (neurotransmissores, hormônios, regulação gênica etc.). Recentemente, foi descoberto que
o RNA seria capaz até mesmo de se autorreplicar, gerando outras moléculas de RNA também capazes de
fazer essa autorreplicação. Desse modo, a evolução poderia acontecer ainda mais rápido, dando origem ao
chamado “mundo RNA”. 
Naquele mesmo ambiente, existiam outros compostos
orgânicos, como os primeiros lipídeos oriundos dos
hidrocarbonetos formados.
Você já jogou um pouco de óleo na água? Sabe que eles
não se misturam, certo? Isso se dá a partir da característica
anfipática de determinados lipídeos, que, em um ambiente
aquoso, tendem a formar micelas, estruturas circulares
formadas naturalmente devido à forma com que interagem
com a água, expondo a parte hidrofílica (polar) e
escondendo a hidrofóbica (apolar) da água.
Com isso, esses lipídeos formavam grandes micelas,
originando “membranas” celulares rudimentares com
moléculas de RNA em seu interior. Surgiam, assim, as
primeiras células primitivas com material genético com capacidade replicativa.
Hoje em dia, grande parte dos seres vivos ainda possui seu material genético disperso no citoplasma. Esses
organismos são chamados de procariontes ou procariotos. 
Ao longo de milhares de anos, o mundo RNA foi evoluindo.
Não se sabe exatamente como essa evolução ocorreu, mas
a constante estabilidade adquirida pelas moléculas
presentes naquela “sopa primordial” do mundo RNA deu
origem a uma fita dupla contendo timina em vez de uracila.
A timina possui um grupamento metil no carbono 5,
inexistente na uracila. Assim foram formadas as primeiras
moléculas de DNA. Consideravelmente mais estável que o
RNA, o DNA é formado por uma série de nucleotídeos, os
quais, em determinada sequência, armazenam uma
informação.
Dessa maneira, o DNA possui uma maior confiabilidade para
armazenamento de dados e tem as informações
responsáveis pela manutenção da vida. Ele passa por uma série de processos nos quais haverá o fluxo desses
dados armazenados até que eles sejam expressos em forma de proteínas funcionais. Esse fluxo de
informações tem o seguinte nome: dogma central da biologia molecular.
A transcrição dá origem a um RNA mensageiro (RNAm) a partir do DNA. O RNAm é traduzido em uma proteína,
a unidade que vai realizar as funções de que a célula precisa. 
Exemplo
Catalisar reações, formar estruturas e participar de vias metabólicas. 
O DNA também possui uma maquinaria para realizar cópias da fita original em um processo chamado de
replicação. Em breve, veremos com mais detalhes todos esses processos do dogma central da biologia
molecular.
Organização do material genético
Estrutura e organização do DNA e do RNA
Nós já sabemos que o DNA e o RNA são formados por uma base nitrogenada, um grupamento fosfato e uma
pentose. Mas como funciona de fato a estrutura do DNA e do RNA nos seres vivos? O que as diferentes bases
nitrogenadas representam? Neste tópico, responderemos a algumas dessas perguntas.
O DNA tem como função principal armazenar informação. Conforme a sequência de bases nitrogenadas, a
informação passada adiante vai servir para determinado propósito. A porção do DNA que a transmite é
chamada de gene, um segmento codificante do DNA, isto é, um trecho que será lido e transcrito e formará
uma proteína com uma atividade de acordo com a sequência do DNA. 
Saiba mais
O DNA não é apenas formado por genes. Na verdade, a maior partedele é não codificante (DNA não
transcrito). Essas regiões têm sua importância no controle da expressão gênica e auxiliam em
determinados processos, como a replicação e a formação dos cromossomos. 
O cromossomo é uma estrutura composta por uma molécula de DNA altamente compactada e associada a
proteínas auxiliadoras que ajudam a compactar e descompactar o DNA para facilitar ou dificultar o acesso de
outras proteínas a trechos do DNA. Todo o conjunto de genes e regiões não codificantes recebe o nome de 
genoma, que contém toda a informação hereditária que será passada da célula-mãe para as células-filhas.
À exceção de alguns vírus, todos os seres vivos utilizam a molécula de DNA para armazenar e transferir suas
características hereditárias. Esse material genético pode estar: 
Disperso no citoplasma
Nos procariotos.
Dentro de um núcleo
Nos eucariotos.
Os procariotos são os organismos mais antigos da Terra. Todos são unicelulares e não possuem um núcleo
organizado, isto é, o seu material genético não é separado por uma membrana nuclear chamada de carioteca.
Essa “falta” de organização e a ausência de um núcleo definido fazem com que os procariotos sejam
parecidos com as primeiras células encontradas no nosso planeta. Tais organismos são relativamente mais
simples; além disso, a sua expressão gênica é diferente da nossa. Nós, seres humanos, pertencemos ao grupo
dos eucariontes e temos o material genético separado do citoplasma pela carioteca.
Expressão gênica
É o processo em que uma informação contida no DNA é transcrita e traduzida para a formação de
proteínas. A proteína é a expressão da informação presente no DNA.
Núcleo disperso nas células procariontes e núcleo compartimentado pela carioteca
nas células eucariontes.
Material genético dos procariotos
Cromossomo procarioto
Os procariotos possuem apenas um cromossomo linear ou circular que contém todo o seu material genético.
Seu nome é DNA cromossomal.
Além do cromossomo, eles também podem possuir elementos genéticos móveis (EGMs). Os EGMs são
responsáveis por transmitir algumas características genéticas a outros indivíduos vizinhos para lhes conferir
alguma vantagem ou desvantagem. Os EGMs são partes fundamentais do DNA dos procariotos, mesmo não
pertencendo ao cromossomo. 
O cromossomo dos procariotos possui uma quantidade de DNA que pode variar entre 0,16 e 13Mpb
(megapares de base). 
Exemplo
O DNA da bactéria E. coli possui cerca de 4,6Mpb contido em uma célula de 2μm! 
Esse volume só é possível devido ao alto grau de condensação do DNA. A condensação é feita por meio da
formação de grandes alças na molécula de DNA que originam alças menores, possibilitando que o DNA ocupe
um menor volume na célula.
As alças são formadas com o auxílio das proteínas DNA girase e topoisomerase l. A região formada por este
único cromossomo condensado é chamada de nucleoide. 
Compactação do DNA procarionte.
Elementos genéticos móveis
Os EGMs são partes fundamentais do DNA dos procariotos, mesmo não pertencendo ao cromossomo. É
importante saber que existem diferentes tipos de EGMs, vamos estudar os três principais: plasmídeos,
bacteriófagos e os transposons. 
Tipos de elementos genéticos móveis (EGMs)
Os plasmídeos são moléculas circulares de DNA fita dupla, independentes do cromossomo e possuem
capacidade de replicação autônoma. Seu tamanho é de cerca de 1 a 35 kpb (Quilo de pares de base). Cada
célula pode conter diversos ou nenhum plasmídeo, com uma ou várias cópias. Os plasmídeos são
considerados elementos de herança extracromossômica, já que possuem replicação autônoma,
independentemente do cromossomo. Eles também não são vitais e não causam malefícios à célula
hospedeira.
Geralmente, os plasmídeos possuem informações que serão aproveitadas para a produção de toxinas, pilinas,
adesinas e diversos outros tipos de proteínas capazes de conferir algum tipo de vantagem para a célula
hospedeira. Justamente por isso, eles podem ser chamados também de elementos genéticos acessórios. 
Plasmídeo e DNA bacteriano.
Os plasmídeos não são normalmente sintetizados, e sim adquiridos por meio de um fenômeno denominado 
conjugação bacteriana, em que uma bactéria transfere os seus plasmídeos para outra e mantém uma cópia
deles para si. Eles são de grande importância no estudo da biologia molecular por sua facilidade de manuseio
e replicação.
Essas moléculas são utilizadas como vetores nos quais uma sequência de interesse é inserida no plasmídeo,
que, por sua vez, é difundido entre os indivíduos de determinada colônia de bactérias. As bactérias, ao se
replicarem, possibilitam originar uma grande quantidade de cópias da sequência de interesse.
A partir disso, podemos purificar esse material e usá-lo para os mais diversos fins. 
Exemplo
Uma das formas de obtenção e produção de insulina é utilizando os plasmídeos como vetores. 
Bacteriófagos
São vírus que infectam bactérias, injetando o seu material genético. Eles podem se inserir no DNA
cromossomal e se replicar junto com o organismo.
Após a inserção, os genes contidos no bacteriófago são expressos e se mostram capazes de codificar
proteínas, além de toxinas e fatores de virulência e toxinas. Eles são perigosos, porque podem transformar
uma bactéria não patogênica em uma patogênica.
Alguns bacteriófagos podem até mesmo produzir capsídeo viral e se multiplicar diversas vezes, iniciando um 
ciclo lítico que termina na eclosão da célula hospedeira. 
Ciclo lítico
É a multiplicação do vírus dentro de uma célula, formando novos vírus e resultando no rompimento de
dentro para fora da membrana celular, o que libera uma grande carga viral.
DNA do bacteriófago.
Transposons
São pequenas sequências de DNA que serão inseridas de forma aleatória no DNA do organismo hospedeiro,
formando novos trechos de genoma. Esse evento é chamado de transposição e catalisado por enzimas
denominadas transposases.
As transposases são capazes de cortar o DNA na região do transposon, liberando essas sequências que se
difundem pela célula. Os transposons são identificados a partir de mudanças fenotípicas nas bactérias. 
Representação de um Transposon.
Como quase todo o DNA bacteriano é codificante, essas inserções podem causar algumas alterações
funcionais no procarioto, como, por exemplo, a perda de atividade enzimática.
Existem três principais subgrupos de transposons: 
Sequências de inserção (chamadas de IS )
Os ISs (Insertion sequence) são os transposons mais simples, podendo
se inserir tanto no cromossomo quanto nos plasmídeos. Com cerca de
700 a 2.500pb, eles são nomeados pela sigla IS seguida de um número. É
o exemplo do IS3 ou IS37.
Os ISs contêm os genes responsáveis pelo próprio mecanismo de
transposição que codificam as transposases e possuem sequências
muito parecidas em suas extremidades para que a sua respectiva
transposase corte essa região, liberando o IS para ser reinserido em um
outro sítio. A transposição acontece no momento de abertura – que
antecede a replicação – da dupla fita de DNA, em que o transposon é
inserido na fita de DNA e replicado junto com o DNA do procarioto.
Transposons compostos (simbolizados pela sigla Tn)
Eles são chamados de transposons compostos por serem formados por
duas sequências de ISs em suas extremidades. Os Tn podem conferir
vantagens a bactérias. É o caso do Tn9, que gera resistência ao
antibiótico cloranfenicol.
Transposons complexos (ou elementos TnA)
Com cerca de 500pb, tais elementos, em vez de ISs em suas
extremidades, possuem pequenas sequências indicando o local de corte
pela transposase. Os TnA induzem a replicação do procarioto com
objetivo de se multiplicarem.
É importante destacar que os EGMs possibilitam que as bactérias
troquem informação genética de maneira muito rápida. Desse modo, caso
apareça algum desses elementos, como, por exemplo, a capacidade de
gerar resistência a um antibiótico, todas as bactérias da colônia também
ganham a mesma resistência. Essas características foram fundamentais
para a evolução e a manutenção da vida dos organismosprocariontes.
Material genético dos eucariotos
Membrana nuclear em eucariotos
Conforme já aprendemos, a maior diferença entre procariotos e eucariotos é a presença da carioteca (uma
membrana nuclear que engloba o material genético, isolando o citoplasma) no conjunto chamado de núcleo. O
núcleo permite um maior nível de organização celular e modifica a organização e a estrutura gênica.
Diferença entre uma célula eucariótica e procariótica.
Para começarmos a entender o nível de complexidade da organização do material genético em eucariotos,
faremos algumas contas básicas. Todo o genoma humano possui cerca de 3.2Gpb (giga de pares de base). Já
a espécie Polychaos dubium, um pequeno parasita unicelular eucarionte, conta com 670Gpb, ou seja, uma
quantidade cerca de 200 vezes maior que o nossa. 
Esse fenômeno é chamado de paradoxo do valor C, em que a complexidade do organismo não está associada
ao tamanho do seu material genético, uma vez que nós, seres humanos, somos mais complexos que esse
parasita. O paradoxo do valor C pode ser explicado pela maneira com que o DNA é codificado e processado. 
Compactação do DNA dos eucariotos
Outro fator relevante é o nível de compactação do DNA. Vamos agora fazer um comparativo entre duas células
cujos valores de pares de base existentes nós já conhecemos: a humana, com 3,2Gpb, e a E. coli, com
4,6Mpb. 
Célula humana.
Nucleossomo.
Cromossomo.
Célula E. coli.
O DNA humano é contido em um diâmetro de cerca de 5 a 10μm, enquanto na E. coli esse valor é de 2μm, ou
seja, um DNA 700 vezes maior ocupa um espaço quase semelhante ao da bactéria. Isso é possível graças a
uma forma diferente de estruturação e compactação do DNA.
O genoma dos eucariotos é compactado em cinco níveis diferentes. 
No primeiro, todo DNA, que possui 2nm, é acoplado a
proteínas chamadas de histonas. Essa estrutura é
conhecida como nucleossomo.
O nucleossomo possui 11nm e se compacta, formando uma
estrutura solenoide de 30nm. Essas histonas ficam bem
juntas, propiciando a formação de uma estrutura ainda mais
densa, como se fossem fibras.
No terceiro e quarto nível de compactação, são formadas as
alças dos solenoides (parecidas com as alças dos
procariotos) com 300 e 700nm, respectivamente. No último grau de compactação, ocorre a formação de uma
alça ainda maior, 1.400nm, dando origem à estrutura chamada de cromátide cromossômica. 
Duas cromátides unidas por uma estrutura
denominada centrômero formam o
cromossomo. O conjunto de cromossomos, ou
seja, o DNA e as proteínas acessórias
(principalmente, as histonas), forma a
cromatina.
O cromossomo também possui em suas
extremidades os telômeros, que são estruturas
fundamentais para a estabilidade do
cromossomo e indicadores da idade celular, já
que um pequeno trecho desse telômero é
perdido devido à forma com que o DNA replica.
O grau de compactação do DNA eucarionte
pode variar de acordo com a fase do ciclo
celular que se encontra, pois a cromatina se organiza de diferentes formas, obedecendo à necessidade de
expressão gênica.
Com o DNA menos condensado (um estado mais aberto), ele pode ser exposto a toda a maquinaria de
transcrição e/ou replicação existente, e a cromatina se encontra em um estado de eucromatina. Já no caso de
um muito condensado, a célula não consegue expressar ou replicar determinada região, e ele se encontra no
estado de heterocromatina. Há ainda a heterocromatina constitutiva, formada por trechos que nunca serão
transcritos.
Transcrição do DNA descompactado.
Normalmente, seu nome é estado de eucromatina/heterocromatina, já que não se trata de algo fixo. Desse
modo, o mesmo trecho pode ficar ora em estado de eucromatina, ora em estado de heterocromatina.
Contudo, não é errado chamá-lo apenas de eucromatina ou heterocromatina.
Os eucariotos possuem também um DNA extracromossomal, que está presente nas mitocôndrias e nos
cloroplastos (nas células vegetais) e é completamente independente do DNA cromossomal. Existem teorias de
que essas organelas eram outros organismos que acabaram sendo inseridos nas células eucariontes e lá
permaneceram, pois o ambiente era favorável. Em troca do ambiente seguro, eles geravam energia para as
células hospedeiras, formando, assim, uma relação de simbiose.
Processo de compactação do DNA dos eucariotos
Neste vídeo, compreenderemos as etapas de compactação que o DNA eucarionte sofre.
Conteúdo interativo
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Vem que eu te explico!
Os vídeos a seguir abordam os assuntos mais relevantes do conteúdo que você acabou de estudar.
Vamos falar sobre os componentes do núcleo celular?
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Vamos conhecer a teoria de Oparin e Haldane?
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Vamos falar sobre os tipos de elementos genéticos móveis (EGMs?)
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Características do cromossomo procarioto
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Verificando o aprendizado
Questão 1
Estudamos as teorias do surgimento da vida e as características estruturais das moléculas que compõem o
genoma. Sobre esses assuntos, leia as afirmativas abaixo e responda.
 
I. A teoria de Oparin e Haldane era a mais aceita até a descoberta do meteoro de Murchinson; a partir de
então, a mais aceita foi a da panspermia.
II. A teoria mais aceita atualmente para a origem da vida na Terra é derivada da teoria de Oparin e Haldane,
segundo a qual a vida surgiu de forma espontânea a partir de pequenas moléculas orgânicas.
III. O RNA e o DNA são moléculas capazes de armazenar informação genética; entretanto, o DNA é mais
estável e se consolidou nessa função.
IV. O mundo RNA dependia de organismos complexos.
 
Estão corretas as afirmativas:
A
I e II.
B
I e III.
C
II e III.
D
II, III e IV.
E
I e IV.
A alternativa C está correta.
Vamos analisar caso a caso. Apesar de surpreendente, a teoria da panspermia (vida advinda do espaço)
não apresenta evidências suficientes. Já a de Operin e Haldane se baseia na criação da vida por meio de
moléculas orgânicas criadas de forma espontânea em um ambiente favorável, propiciando, com o tempo, a
formação de moléculas cada vez mais complexas. Essa teoria vem ganhando cada vez mais força com
novas descobertas. Os eucariotos e os procariotos usam moléculas de DNA para armazenar sua informação
genética, e a dupla fita de DNA é mais estável que o RNA. O "mundo-RNA" é uma teoria que surgiu com a
possibilidade de autorreplicação do RNA.
Questão 2
Vimos as principais diferenças na organização das células procariontes e eucariontes. Sobre a organização
nos eucariotos, como você espera que esteja organizado o DNA de uma célula pronta para se replicar?
A
DNA completamente enovelado em estado de eucromatina.
B
DNA parcialmente desenovelado em estado de heterocromatina.
C
DNA desenovelado em estado de heterocromatina.
D
DNA desenovelado em estado de eucromatina.
E
DNA completamente enovelado em estado de heterocromatina.
A alternativa D está correta.
Para a maquinaria de replicação ter acesso ao DNA, ele precisa estar exposto. No caso da replicação, todo
o material genético será copiado para dar origem a uma nova célula-filha; portanto, todo o DNA precisa
estar desenovelado no estado de eucromatina. A heterocromatina seria com o DNA enovelado; dessa
forma, o DNA não teria como ser replicado.
Livro de receitas trancado, assim como o DNA dentro
do núcleo.
2. O DNA e o dogma central da Biologia
Dogma central da Biologia e etapa de replicação
Conceito geral do dogma central da biologia molecular
No módulo anterior, nós verificamos que o material genético é responsável por armazenar informações e que
isso ocorre preferencialmente no DNA por ele ser mais estável e por conta do fluxo de informações. As
informações presentes no DNA são transcritas para o RNA e então traduzidas para proteínas, um conceito
conhecido como o dogma central da Biologia.
Maspor que e de que forma essas etapas acontecem? 
Imagine a célula humana como se fosse um restaurante
antigo que era o melhor da cidade. Todas as receitas dele
estão armazenadas em um grande livro de receitas que fica
trancado dentro de um armário.
Esse seria nosso DNA dentro do núcleo, considerando as
células de um ser eucarioto. Quando surge a necessidade
de cozinhar algo, o armário precisa ser destrancado. Da
mesma forma que estudamos antes, determinada região de
heterocromatina precisa ser exposta e se torna eucromatina
para que tenhamos acesso com o objetivo de ler o material
alvo, seja ele o DNA ou o livro de receitas.
Tanto o livro quanto o DNA são extremamente preciosos:
sem eles, não há vida ou restaurante. Qualquer um dos dois,
assim, não deve ser retirado do núcleo ou do armário.
Para que isso aconteça, o ideal é realizar uma transcrição desse material em outro menos valioso, seja ele um
RNA ou uma folha de caderno, porque, mesmo que lhe aconteça algum dano, isso não vai comprometer toda a
célula ou todo o restaurante. Depois de ser feita, a cópia deve ser levada até outro local para que a receita
seja executada ou traduzida em um objetivo final, como um prato do restaurante ou uma proteína.
Outra etapa muito importante é a replicação: ainda dentro da nossa analogia, ela equivaleria à necessidade de
abrir um segundo restaurante. Também precisamos ter esse livro de receitas no local; sendo assim, uma
réplica dele tem de ser feita da forma mais íntegra possível, contendo a menor quantidade de erros. 
O mesmo acontece quando uma célula precisa criar uma cópia dela própria: todo o DNA é replicado
para que a célula-filha seja idêntica à mãe.
Juntos, estudaremos cada etapa do dogma central da Biologia de forma isolada e dentro de um contexto
geral, começando pela replicação.
Uma última informação muito importante antes de começarmos: a replicação, a transcrição e a tradução
apresentarão diferenças se o organismo for procarionte ou eucarionte. Apesar de o objetivo final ser o mesmo,
o caminho varia. Isso acontece por causa da maneira com que a célula se organiza devido a:
 
Presença ou ausência de uma carioteca.
Forma que o material genético é organizado.
Fatores associados a tais eventos.
Para fins didáticos, nosso estudo será voltado principalmente para os organismos eucariontes, citando
algumas diferenças que ocorrem nos procariontes.
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Mola sendo esticada.
Conceito geral de replicação
Todas as células do nosso organismo possuem determinado tempo de vida; entretanto, algumas têm uma
maior dificuldade e/ou necessidade de replicação, como os neurônios, enquanto outras precisam se
multiplicar rapidamente para repor um tecido por exemplo, como as células epiteliais. Seja qual for o caso, a
célula terá de se dividir. E, para isso o DNA, precisa ser replicado. 
Saiba mais
O DNA é formado por uma dupla hélice com duas orientações diferentes para que haja
complementariedade entre as fitas, como se fosse um zíper. Caso as duas fitas estivessem no mesmo
sentido, não seria possível formar uma dupla fita estável. 
Uma das fitas possui uma hidroxila livre no carbono 3 da pentose; a outra fita, o carbono 5 livre na pentose,
como pode ser visto na figura a seguir. Dessa forma, uma fita é chamada de 5’→3’ e a fita complementar, de
3’→5’. 
A cadeia de DNA possui uma ponta 5’ e uma ponta 3’..
Etapas da replicação
A replicação tem início com a abertura da dupla fita de DNA mediada pela enzima helicase, capaz de separar
as ligações de hidrogênio entre as bases nitrogenadas. A região de abertura da dupla fita é chamada de bolha
de replicação.
Ao longo do DNA, são formadas várias dessas bolhas para que o processo seja ainda mais rápido. No entanto,
existem alguns problemas relacionados a isso. 
Já experimentou esticar um objeto espiralado, como um
prendedor de cabelo ou uma mola?
Se você fizer isso, perceberá que uma tensão muito grande
vai se formar na ponta do objeto: justamente por esticar
algo que estava enrolado, a mola poderia facilmente
quebrar.
Acontece algo parecido com o DNA: para continuar a
replicação, a fita precisa estar esticada, mas ela é uma
dupla hélice. Com isso, entra em ação a enzima 
topoisomerase ou DNA girase. Tal enzima tem como função desfazer essa tensão próxima ao início da bolha
de replicação, que é aberta pela helicase.
Na região aberta da dupla fita, há o acoplamento de algumas proteínas – entre elas, destacam-se a primase e
o complexo DNA polimerase (existem várias DNA polimerases, mas vamos falar da I e da III), formado por
várias subunidades com diferentes funções. 
Exemplo
Ler um nucleotídeo, adicionar o nucleotídeo complementar na fita molde e ligar os nucleotídeos que
estão sendo formados para a construção de uma nova fita. 
A primase é fundamental para que a DNA polimerase III comece seu trabalho. Lembra que falamos das
extremidades 5’ e 3’? A síntese de uma nova fita sempre acontece no sentido 5’→3’, pois a DNA polimerase só
consegue atuar quando ela enxerga uma ponta 3’. Vejamos as etapas do seu trabalho:
Primeiro passo
A primase vai construir uma pequena fita de RNA complementar à fita molde, com cerca de 15
nucleotídeos, para possibilitar a chegada da DNA polimerase. Esse pequeno trecho é chamado de
primer.
Segundo passo
Agora sim chega a DNA polimerase III, que é capaz de englobar a fita original para ler qual nucleotídeo
está ali presente. Em seguida, ela seleciona um novo nucleotídeo de acordo com a fita molde –
sempre respeitando a paridade A-T, C-G – e realiza a ligação desse nucleotídeo selecionado na fita
molde.
Terceiro passo
Uma vez feita a ligação de um novo nucleotídeo na fita molde, a DNA polimerase III caminha em
direção ao próximo nucleotídeo e repete o processo de forma muito rápida – e sempre no sentido
5’→3’.
Sabemos que o DNA é formado por uma dupla fita, em que uma delas está no sentido 5’→3’ e a outra, no
sentido oposto: 3’→5’. Para essa segunda fita, é mais fácil construir uma nova fita no sentido 5’→3’, uma vez
que esse já é o sentido complementar, correto?
Mas como acontece na fita 5’→3’, em que o sentido oposto é 3’→5’? 
Saiba mais
Para resolver esse problema, a replicação da fita molde 5’→3’ ocorre de pedaço em pedaço. À medida
que a helicase vai abrindo a fita dupla, diferentes enzimas primases inserem vários primers ao longo da
fita. Depois disso, a DNA polimerase III se junta nessas regiões, contendo os primers e sintetizando um
trecho da fita até chegar próximo ao primer seguinte. 
Quando a polimerase chega ao próximo primer, ela se desacopla da fita de DNA e uma outra proteína assume
a DNA ligase, que junta os diferentes fragmentos de DNA construídos. Damos o nome desses trechos de DNA
feitos ao longo da fita de fragmentos de Okazaki.
A figura a seguir exemplifica esse processo e vai facilitar o entendimento. A fita feita de forma contínua é
chamada de fita líder. A outra, montada pela união dos fragmentos de Okazaki, tem o nome de fita tardia. 
Representação da bolha de replicação.
Os processos realizados pela DNA polimerase III e pela primase são muito rápidos e podem ser suscetíveis a
erros (a primase costuma errar mais que a DNA polimerase III). Um exemplo de erro seria a adição de um
nucleotídeo na posição errada ou algum nucleotídeo que não foi inserido, o que pode acontecer em um lugar
crucial para o funcionamento celular.
Dessa forma, antes do final da replicação, a DNA polimerase I é responsável por corrigir esses eventuais erros
e remover todos os primers da nova fita, os substituindo por DNA. Já as lacunas entre esses novos trechos
construídos após a remoção dos primers são fechadas pela enzima DNA ligase. Com isso, todo o DNA é
replicado e duas fitas duplas de DNA são formadas.
Entretanto, não se trata de duas novas fitas duplas: em cada fita dupla de DNA, uma delas já existia antes da
replicação. Por isso, a replicação é um processo chamado de semiconservativo.
Curiosidade
Um ponto a ser considerado que difere a replicação entre eucariotos e procariotos é que,no segundo
grupo, ocorre a formação apenas de uma bolha de replicação durante todo o processo. 
Agora que já vimos como o DNA é replicado nas células, podemos seguir para o fluxo de informações, que
começa com a transcrição do DNA.
Etapa de transcrição
Conceito geral de transcrição
A transcrição, em resumo, é o processo em que o DNA, responsável por manter todas as informações para o
funcionamento do organismo, expõe um trecho, chamado de gene, para ser copiado. A cópia é feita utilizando
moléculas de RNA.
Esse RNA tem como função principal chegar à maquinaria de tradução íntegro para que a informação expressa
no DNA seja perfeitamente lida e traduzida. A transcrição é um processo que ocorre de forma diferente em
eucariotos e procariotos por diversos motivos, como, por exemplo a presença/ausência da carioteca, que
separa o DNA presente no núcleo do restante do citoplasma, e pelo fato de a complexidade e a organização
do DNA serem diferentes entre essas classes de organismos. 
Camelos preservam água e gordura para sobreviverem
no deserto.
Complexidade e a organização do DNA
Como vimos, os eucariotos organizam seu DNA em cromossomos. já os procariotos fazem isso em
plasmídeos e outros elementos.
Transcrição do DNA.
Sobre a transcrição, veremos alguns dos mecanismos que acontecem nos seres procariotos e eucariotos para
termos uma noção geral de como se dá a tradução nos diferentes organismos. Além disso, vamos apresentar
as noções básicas de regulação da expressão gênica para entender melhor os motivos que podem aumentar
ou diminuir a transcrição de um gene.
Todos os seres vivos estão em um ambiente sujeito a constantes alterações. Às vezes, é possível faltar
nutrientes ou a temperatura fica muito alta. Há inúmeras possibilidades, e nossos genes precisam responder a
essas variações. 
Se faltar um nutriente, o indivíduo que conseguir
economizar melhor recursos vai sobreviver. Por outro lado, a
tendência para aqueles que continuam utilizando-o, em
geral, é morrer. Existe, assim, uma seleção natural daqueles
que conseguem se adaptar rapidamente ao novo meio em
detrimento dos que não têm essa habilidade.
Poupar recursos depende do seguinte fator: que
determinados genes que gastam muita energia fiquem
menos ativos, estando mais condensados (em estado de
heterocromatina) para serem menos expressos. Já os genes
responsáveis pelo armazenamento de recursos, como os
que expressam as proteínas promotoras da formação do
glicogênio, ficam mais ativos, ou seja, descompactados (eucromatina), para que a maquinaria de transcrição
possa acessá-los.
É importante ressaltar que existem ainda os genes essenciais para a manutenção da vida: são os chamados 
genes constitutivos. Não é possível simplesmente economizar energia expressando uma menor quantidade
deles; caso contrário, existe uma alta possibilidade de isso levar à morte.
Transcrição em procariotos
Nos organismos procariontes, a transcrição ocorre a partir do acoplamento da RNA polimerase em uma
sequência de DNA denominada região promotora. A RNA polimerase é responsável por ler a fita de DNA e
construir uma molécula de RNA complementar a esse DNA, conhecido como RNA mensageiro ou RNAm, que
recebe esse nome por levar a mensagem do DNA (gene) para a maquinaria de tradução. 
Saiba mais
Todos os genes (sequências de DNA codificantes) possuem uma região promotora. Essa região pode
inclusive favorecer uma maior ou menor expressão gênica, fazendo um controle negativo ou positivo a
depender da ligação de determinadas proteínas conhecidas como fatores transcricionais, que inibem ou
ativam a expressão gênica. 
Vamos ver agora um exemplo mais concreto desse conceito de regulação baseado em fatores transcricionais
repressores (controle negativo) ou efetores (controle positivo). 
Regulação da expressão gênica negativa.
Regulação da expressão gênica positiva.
Uma regulação negativa pode acontecer de algumas formas. Um fator repressor se liga à região promotora e
impede que a RNA polimerase acople na fita de DNA, inibindo a transcrição. Além disso, um fator do tipo pode
se ligar a um efetor, impedindo a sua atuação e diminuindo a expressão de determinado gene. O mesmo
conceito pode ser aplicado inversamente: 
Um fator efetor se liga à região promotora, aumentando a transcrição, ou é capaz de estabelecer
uma ligação com um repressor e impedir a inibição do gene.
Nos procariotos, a região codificante, cujo nome é operon, é composta por mais de um gene – em geral, com
função final relacionada (de uma mesma via metabólica). Todos os genes de determinado operon, desse
modo, vão formar proteínas com funções de alguma forma vinculadas umas às outras, como veremos em
breve.
O RNAm oriundo da transcrição de um operon é formado por mais de um gene, sendo chamado de RNAm
policistrônico. De modo diferente, nos eucariotos, todas as regiões promotoras estão associadas a apenas um
gene; sendo assim, o RNAm final possui informações apenas desse gene, tendo o nome de RNAm
monocistrônico. Apesar de o RNAm dos eucariotos ser formado por apenas um gene, ele precisa ser
processado para continuar a sua jornada. 
Diferenças no RNAm de eucariontes e procariontes. UTR é uma sigla do termo inglês
, que significa região não codificante.
Após a formação e o processamento do RNAm nos eucariotos, ele precisa sair do núcleo para encontrar o
ribossomo. Nos procariotos, por não possuir carioteca, o RNAm encontra-se no citoplasma, e um RNAt (RNA
transportador) é responsável por levar o RNAm contendo as informações do DNA para o ribossomo, local onde
ele vai iniciar a tradução.
Agora que já possuímos uma noção sobre a transcrição nos procariotos, podemos ver com mais detalhes esse
processo nos organismos eucariontes. 
Etapa de transcrição em eucariotos
Conceito geral de transcrição em eucariotos
Vamos considerar a estrutura e organização dos procariotos:
 
Seres unicelulares cujo material genético quase todo é codificante.
Proteínas interligadas de uma mesma via metabólica sendo expressas.
Regulação básicas de ativação ou repressão genética e promotores.
Observaremos que as células procariontes funcionam muito bem se pensarmos que elas são unidades
individuais, buscando a sobrevivência. De modo diferente, se considerarmos os organismos multicelulares,
veremos que eles possuem um maior nível de complexidade e que, ao mesmo tempo, o percentual de gene
codificante e não codificante é muito menor.
Nos humanos, cerca de 2% do DNA é codificante. É um pouco contraintuitivo pensar que um organismo mais
complexo, como no caso dos seres eucariontes em que todas as células, mesmo com funções variadas,
possuem o mesmo DNA – temos, ainda por cima, uma porcentagem proporcionalmente menor de genes
codificantes. Vamos conhecer um exemplo?
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Exemplo
No quesito especialização celular, uma célula do seu intestino precisa absorver e transportar nutrientes
com muita eficiência. Já uma célula da sua pele tem de se multiplicar mais, conferir resistência e
acumular queratina. No entanto, os dois tipos celulares têm os mesmos genes, assim como praticamente
todo o DNA é igual! 
O segredo desse paradoxo é a regulação gênica e o processamento do RNAm. Para ser possível transcrever
uma fita de DNA, primeiramente há o acoplamento da RNA polimerase na fita dupla. Esse DNA precisa estar
acessível à maquinaria de transcrição, ou seja, em um estado descompactado.
Compactação e descompactação do DNA
A compactação e a descompactação do DNA em eucariotos são dadas pelas proteínas histonas, sendo um
tipo de regulação gênica. As histonas ditam a compactação da cromatina e são moduladas por pequenas
alterações químicas em sua estrutura. Essas alterações são: 
Metilação
A adição de grupamentos metila favorece a
compactação do DNA pelas histonas,
impossibilitando a atuação da maquinaria
transcricional.
Acetilação
A adição de grupamentos acetil favorece a
descompactação do DNA, possibilitando a
atuação da maquinaria de transcrição. Esse
mecanismo é catalisado pelas proteínas histona
acetiltransferase (HAT) e é reversível.
Importante ressaltar que por conta do HAT, uma das maneiras de regular o que vai ser expresso é dependente
do padrão de acetilação/metilação de histonas.
Acetilação de histonas mediada por histona acetil transferase (HAT).
Voltando ao exemplo dado anteriormente, as células do seu intestino certamente possuem trechos do DNA
menos compactados que as células da sua pele. Esses trechos vão expressar proteínas responsáveis pela
absorção dos nutrientes. Nas células da pele, os mesmos trechos estarão com as suas respectivas histonas
metiladas, isto é, mais compactadas.
Determinados fatores transcricionais podem promover a acetilação e a metilação das histonas de maneira
direcionada, gerando especializações celulares. Em resumo, o padrão de histonas do seu DNA é um dos
fatores que faz com que diferentes células tenham funções diferentes. 
Metilação do DNA
Outro mecanismo de inibição da expressão gênica é dado pela metilação do próprio DNA – mais
especificamente, na posição 5 do anel de citosina, o que dificulta a interação com a RNA polimerase,
impedindo a transcrição. 
Citosina metilada na posição 5 do anel pirimidina. A metilação é a adição de um
grupo metil (CH ) de forma covalente. Enzima responsável: DNA metiltransferase
(DNMT).
As citosinas metiladas formam as chamadas ilhas CpG ou ilhas CG (ilhas citosina-guanina). Essa metilação não
é reparada pela maquinaria de reparo celular, não sendo transcrita e traduzida. Ela constitui, assim, partes não
codificantes.
No entanto, tal metilação pode ser passada para as células-filhas no processo de replicação durante a
multiplicação celular, garantido a sua hereditariedade. Elas se localizam principalmente perto do sítio de início
da transcrição de genes constitutivos.
Saiba mais
Nos eucariotos, levando em consideração a regulação da transcrição, há ainda as sequências
reguladoras, que são bastante semelhantes aos operadores dos procariotos. Mas essas sequências
podem, nos eucariotos, estar localizadas a milhares de pares de base de distância do promotor. 
Outros pontos de regulação da expressão gênica
Até agora vimos alguns fatores de regulação associados à transcrição do DNA, mas a expressão gênica dos
eucariotos pode ser regulada em diversos outros pontos. Isso se verifica, por exemplo, em:
 
Processamento pós-transcricional.
Degradação do RNAm.
Tradução.
Processamento pós-traducional.
Degradação e transporte da proteína gerada.
Como sabemos, os eucariotos são organismos bastante complexos, com milhares de diferentes interações. A
cada dia, os cientistas descobrem novos conceitos e novas formas de regulação gênica.
Por isso, vamos nos concentrar em algumas das regulações mais relevantes, como o splicing alternativo e a
maturação do RNAm, no nível do processamento pós-transcricional, assim como nos recém-descobertos
miRNA (microRNA) e siRNA (small interferenceRNA), para a degradação do RNAm.
Agora já sabemos por que todas as células, mesmo possuindo o mesmo DNA, têm especializações diferentes.
Entretanto, falta ainda entender a proporção de DNA codificante e não codificante. 
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Temos apenas 2% de DNA codificante: será que isso é suficiente para dar conta de toda
complexidade de um organismo multicelular?
A resposta é sim. Afinal, estamos vivos, não é?
A chave para entender esse dilema está no splicing alternativo. Cada célula possui um padrão de splicing
(conjunto de informação de como esse processo será realizado) conforme as suas funções, originando, assim,
proteínas diferentes a partir do mesmo gene. 
Splicing alternativo 
O termo em inglês splicing significa emendar. Já “alternativo” se refere ao fato de eles serem íntrons e
éxons; logo, são ligados de forma alternada.
Após a transcrição do gene, é formado um pré-RNAm. Ele é processado por um complexo de RNA e proteínas
denominado spliciossomo, em que, a depender do padrão de splicing celular no momento da transcrição,
alguns trechos do pré-RNAm são considerados éxons e outros, íntrons. 
Os trechos íntrons são removidos do pré-RNAm, enquanto os trechos éxons são ligados pelo spliceossomo,
gerando um pré-RNAm formado apenas com éxons segundo o padrão de splicing. É o que demonstra a figura
a seguir.
Diferentes isoformas do RNAm.
Um mesmo gene pode dar origem a uma enorme quantidade de diferentes RNAm e, por consequência,
proteínas distintas. Dessa maneira, com uma quantidade relativamente baixa de genes codificantes, os
eucariotos conseguem gerar um número muito elevado de diferentes proteínas.
Junto ao splicing alternativo, o pré-RNAm também precisa passar por um processamento que o torna capaz
de sair do núcleo para chegar ao ribossomo onde será traduzido. O pré-RNAm passa por duas etapas:
A primeira etapa
É a adição do cap 5’, dada pela ligação de um nucleotídeo alterado, e o GMP metilado (guanosina monofosfato
metilada), na ponta 5’ do RNAm, por uma ligação trifosfato. O cap 5’ promove a ligação na organela, além de
também ter ação protetora. Ele é fundamental para:
 
O reconhecimento do RNAm maduro.
A exportação do RNAm para fora do núcleo.
O endereçamento do RNAm em direção ao ribossomo.
Cap 5’
A palavra cap significa boné e, nesse caso, pode ser traduzida para capacete 5’. Por isso, seu nome é
cap 5’ ou capacete 5’, uma vez que esse nucleotídeo alterado protege a perda de informação contida no
RNAm oriunda da degradação pela ação de ribonucleases e fosfatases.
A segunda etapa
Constitui uma adição de uma cauda chamada de “poli-A” na extremidade 3’ do RNA. A cauda tem esse nome
por ser formada por 80 a 250 resíduos de adenina.
Ela também serve para proteger o RNAm de degradação enzimática durante todo o processo de locomoção
em direção ao ribossomo. A cauda poli-A é clivada por endonucleases quando o RNAm encontra o ribossomo.
Com a adição do cap 5’ e da cauda poli-A, o RNAm se torna maduro e pode ser traduzido pelo ribossomo no
citoplasma. A regulação desse processo se dá pela remoção de uma dessas adições. Caso a célula não
precise mais de determinada proteína, sinalizações regulatórias serão enviadas para o núcleo, onde elas são
removidas, e o RNAm agora “não maduro” será degradado.
Processamento do RNAm.
A última regulação genética que vamos estudar é a mediada por pequenos RNAs:
miRNAs
Os miRNAs apresentam cerca de 19 a 28pb (pares de base). Eles são endógenos e formados a partir do
pareamento imperfeito de uma fita dupla de RNA (double stranded RNA, conhecido como dsRNA).
Esse pareamento gera uma estrutura em forma de grampo de cabelo; conhecida como hairpin, ela é clivada
por uma endonuclease dicer (endonucleases são proteínas que cortam a fita de RNA ou DNA de forma
precisa), formando os miRNAs. 
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• 
siRNAs
Já os siRNAs, com cerca de 22 a 23pb, são exógenos (oriundos do RNA viral) ou endógenos (oriundos de 
retrotransposons), sendo formados a partir de um pareamento perfeito de uma dsRNA. Eles também são
clivados pela endonuclease dicer, gerando esses fragmentos de siRNA.
Retrotransposons
Componentes genéticos com capacidade de autorreplicação, convertendo RNA em DNA. Estão
presentes em eucariotos, porém sua possível origem é viral. Os retrotransposons, ao longo da evolução
se estabeleceram no genoma eucarionte.
A regulação é dada pela ligação entre o miRNA ou siRNA no RNAm, induzindo a degradação do RNAm ou
impedindo sua tradução. 
Mecanismo de ação do miRNA e siRNA
Recentemente descobertos, os siRNA e miRNA têm um papel muito importante no controle da expressão
gênica em eucariotos. Ainda tentamos entender melhor como eles funcionam, embora suas aplicações
médicas pareçam ser muito promissoras. 
Exemplo
Uma pessoa com o metabolismo alterado para produzir grandes quantidades de colesterol endógeno
pode ter diversos problemas de saúde oriundos do alto colesterol. No futuro, para o caso dela, talvez
seja possível construir siRNAs específicos para silenciar a expressão de HMG-CoA redutase, a principal
enzima da síntese de colesterol endógeno, o que possibilidades para umanova terapia genética. 
Etapa de tradução
Conceito geral de tradução
O processo de tradução é bastante parecido nos organismos eucariontes e procariontes. A maior diferença é
que, nos procariontes, o RNAm não precisa sair do núcleo. Desse modo, veremos esse processo de forma
independente do tipo de organismo.
Após o RNAm ser transcrito e processado no citoplasma, este pode levar a informação para uma estrutura
conhecida como ribossomo, organela responsável por sintetizar proteínas.
O ribossomo é composto de duas subunidades: 
Subunidade maior (chamada de 50S)
A subunidade maior é dividida em três partes: 
Sítio A
Os aminoácidos entram no ribossomo.
Sítio P
Em que é formada a cadeia peptídica.
Sítio E
Em que é formada a cadeia peptídica.
O termo “cadeia peptídica” é dado a uma cadeia de aminoácidos ligados por ligações peptídicas. Trata-se de
interações entre um grupamento amina e um carboxila que estão presentes nas extremidades dos
aminoácidos. Por isso, aliás, eles recebem o nome de aminoácido: amin(a) e ácido (carboxílico).
Subunidade menor (chamada de 30S)
A 30S é responsável pelo acoplamento e pela leitura do RNAm.
Esquema do funcionamento do ribossomo durante a tradução.
Processo de tradução
O processo de tradução se inicia pela leitura do RNAm, sendo realizado de 3 em 3 nucleotídeos. Essa trinca é
conhecida como códon.
É importante saber que a leitura se inicia por um códon específico chamado de start códon e formado pelas
bases AUG. Começa dessa maneira o processo de tradução: sempre lendo de três em três nucleotídeos e
adicionando um novo aminoácido à cadeia peptídica até determinado ponto, em que haverá um códon de
parada chamado de stop códon. 
Dica
Sempre que o ribossomo lê um códon, ele adiciona um aminoácido específico, definido a partir da leitura
do códon, na cadeia peptídica. 
Em resumo, o processo de tradução funciona dessa forma, mas ainda existem dúvidas a serem respondidas. 
Como o ribossomo sabe qual é o aminoácido correto que ele precisa adicionar? Como esse
aminoácido chega à subunidade 50S?
A resposta está em um outro tipo de RNA, o RNA transportador ou RNAt. Ele tem uma estrutura bastante
peculiar, parecendo um grampo de cabelo.
Em uma de suas extremidades, o RNAt possui um aminoácido acoplado e, na extremidade oposta, uma
sequência de três nucleotídeos que será complementar à do códon de leitura presente no RNAm, sendo
chamada de região anticódon. Cada diferente sequência anticódon conta com um aminoácido específico que
será adicionado no ribossomo à cadeia peptídica, formando uma proteína funcional. 
Estrutura do RNAt.
Código genético universal e degenerado
Todos os seres vivos existentes compartilham o mesmo código de códons conhecido como código genético
universal e degenerado, estando associados aos mesmos aminoácidos! Trata-se de mais um indício que
corrobora a confirmação da teoria da evolução, segundo a qual todos nós viemos de um mesmo ancestral
comum. 
Código genético universal.
Vale notar que o código genético universal também é chamado de degenerado pelo fato de a primeira e a
segunda base se repetirem para os seus relativos aminoácidos. A variação ocorre principalmente na terceira
base. Esse é mais um mecanismo de redundância e de minimização de erros, já que, caso aconteça alguma
mutação, se ela for na terceira base do códon, haverá uma grande chance de ser uma sem relevância, porque
ela vai expressar o mesmo aminoácido.
Por fim, a cadeia peptídica expressa a partir do RNAm contendo vários aminoácidos sofre uma ação do
complexo enzimático denominado chaperona. A chaperona fica responsável por otimizar a estrutura terciária
dessa cadeia, auxiliando na construção da proteína funcional e liberando, no fim da sua reação, a proteína em
seu estado final.
Comentário
Assim concluímos o fluxo de informação conhecido como dogma central da Biologia. Existem ainda
alguns vírus com capacidade de burlar esse fluxo pela ação de enzimas específicas, como é o caso da
transcriptase reversa. Tais casos, porém, são especiais e precisam ser estudados de forma mais
profunda. 
Dogma central da Biologia
Neste vídeo, apresentaremos de maneira geral o conceito do dogma central da Biologia.
Conteúdo interativo
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Vem que eu te explico!
Os vídeos a seguir abordam os assuntos mais relevantes do conteúdo que você acabou de estudar.
Conceito de replicação
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O que significa um código genético universal e degenerado
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Conceito de transcrição em eucariotos
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Conceito de tradução
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Verificando o aprendizado
Questão 1
São exemplos de modificações pós-transcricionais em organismos eucariontes:
A
Adição da cauda poli-A e adição do cap 5’.
B
Adição do cap 5’ e abertura mediada por helicase.
C
Adição de aminoácido e abertura por helicase.
D
Adição da cauda poli-A e retirada dos fragmentos de Okazaki.
E
Abertura mediada por helicase e retirada dos fragmentos de Okazaki.
A alternativa A está correta.
A adição da cauda poli-A e do cap 5' é uma estratégia que ajuda no endereçamento do RNAm para fora do
núcleo em direção ao ribossomo e confere mais resistência ao RNAm.
Questão 2
Quais são as principais funções da DNA polimerase I e da III, respectivamente?
A
Abrir a dupla fita de DNA e remover os primers de RNA formados.
B
Remover os primers de RNA, adicionando DNA, e construir a fita líder.
C
Ligar os fragmentos de Okazaki e abrir a dupla fita de DNA.
D
Remover a tensão da dupla fita e adicionar pares de base na fita simples de RNA.
E
Abrir a dupla fita de DNA e adicionar pares de base na fita simples de RNA.
A alternativa B está correta.
A DNA polimerase I é responsável por remover os primers de RNA, que começam a construir os fragmentos
de Okazaki com o intuito de possibilitar a construção da fita tardia e adicionar DNA no lugar do RNA, que é
sintetizado pela primase. Já a polimerase III constrói a fita complementar de DNA no sentido 5'-3'.
3. Conclusão
Considerações finais
Vimos neste conteúdo como a biologia molecular foi estabelecida como ciência a partir da descoberta do DNA
e do RNA, explorando principalmente a sua estrutura e a sua função. Além disso, conhecemos a teoria mais
aceita atualmente para explicar como a vida surgiu no nosso planeta. 
Em seguida, aprendemos de que forma o material genético está organizado nos eucariotos e procariotos,
observando ainda alguns dos mecanismos de regulação da expressão gênica. 
Por fim, percorremos todo o dogma central da Biologia, que explica de que modo funciona o fluxo de
informações presente no nosso material genético. Entendemos o seu sentido, indicando quais etapas ocorrem
para que ele seja expresso e para que sejam produzidas as proteínas funcionais, as quais, por sua vez,
realizam todas as etapas para o funcionamento de um ser vivo.
Podcast
Neste podcast o especialista vai abordar exemplos práticos da aplicação clínica e laboratorial da biologia
molecular, como utilização de plasmídeo para produção de insulina por meio da replicação, entre outros
exemplos.
Conteúdo interativo
Acesse a versão digital para ouvir o áudio.
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Para conhecer um pouco mais sobre a história da biologia molecular, leia Os genes e o gene, matéria de
Rogerio Meneghini publicada na revista FAPESP.
 
Qual foi papel de Rosalind Franklin no modelo da dupla hélice do DNA de Watson e Crick? Para saber mais,
consulte no Scielo Brasil o artigo As controvérsias a respeito da participação de Rosalind Franklin na
construção do modelo da dupla hélice, de Marcos Rodrigues da Silva, publicado em 2010.
 
Michael Russell demonstrou que existem fontes de águas termais no fundo dos oceanos que, aquecidas pelo
manto da Terra, jorram água alcalina. Essas fontes são ricas em minériosde ferro, níquel e enxofre dissolvidos.
Para conhecer mais, leia o livro Questão vital: Por que a vida é como é?, de Nick Lane e Talita Rodrigues, de
2017.
Referências
AL MUFTAH, W. A. et al. Epigenetic associations of type 2 diabetes and BMI in an arab population. Clinical
epigenetics. v. 8. n. 1. 2016.
 
ALBERTS, B. Molecular biology of the cell. 2018.
AMBROS, V. The functions of animal microRNAs. Nature. v. 431. n. 7006. 2004. p. 350-355.
 
BETZ, F. Managing science: methodology and organization of research – innovation, technology, and
knowledge management. Springer, 2011.
 
BORGES-OSÓRIO, M. R.; ROBINSON, W. M. Genética humana. 3. ed. Porto Alegre: Artmed, 2013.
 
COSTA, E. de B. O.; PACHECO, C. Epigenética: regulação da expressão gênica em nível transcricional e suas
implicações. Semina: Ciências Biológicas e da Saúde. v. 34. n. 2. 2013. p. 125-136.
 
HICKMAN, A. B.; DYDA, F. Mechanisms of DNA transposition. Mobile DNA III. 2015. p. 529-553.
 
JOAQUIM, L. M.; EL-HANI, C. N. A genética em transformação: crise e revisão do conceito de gene. Scientiae
studia. v. 8. n. 1. 2010. p. 93-128.
 
KELLERMANN, N. PF. Epigenetic transmission of holocaust trauma: can nightmares be inherited. Israel journal
of psychiatry and related sciences. v. 50. n. 1. 2013. p. 33-39.
 
LEHMAN, N. Cold-hearted RNA heats up life. Nature chemistry. v. 5. n. 12. 2013. p. 987-989.
 
LESLIE, F. M. Multigenerational epigenetic effects of nicotine on lung function. BMC medicine. v. 11. n. 1. 2013.
p. 1-4.
 
NELSON, D. L.; LEHNINGER, A. L.; COX, M. M. Lehninger principles of biochemistry. Macmillan, 2008.
 
PARFREY, L. W.; LAHR, D. JG; KATZ, L. A. The dynamic nature of eukaryotic genomes. Molecular biology and
evolution. v. 25. n. 4. 2008. p. 787-794.
 
VÁZQUEZ-SALAZAR, A.; LAZCANO, A. Early life: embracing the RNA world. Current biology. v. 28. n. 5. 2018. p.
R220-R222.
 
WATSON, J. D.; CRICK, F. H. C. Molecular structure of nucleic acids: a structure for deoxyribose nucleic acid.
Nature. v. 171. n. 4356. 1953. p. 737-738.
Organização gênica
Funcionamento, estruturação e organização do genoma de organismos procarióticos, estrutura básica de
um gene eucariótico e suas respectivas funções, além das sequências codificadora e sequências
reguladoras e estrutura da cromatina.
Prof.ª Gabriela Cardoso Caldas
1. Itens iniciais
Propósito
Compreender a estrutura básica de um gene, seus elementos codificadores e reguladores, bem como as
principais características e diferenças da organização do material genético de organismos procariotos e
eucariotos é de fundamental importância para iniciar os estudos em biologia celular e molecular, fornecendo
base para o aprofundamento nos processos de transcrição e tradução do material genético e embasando o
conhecimento das técnicas aplicadas em genética.
Objetivos
Reconhecer os principais componentes do genoma procariótico, suas funções, estrutura e organização.
Identificar os elementos de um gene eucariótico e suas respectivas funções.
Identificar as principais sequências reguladoras do genoma de procariotos e eucariotos e a estrutura 
da cromatina eucariótica.
Introdução
Os seres vivos podem ser classificados em três grandes domínios: Bacteria, Archaea e Eukarya. Os dois
primeiros grupos compõem o superclado Prokarya, que engloba todos os organismos unicelulares conhecidos
por procariotos. O domínio Bacteria é formado pelas bactérias verdadeiras, que diferem das arqueas (domínio
Archaea) geneticamente, fisiologicamente e bioquimicamente. Nas espécies procarióticas, o DNA encontra-se
compactado numa região em que não é separada do restante do citoplasma. O terceiro domínio, Eukarya,
abrange um grupo heterogêneo de organismos – os eucariotos. Eles variam desde simples protozoários
unicelulares até as plantas e animais superiores. As células eucarióticas apresentam organelas definidas e
compartimentalização do DNA em uma estrutura com membranas – o núcleo. 
Em nosso estudo, vamos aprender sobre a organização do DNA, o genoma, de procariotos e eucariotos.
Vamos iniciar com os seres procariotos, reconhecendo a estrutura básica de um gene e os principais
componentes do genoma procariótico. Além disso, vamos discutir sobre a importância dos plasmídeos, das
ilhas de patogenicidade e a funcionalidade dos interessantíssimos operons. 
Em seguida, vamos para o estudo dos genomas, mas agora nos seres eucarióticos. Vamos ver as principais
diferenças para o genoma de procariotos e as características das regiões gênicas e intergênicas. Ao final,
você estará pronto para responder se a complexidade de um organismo está relacionada à densidade gênica. 
Por fim, vamos discutir a importância das regiões reguladoras, tanto nos procariotos quanto eucariotos. Logo
após, estudaremos sobre a organização da cromatina dos eucariotos. Afinal, como a fita de DNA, com dois
metros de extensão, cabe dentro do núcleo? Está pronto(a) para descobrir? Então se prepare, pois já vamos
iniciar essa interessante jornada pela biologia dos genomas. 
• 
• 
• 
1. Funções, estrutura e organização do genoma procariótico
Familiarização com as estruturas
Os organismos procarióticos incluem todas as bactérias e arqueas e sua estrututra celular é bastante diferente
dos organismos eucarióticos. Nos procariontes, o material genético (DNA), por exemplo, encontra-se
compactado em uma região chamada de nucleoide, que não possui membranas separando-a do restante do
citoplasma. Ou seja, o material genético não está delimitado por uma membrana nuclear. Em algumas
situações e com o auxílio de técnicas de microscopia eletrônica, é possível visualizar o nucleoide bacteriano.
Microscopia eletrônica
O microscópio eletrônico é um equipamento com potencial de aumento muito superior ao óptico, o que
permite a visualização de estruturas e organelas celulares.
A maioria das bactérias contém apenas um cromossomo circular de DNA dupla fita densamente organizado no
nucleoide. Alguns gêneros bacterianos, como Borrelia, também podem apresentar o cromossoma linear. O
DNA cromossômico contém todas as informações genéticas que são essenciais para a sobrevivência da
célula.
Note, na imagem a seguir, a organização do nucleoide e a ausência de organelas membranosas, como o
retículo endoplasmático.
Anatomia da célula bacteriana.
As bactérias e arqueas colonizam praticamente todos os ambientes e formas de vida do nosso planeta. As
arqueas são conhecidas por conseguirem habitar ambientes extremos, como bordas de vulcões e lagos
hipersalinos. Essa habilidade evolutiva é atribuída à plasticidade genética dos procariotos, ou seja, a
capacidade do genoma de sofrer alterações, como mutações ou rearranjo, em condições de pressão
ambiental. 
Comentário
Apesar da reconhecida heterogeneidade ecológica, fisiológica e genética dos procariotos, os genes e
genomas das bactérias e arqueas possuem alguns aspectos organizacionais comuns. Dessa forma, a
partir de agora, vamos estudar as principais características estruturais dos genes procarióticos. 
Estrutura básica dos genes procarióticos
Antes de discutirmos a organização do gene procariótico, é importante que você aprenda alguns conceitos
básicos.
Um gene, seja ele de procarioto ou eucarioto, pode ser definido de forma simplificada como um segmento de
DNA que possui as sequências de nucleotídeos necessárias para a síntese de pelo menos um produto
correspondente: o RNA mensageiro (que será traduzido em proteína) ou RNA transportador ou RNA
ribossomal.
Basicamente, cada um dos genes é formado por uma região codificadora, que é justamente essa sequência
nucleotídica que codifica o RNA, e pelas sequências reguladoras que controlam a sua expressão.
Esquema simplificado da estrutura básica de um gene procariótico.
Entre as sequências reguladoras, as mais importantes são o promotor e o terminador (observe na imagem a
seguir). Não se preocupe, discutiremos com mais detalhes sobre as sequências reguladoras adiante. 
Esquema simplificado da estrutura básica de um gene procariótico,mostrando o
promotor e o terminador.
A expressão de um gene procariótico abrange a transcrição em um RNA, que pode ser um RNA transportador,
RNA ribossomal ou RNA mensageiro. Caso seja um RNA mensageiro, há a tradução do transcrito em uma
proteína. Para entender melhor, observe a imagem a seguir. 
Processos de replicação, transcrição e tradução, do DNA para RNA até a formação
da proteína, no caso de um RNA mensageiro.
Homologia e tamanho dos genes procarióticos
Uma característica típica dos genes procarióticos é a colinearidade entre um gene e seu produto.
Como assim? 
Isso significa que há uma exata correspondência entre a sequência nucleotídica do DNA e a sequência de
nucleotídeos do RNA ou sequência de aminoácidos da proteína, dependendo se o transcrito do gene for um
tRNA, rRNAa ou mRNA.
Mas isso não é óbvio?
Pois é, embora essa relação pareça bastante simples de se fazer, ela representa uma das diferenças básicas
entre a estrutura da grande maioria dos genes procarióticos e eucarióticos. Isso porque, como veremos mais
adiante, os genes eucarióticos normalmente apresentam sequências que interrompem a sequência
codificadora.
Muitos genes procarióticos apresentam semelhanças em suas sequências nucleotídicas, que são
genericamente chamadas de homologias. 
Os genes homólogos surgem a partir da ocorrência de diversos processos evolutivos ao longo do
tempo. 
Quando esse evento evolutivo é uma duplicação de uma região cromossômica, uma das cópias pode manter a
função original, enquanto a outra pode assumir uma função relacionada. Nesses casos, os genes gerados são
chamados de parálogos . Caso um dos genes perca sua funcionalidade após a divergência, mas não a
homologia, é chamado de pseudogene .
Em relação ao tamanho, os genomas procarióticos variam amplamente, desde cerca de 150.000 pares de base
(150kb ou 0,15Mb) até 13.000.000 pares de base (13.000kb ou 13Mb). Porém, tanto em bactérias quanto em
arqueas, vemos distribuições características no tamanho dos genomas.
Em bactérias, predominam genomas com cerca de 2 a 5Mb. Já em arqueas, a predominância é de espécies
com genoma de 2Mb. 
Comentário
O tamanho do genoma de qualquer espécie procariótica pode variar com facilidade ao longo da
evolução, devido a processos de ganho ou perda de sequências. 
Com isso, você deve estar se perguntando se há uma quantidade mínima de genes nos genomas
procarióticos, certo? Pois é, chamamos esse conceito de genoma mínimo, que descreve o menor genoma
capaz de abrigar o mínimo necessário de genes para a sobrevivência de uma forma de vida celular. 
Organização dos genes procarióticos – os replicons
Independentemente do tamanho, todos os genomas procarióticos são constituídos de DNA fita dupla. Porém,
vemos diferenças importantes na forma e no número de cromossomos, que se organizam em unidades de
replicação. Como já comentamos, a maioria das espécies de bactérias e arqueas possui um único
cromossomo, na forma de uma fita dupla de DNA circular, covalentemente fechada. Para entender melhor,
observe a imagem. 
Organização do material genético da célula procariótica.
Porém, como também já comentamos, existem alguns poucos casos de bactérias que possuem mais de uma
molécula de DNA, que podem ser lineares ao invés de circulares.
Em um genoma que é constituído por mais de uma molécula de DNA, podemos denominá-las de acordo com
seu tamanho e conteúdo gênico. Entenda suas características a seguir: 
Moléculas maiores
São centenas a milhares de quilobases (Uma
quilobase (Kb) corresponde a 1000 bases de
nucleotídeos), que apresentam
majoritariamente genes essenciais para a
célula, são chamadas de cromossomos.
Moléculas menores
São dezenas a centenas de quilobases, que não
contém genes essenciais, podem ser chamadas
de plasmídeos.
Mas qual seria a importância dos plasmídeos?
Plasmídeos são elementos genéticos móveis, de DNA circular, encontrados no citoplasma de bactérias e
também de algumas arqueas. Os genes contidos nos plasmídeos não contêm informações essenciais para a
célula, mas conferem vantagens seletivas, como, por exemplo, a resistência contra antibióticos. 
Diferenças entre o DNA cromossômico e o DNA plasmidial, em bactérias.
O DNA plasmidial se mantém extremamente compactado, consegue se replicar independentemente do DNA
cromossômico e pode existir em número variável. Alguns plasmídeos podem se integrar no cromossomo e
recebem o nome de epissomos. Neste caso, sua replicação é dependente da replicação do cromossomo. A
integração do cromossomo pode ser reversível e, quando o epissomo se desliga do cromossomo, ele pode
levar genes bacterianos.
Existem plasmídeos de resistência, como os que conferem a produção das enzimas β-lactamases, ou de
virulência, como os que codificam proteínas de adesão. Quando a bactéria perde o plasmídeo, inclusive por
ação de algumas drogas, ela só consegue recuperá-lo através de uma nova infecção, como, por exemplo,
através do mecanismo de conjugação.
Comentamos anteriormente que uma questão importante dos genomas procarióticos se refere à organização
do cromossomo em unidades de replicação, bem diferente do que veremos em eucariotos. Essas unidades de
replicação, que também podemos chamar de replicons, são os segmentos cromossômicos que replicam a
partir de uma origem de replicação.
Em bactérias, cada cromossomo possui apenas uma origem de replicação. Em arqueas, podemos encontrar
até três origens de replicação para um cromossomo. A diferença, em eucariotos, é que cada cromossomo está
organizado em centenas ou milhares de replicons. 
Organização em replicons de cromossomos de bactérias, arqueas e eucariotos. (A)
Cromossomos bacterianos apresentam uma única origem de replicação (replicon),
em vermelho. (B) Cromossomos de arqueas podem ter uma, duas ou três origens de
replicação. (C) Cromossomos eucarióticos estão organizados em centenas ou
milhares de replicons.
Os genomas procarióticos apresentam uma elevada densidade gênica se comparados aos genomas
eucarióticos, como veremos adiante. Esse fato se deve a aspectos como o tamanho relativamente reduzido
dos genomas, extensão das regiões codificadoras e reguladoras e o número de genes por genoma. Além
disso, uma coisa que também temos que levar em consideração é que, em genomas procarióticos, a extensão
das regiões intergênicas, não codificadoras, é bem mais curta que a dos genes. Esse é mais um fato que
reforça o conceito do alto grau de compactação da informação em genomas procarióticos. Não se preocupe,
pois vamos discutir com mais detalhes a densidade gênica mais para frente. 
Unidades organizacionais dos genomas procarióticos
Como você deve ter reparado, os genes são apenas alguns dos componentes presentes em um genoma. Em
procariotos, outras unidades organizacionais de sequências nucleotídicas podem ser identificadas. Apesar de
variarem em complexidade, cada uma delas apresenta importância funcional e/ou evolutiva. A partir de agora,
vamos discutir brevemente sobre as características essenciais de cada uma dessas unidades organizacionais. 
Os motivos são sequências curtas, de duas ou dezenas de pares de base (pb), que podem ser encontradas
agrupadas em uma parte do genoma ou dispersas. As sequências motivo podem auxiliar no processo de
recombinação genética e em processos de translocação gênica.
As sequências repetidas são sequências de nucleotídeos, geralmente curtas (no sentido
5’-3’ ou 3’-5’ e, evolutivamente, sua presença pode ser explicada pelos processos de integração e excisão de
pedaços do genoma bacteriano. 
Saiba mais
Com base nas sequências de repetição, foi desenvolvida a técnica de CRISPR para edição de genomas.
A partir dessa técnica, foi possível editar genomas bacterianos e, mais recentemente, genomas
eucariotos. Por exemplo, pode-se inativar ou regular a expressão de genes, inserir sequências para
expressão de proteínas, além de outras funções. A técnica de CRISPR revolucionou a engenharia
genética e trouxe significativos avanços para a biologia molecular. Atualmente, existem estudos que
utilizam CRISPR para tentar retirar o genoma do HIV de células infectadas, possibilitando o tratamento
por terapia gênica. 
As ilhas genômicas são segmentos de genomas procarióticos que apresentam diferenças no conteúdo
Guanina + Citosina (G+C). Variam de 10 a >200Kb e contêm genes não essenciais, mas que podem conferir
alguma vantagem adaptativa ao organismo. Um excelente exemplo é o das ilhas de patogenicidade,
encontradas nos genomas de bactérias patogênicas como Helicobacter pylori e Vibrio cholerae. Essas ilhas
são compostas por genes cujos produtos estão relacionados à maior infecção, como toxinas e proteínas
imunomoduladoras. 
Transposons e Integrons
Os transposons ou elementos transponíveis são sequências de DNA móveis que possuem a capacidade de se
integrarem em regiões do genoma e, por esse motivo, também são conhecidos como “genes saltadores”.
Os transposons podem se inserir em regiões codificantes ou reguladoras, podendo levar à perda de função ou
a geração de mutação. Os transposons procarióticos apresentam características específicas, como a
presença de um gene codificador da enzima transposase e a duplicação da região da sequência alvo
receptora. A transposase se liga às extremidades do transposon e corta as duas fitas do DNA, podendo inseri-
la em outra região do genoma. 
Em procariotos, existem três tipos de transposons: 
Elementos IS (elementos de inserção, do inglês Insertion Sequences)
Apresentam repetições invertidas, sempre adjacentes à sequência que codifica a transposase.
Transposons compostos (Tn)
Surgem quando dois elementos IS se inserem próximos um ao outro. Em alguns casos, podem conter
genes de resistência a antibióticos, conferindo vantagem seletiva à bactéria. Os Tn podem ser
inseridos no DNA plasmidial ou mesmo no cromossoma bacteriano.
Elementos TnA
Contêm os genes da transpososa (tnpA), resolvase (TnpR) e da β-galactamase (bla, confere
resistência a ampicilina).
Já os integrons são sistemas de expressão gênica que incorporam sequências abertas de leitura (ORF)
exógenas por meio de recombinação específica do local e as convertem em genes funcionais, garantindo sua
expressão. Os integrons foram originalmente descobertos como um mecanismo usado por bactérias Gram-
negativas para adquirir genes de resistência a antibióticos e expressar múltiplos fenótipos de resistência. Mais
recentemente, seu papel foi ampliado com a descoberta de estruturas cromossômicas de integron nos
genomas de diversas espécies bacterianas.
Sequências abertas de leitura
Uma fase de leitura aberta, ou ORF, denomina cada uma das sequências de nucleotídeo compreendidas
entre o início da tradução do RNA mensageiro em uma cadeia polipeptídica e a terminação da tradução,
descontando os íntrons.
Operons
Os operons são unidades funcionais gênicas muito importantes na biologia molecular de procariotos. Um
operon é constituído de uma sequência gênica codificadora flanqueada por duas sequências reguladoras, uma
do início da transcrição e uma do término da transcrição. 
Comentário
É comum que os genes que são regulados possuam produtos gênicos associados a mesma função,
como por exemplo, proteínas e enzimas que participam da mesma via metabólica. O RNA gerado a partir
da transcrição do gene do óperon é frequentemente policistrônico, ou seja, possui a informação para a
produção de mais de um produto gênico. 
Um único mRNA policistrônico dará origem a duas ou até mais proteínas durante a fase de tradução. A
organização em operons proporciona uma economia de espaço no DNA, o que é extremamente importante
para os genomas relativamente pequenos e compactos de procariotos.
Observe, na imagem, que, de um mesmo mRNA, são produzidas três proteínas diferentes. 
Estrutura de um operon e do mRNA policistrônico.
Um dos exemplos mais comuns para se explicar o funcionamento de um operon é o operon lac.
Bactérias da espécie E. coli podem utilizar a lactose como fonte de energia quando não há glicose disponível.
Para isso, precisam expressar o operon lac, que codifica as enzimas necessárias para a absorção e
metabolismo da lactose. Dessa forma, a expressão do operon lac está condicionada à ausência da glicose e
disponibilidade de lactose no meio.
Para detectar os níveis de glicose e lactose, duas proteínas reguladoras estão envolvidas no processo: 
Repressor lac
Atua como um sensor de lactose.
Proteína ativadora de catabólito (CAP)
Atua como sensor de glicose.
Essas duas proteínas se ligam ao DNA do operon e regulam a transcrição com base nos níveis dessas
moléculas.
Mas como é formado o operon lac? 
O operon lac contém três genes (lacZ, lacY e lacA), que são transcritos como um único mRNA policistrônico e
codificam proteínas que auxiliam a célula a utilizar a lactose. Além desses genes, o operon lac possui
sequências reguladoras, nas quais proteínas reguladoras (repressor lac e CAP) se ligam e controlam a
transcrição do operon. 
Estrutura do operon lac.
São elas:
O promotor, que é o sítio de ligação da RNA polimerase, a enzima que realiza a transcrição.
O operador, que é o sítio de regulação negativa ao qual se liga a proteína repressora lac. O operador se
sobrepõe ao promotor, e quando o repressor lac está ligado, a RNA polimerase não consegue se ligar
ao promotor e dar início à transcrição.
• 
• 
O sítio de ligação da CAP, que é o sítio de regulação positiva no qual se liga a CAP. Quando a CAP está
ligada a esse sítio, ela favorece a transcrição ajudando a RNA polimerase a se ligar ao promotor.
Atenção
Todas essas estruturas (o promotor, o operador e o sítio de ligação da CAP) pertencem à região
reguladora do gene localizada na extremidade 5’. 
E como o operon funciona, na prática?
Quando a lactose não está disponível, o repressor lac se liga firmemente ao operador, evitando a transcrição
pela RNA polimerase. Porém, quando a lactose está presente, o repressor lac perde a capacidade de ligação
ao DNA, desliga-se do operador e abre o caminho para a RNA polimerase fazer a transcrição do operon.
Quando a lactose está disponível, há a ligação de uma molécula de alolactose no repressor lac, que perde a
capacidade de ligar-se ao operador. Dessa forma, a RNA polimerase consegue se ligar ao promotor e
transcrever o operon lac. 
Estrutura do repressor na ausência e presença de lactose.
Mas... e a glicose?
A RNA polimerase sozinha não se liga muito bem ao promotor do operon lac, a menos que tenha auxílio da
CAP, que se liga à região do DNA localizada antes do promotor do operon lac e auxilia na ligação da RNA
polimerase, resultando em altos níveis de transcrição.
Porém, a CAP nem sempre é capaz de se ligar ao DNA. Ela é regulada por uma molécula chamada AMP cíclico,
que é produzida pela E. coli quando os níveis de glicose estão baixos. Com a baixa de glicose, há o aumento
do AMP cíclico e ativação da CAP, que nessa situação consegue se ligar ao DNA.
• 
Como você deve ter reparado, o operon lac apresenta intensa regulação e só é transcrito em altos níveis
quando a glicose está ausente no meio. Essa regulação permite que o operon lac somente seja ativado e a
bactéria comece a metabolizar a lactose quando toda a fonte de energia preferencial – a glicose – estiver
esgotada. 
Resultado de baixa ou alta glicose para a molécula AMP cíclico.
Unidades organizacionais dos genomas procarióticos
Neste vídeo, o especialista apresenta as característicasprovar que era possível existir a criação espontânea de moléculas orgânicas na
Terra, desde que o ambiente fosse favorável. Ele fez um experimento simulando como possivelmente era a
atmosfera primitiva da Terra, cerca de 4 bilhões de anos atrás. No seu experimento, tinham moléculas, como
gás hidrogênio, metano e vapor de água, que eram bastante comuns no ambiente primitivo. Esses gases, na
presença de uma descarga elétrica, como um raio, ligavam-se formando diversas moléculas orgânicas, dentre
elas os aminoácidos alanina, glicina e ácido aspártico.
Experimento de Miller.
A teoria de Oparin e Haldane continuou ganhando relevância à medida que novos estudos foram realizados,
dentre eles os estudos do geólogo Michael Russell. Russell demonstrou que existem fontes de águas termais
no fundo dos oceanos aquecidas pelo manto da Terra, que jorram água alcalina. Essas fontes são ricas em
minérios de ferro, níquel e enxofre dissolvidos. A reação desses minérios com o gás carbônico, hidrogênio
reativo e moléculas de água é capaz de produzir compostos orgânicos, como hidrocarbonetos e até mesmo
nucleotídeos.
Uma das descobertas mais incríveis sobre essas fontes termais são as reações químicas que lá ocorrem e
como a geração dessas moléculas orgânicas acontece. As fontes termais são ricas em minerais, sendo assim,
possuem um elemento que pode ser oxidado, como o ferro. O elétron oriundo da oxidação é carregado pelos
Meteorito de Muchinson.
núcleos metálicos desses minerais até chegar ao aceptor final de elétrons, este pode ser o monóxido ou o
dióxido de carbono, que vai ser reduzido gerando a energia necessária para a confecção das moléculas
orgânicas.
Você já ouviu falar de um mecanismo parecido com esse anteriormente, onde um elétron percorre
uma cadeia até chegar ao seu aceptor gerando energia?
Exatamente! É de maneira muito semelhante a esta que diversos seres vivos produzem energia como nós.
Esse mecanismo ocorre durante a fosforilação oxidativa nas mitocôndrias, etapa metabólica da nossa
respiração celular. Isso mostra um elo entre todos os nossos ancestrais, fortalecendo a hipótese de que a vida
se originou dessas fontes de águas termais há muitos anos.
No entanto, ainda temos diversas perguntas para serem respondidas. Hoje, essa é a teoria melhor aceita para
a origem da vida.
Fonte termal vulcânica, a possível origem da vida.
A teoria da panspermia surgiu a partir da observação de compostos orgânicos presentes em meteoritos e
ganhou força a partir de 1997 com a análise do Meteorito de Muchinson. Os pesquisadores encontraram
diversos aminoácidos e adenina, presente no nosso DNA, que datavam de aproximadamente 7 bilhões de
anos, sendo assim mais antigos que nosso próprio planeta, que possui cerca de 4,5 bilhões de anos. Apesar
de muito interessante, essa teoria não possui evidências científicas suficientes para explicar a origem da vida
no nosso planeta, diferente da teoria de Oparin e Haldane.
Entretanto, é muito interessante imaginar que, em outros
lugares do Universo, existem compostos orgânicos e quem
sabe até mesmo vida.
Essas amostras extraterrestres evidenciaram também que é
possível a criação de matéria orgânica, incluindo bases
presentes no DNA e no RNA. Em um mundo onde existiam
alguns nucleotídeos, aminoácidos e hidrocarbonetos, essas
moléculas começaram a interagir entre si, formando cadeias
cada vez mais complexas, ligações entre diferentes
nucleotídeos formaram os primeiros RNAs e ligações entre
diferentes aminoácidos formaram os oligopeptídeos.
A interação entre os oligopeptídeos e o RNA leva a benefícios mútuos, gerando, por exemplo, estabilidade na
estrutura de ambos, originando maiores quantidades de determinadas estruturas.
Imagine essas diversas interações por milhares e milhares de anos, é natural que, com o tempo, estruturas
mais complexas se formem e se mantenham. Hoje, temos o conhecimento que tanto o RNA quanto pequenos
peptídeos conseguem realizar reações químicas com diversas funções (neurotransmissores, hormônios,
regulação gênica etc). Recentemente, foi descoberto que o RNA seria capaz até mesmo de se autorreplicar,
gerando outras moléculas de RNA também capazes de se autorreplicarem, assim a evolução poderia
acontecer ainda mais rápido, isso é o chamado “Mundo RNA”.
Naquele mesmo ambiente, existiam outros compostos orgânicos, como os primeiros lipídeos oriundos dos
hidrocarbonetos formados.
Você já jogou um pouco de óleo na água? Sabe que não se misturam, certo?
Isso se dá a partir da característica anfipática dos lipídeos que, em um ambiente aquoso, tendem a formar
micelas, estruturas circulares formadas naturalmente devido à forma que interagem com a água, expondo a
parte hidrofílica e escondendo a parte hidrofóbica da água.
Saiba mais
Hidrofílica é a região polar de determinada molécula, que tendem a interagir com a água. “Hidro” deriva
de água e “fílica” deriva de amizade. Já hidrofóbica é a região apolar de determinada molécula, que não
interagem com a água. “Fóbica” deriva de medo. 
Atenção
Nem todos os lipídeos possuem características anfipáticas, portanto nem todos são capazes de formar
estruturas de micelas. Dos lipídeos anfipáticos, o mais importante na formação da membrana celular é o
fosfolipídeo. 
Desse modo, esses lipídeos formavam grandes micelas, originando “membranas” celulares rudimentares com
moléculas de RNA em seu interior, surgindo as primeiras células primitivas, com material genético com
capacidade replicativa. Hoje, grande parte dos seres vivos ainda possui seu material genético disperso no
citoplasma, o que chamamos esses organismos de procariontes ou procariotos.
É importante ressaltar que, ao longo dos anos, o mundo RNA evoluiu, o DNA, constituído de uma dupla fita, é
mais estável que o RNA. Sendo assim, possui uma maior confiabilidade para armazenar informações de
determinado ser vivo e tem as informações responsáveis pela manutenção da vida. O DNA passa pelo
processo de transcrição, que dá origem a um RNA mensageiro (RNAm), este pode ser traduzido e passa a ser
uma proteína, unidade que vai realizar as funções que a célula precisa, como catalisar reações, servir para
replicar o DNA, formar estruturas etc.
Possível estrutura das primeiras células da Terra.
Entendendo melhor como a vida pode ter surgido
Confira agora um pouco mais das teorias relacionadas com a origem da vida e reflita sobre as que apresentam
maior evidência científica. 
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Organização do material genético em procariotos
Os procariotos são os organismos mais antigos da Terra. Todos são unicelulares e não possuem um núcleo
organizado, ou seja, o seu material genético, o DNA, não é separado por uma membrana nuclear, chamada de 
carioteca, muito parecido com as primeiras células encontradas no nosso planeta. Esses organismos são os
mais simples e toda a sua expressão gênica é diferente da nossa. Nós, seres humanos, pertencemos ao grupo
dos eucariontes, pois temos o material genético separado do citoplasma pela carioteca.
Expressão gênica
Processo em que uma informação contida no DNA é transcrita e traduzida para a formação de proteínas.
A proteína é a expressão da informação presente no DNA.
Núcleo disperso nas células procariontes e núcleo compartimentado pela carioteca
nas células eucariontes.
Antes de falar da organização do material genético dos procariotos, vamos conhecer alguns conceitos básicos
para lembrarmos de certas nomenclaturas:
O gene
É um segmento codificante do DNA, ou seja, de fato, será transcrito e
traduzido.
O cromossomo
É uma estrutura formada por uma molécula de DNA altamente
compactada e associada a proteínas auxiliadoras, que ajudam a
compactar e descompactar o DNA para facilitar o acesso de outras
proteínas a essa região, por exemplo.
O genoma
É possuidor de toda a informação hereditária, de todo DNA que será
passado da célula-mãe para a as células-filhas, incluindo os genes e as
sequências não codificantes.
Os procariotos possuem apenas um cromossomoessenciais de cada unidade organizacional do
genoma procariótico e explica as sequências repetidas, as ilhas genômicas, os transposons, integrons e
operons. 
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Vem que eu te explico!
Os vídeos a seguir abordam os assuntos mais relevantes do conteúdo que você acabou de estudar.
Estrutura básica dos genes procarióticos
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Organização dos genes procarióticos – os replicons
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Como o operon funciona na prática?
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Verificando o aprendizado
Questão 1
Apesar das diferenças ecológicas, genéticas e fisiológicas, os genes e genomas dos procariotos – bactérias e
arqueas – possuem alguns aspectos semelhantes. Sobre os seus conhecimentos nesse assunto, marque a
alternativa que traz uma característica dos genomas procarióticos.
A
A maioria das espécies bacterianas apresenta um cromossomo linear, enquanto as espécies de arqueas, por
serem ancestrais, apresentam um único cromossomo circular.
B
Normalmente, o tamanho do genoma de qualquer espécie procariótica não costuma variar ao longo da
evolução.
C
Uma característica típica dos genes procarióticos é a existência de colinearidade entre um gene e seu
produto.
D
Para garantir o aproveitamento dos genes, bactérias e arqueas possuem um único cromossomo, com vários
replicons.
E
Procariotos podem apresentar plasmídeos, que são elementos genéticos móveis contendo genes essenciais
para a sobrevivência celular.
A alternativa C está correta.
A maioria das bactérias contém apenas um cromossomo circular de DNA dupla fita, porém existem
exceções, que podem apresentar cromossomos lineares. Em bactérias, cada cromossomo possui uma
unidade de replicação (replicon), mas arqueas podem apresentar até três replicons para o cromossomo.
Moléculas menores de DNA, que não contém genes essenciais, mas conferem vantagem seletiva, pode ser
chamadas de plasmídeos. Por conta de processos de ganho ou perda de sequências, o tamanho do
genoma dos procariotos pode variar com facilidade ao longo da evolução. Um aspecto básico dos genomas
procarióticos é a colinearidade entre os genes e seus produtos. Ou seja, há exata correspondência entre a
sequência nucleotídica do DNA e a sequência de RNA ou de aminoácidos da proteína.
Questão 2
Em um cenário onde não há presença de a glicose, as bactérias da espécie E. coli tem a capacidade de utilizar
a lactose como fonte de energia. O operon lac é necessário para codificar as enzimas fundamentais para a
absorção e metabolismo da lactose. Na regulação do operon lac, se a lactose estiver presente no meio,
ocorre:
A
A ligação da lactose ao repressor lac, alterando sua conformação para que possa se ligar ao operador e os
genes não são expressos.
B
A ligação da lactose à RNA polimerase, que liga-se ao promotor e transcreve os genes necessários.
C
A ligação do AMPc na CAP, que liga-se ao promotor e atrai a RNA polimerase para se ligar no lacZ.
D
A ligação da lactose ao repressor, impedindo a ligação ao operador e os genes são transcritos.
E
A ligação da CAP à RNA polimerase, que se liga ao operador e inicia a transcrição do lacA.
A alternativa D está correta.
Duas situações precisam ser levadas em consideração tratando-se da expressão do operon lac. A primeira
é a ausência ou presença de glicose, e a segunda, a disponibilidade de lactose no meio. Quando existe a
presença de lactose, há a ligação de uma molécula de alolactose no repressor lac, que perde a capacidade
de ligar-se ao operador. Dessa forma, a RNA polimerase consegue se ligar ao promotor e transcrever o
operon. Por outro lado, quando a lactose não está disponível, o repressor lac se liga firmemente ao
operador, evitando a transcrição pela RNA polimerase.
2. Gene eucariótico e suas funções
A origem híbrida dos genomas eucarióticos
Você já sabe que as células eucarióticas, em geral, são maiores e mais complexas que as células procarióticas,
certo? Para se ter uma ideia, as células eucarióticas podem apresentar um volume cerca de mil vezes maior
que o de células procarióticas! Além da morfologia, o genoma das células eucarióticas também apresenta
tamanho e complexidade maiores que o das células procarióticas. 
A característica mais marcante e diferencial das células eucarióticas é a presença do núcleo, que é
um compartimento interno que abriga a maior parte do DNA celular, chamada de genoma nuclear, e
o mantém separado do citoplasma. 
Além disso, as células eucarióticas apresentam outras organelas além do núcleo, como os retículos
endoplasmáticos liso e rugoso, os ribossomos, o complexo de Golgi e as mitocôndrias. Muitas células
eucarióticas, especialmente as de plantas e algas, possuem outro tipo de organela parecido com as
mitocôndrias – os cloroplastos, que realizam a fotossíntese. Veremos mais adiante que as mitocôndrias e os
cloroplastos possuem pequenos genomas especializados, que codificam as funções específicas dessas
estruturas. 
Esquema simplificado da célula eucariótica animal.
As mitocôndrias possuem tamanho similar ao de pequenas bactérias, e, assim como essas bactérias, possuem
seu próprio genoma na forma de DNA circular. As análises genômicas sugerem que as mitocôndrias foram
bactérias de vida livre metabolizadoras de oxigênio que foram engolfadas por uma célula predadora ancestral,
incapaz de fazer uso do oxigênio, há aproximadamente 1,5 bilhão de anos.
De forma semelhante, sugere-se que os cloroplastos se originaram de uma relação evolutiva simbiótica entre
bactérias fotossintetizantes e células eucarióticas que já possuíam mitocôndrias.
A partir dessas informações, é fácil entender por que a informação genética das células eucarióticas tem 
origem híbrida. Quando o DNA mitocondrial e do cloroplasto são analisados separadamente do genoma
nuclear, percebe-se que eles são versões curtas de genomas bacterianos. 
Ilustração da levedura S. cerevisiae, primeiro organismo
eucariótico a ter o genoma inteiramente sequenciado.
O primeiro genoma eucariótico a ser completamente
sequenciado foi o da levedura Saccharomyces cerevisiae,
publicado no final da década de 1990. Uma das primeiras
versões das sequências do genoma humano foi publicada
no começo dos anos 2000, com o Projeto Genoma Humano.
A quantidade disponível de sequências completas de
genomas eucarióticos pode ser considerada pequena, se
compararmos com as disponibilizadas de procariotos e
levarmos em consideração a enorme diversidade do
domínio Eukarya. Realmente, a realização de estudos
genômicos de grande porte ainda apresentam dificuldade,
devido justamente ao grande tamanho e complexidade dos
genomas eucarióticos. 
Estrutura básica dos genes eucarióticos
Os genes procarióticos e eucarióticos possuem a mesma estrutura básica, associada à região codificadora e a
regiões reguladoras. Porém, em eucariotos, essas regiões apresentam maior complexidade, que por sua vez
determina maiores refinamentos funcionais. Além disso, as regiões reguladoras geralmente são mais extensas
e também apresentam um número maior de elementos reguladores. Observe, na imagem a seguir, que a
complexidade de um gene eucariótico é maior que a do gene procariótico. 
Elementos reguladores
São sequências nucleotídicas reconhecidas por proteínas reguladoras específicas.
Esquema simplificado de um gene eucariótico.
No gene eucariótico, os elementos reguladores distais podem ser encontrados a milhares de pares de base,
tanto a montante como a jusante, da sua região codificadora. Já nos genes procarióticos, os elementos
reguladores distais estão geralmente situados a algumas centenas de pares de base a montante da região
codificadora.
Montante e a jusante
São termos utilizados na biologia molecular que se referem a posições de sequências nos ácidos
nucleicos, levando em consideração a direção de 5' para 3' na qual a transcrição de RNA ocorre. A
montanteé a região voltada para a extremidade 5' da molécula do ácido nucleico e a jusante voltada
para a extremidade 3'.
Um outro aspecto importante de genes eucarióticos é a presença de íntrons. Íntrons são sequências que
interrompem a região do gene que é transcrita, dividindo-a em vários pedaços, chamados de éxons. As
sequências que correspondem aos íntrons estão presentes no DNA genômico, mas são removidas durante o
processamento do RNA maduro. 
Esquema da estrutura de um gene eucariótico que codifica uma proteína.
A presença de genes interrompidos é bastante rara em procariotos, porém é comum em eucariotos. Em
mamíferos, por exemplo, cerca de 94% dos genes apresentam íntrons. 
Saiba mais
Além da presença de íntrons ser uma constante em genes eucarióticos, há uma tendência geral de
aumento no número de íntrons por gene e no tamanho do íntron, à medida que avançamos na escala
evolutiva dos eucariotos. 
Organismos de uma mesma classe, como a dos anfíbios, podem apresentar variações de mais de 100 vezes
no tamanho dos seus genomas. Por outro lado, espécies de grupos com diferenças fisiológicas e anatômicas
muito distintas, como insetos e mamíferos, por exemplo, podem apresentar genomas de tamanhos similares.
Esse fenômeno da frequente falta de associação entre a complexidade biológica do organismo e o tamanho
do seu genoma é conhecido como paradoxo do valor C. Podemos entendê-lo se pensarmos na grande
quantidade de sequências não associadas a genes nos genomas de muitas espécies de eucariotos – ou seja,
o tamanho do genoma não reflete diretamente o número de genes. 
Cromossomos eucarióticos
O DNA nuclear dos eucariotos organiza-se em cromossomos, cada um composto por uma única molécula de
DNA linear. Essa configuração difere dos procariotos, que apresentam cromossomos circulares.
A maioria dos eucariotos possui dois conjuntos completos de cromossomos em cada célula somática
(diploide), mas existem espécies com 3 ou mais cópias de cada cromossomo em cada célula (poliploide) e,
ainda, aquelas que apresentam um único conjunto de cromossomos por célula (haploides). O número e o
tamanho dos cromossomos apresentam grande variedade, dependendo da espécie.
O cariótipo (conjunto de cromossomos) humanos.
Em alguns microrganismos eucarióticos, podemos encontrar também os plasmídeos nucleares, que
apresentam replicação autônoma e múltiplas cópias. Assim como os plasmídeos de procariotos, são circulares.
Composição das sequências gênicas de eucariotos
Sequências gênicas
A fração do genoma de eucariotos ocupada pelos genes varia bastante: 25% nos humanos até mais de 80%
em uma espécie de microsporídio. Considerando apenas os éxons, essa fração (que já é reduzida) cai para 1%
- é chamada fração codificadora do genoma. 
Definir o número total de genes presentes em uma espécie de eucarioto é uma tarefa complexa, pois além de
serem grandes, os genes apresentam grande variação em tamanho e estrutura. Por isso, as estimativas gerais
têm se limitado à quantificação dos genes codificadores de proteínas.
Outro conceito importante que já comentamos e que precisamos discutir com mais detalhes agora é a 
densidade gênica. 
A densidade gênica é a distância média entre genes individuais ao longo do genoma. Como você
deve estar imaginando, essa densidade depende da proporção de sequências intergênicas no
genoma. 
Dessa forma, ela geralmente é inversamente proporcional ao número de genes. Lembra que os genomas
procarióticos apresentam uma alta densidade gênica? Como normalmente os eucariotos mais complexos
tendem a apresentar um maior número de genes e maior proporção de sequências intergênicas que os
procariotos, a densidade gênica é menor.
Observe a imagem a seguir. As regiões intergênicas estão representadas em branco, enquanto as regiões
codificadoras, em azul. 
Tamanho aproximado e espaçamento dos genes em diferentes organismos.
Em Encephalitozoon cuniculi, uma espécie de microsporídeo, o genoma é de 2,9 megabases e a distância
entre os genes é de apenas 100 a 200pb – a densidade gênica é de 1 gene por Kb. Já em S. cerevisiae, que
possui um genoma quatro vezes maior e o triplo de genes, a densidade é de 1 gene a cada 2Kb.
Megabases
É a unidade de medida usada para ajudar a designar o comprimento do DNA. Uma megabase é igual a 1
milhão de bases.
Ao longo da evolução, ocorreram muitos eventos de duplicação gênica que determinaram que muitos genes
formassem famílias gênicas ou famílias de parálogos. Esses genes apresentam alta similaridade em suas
sequências nucleotídicas, que varia de 30% até quase 100% ao longo de todo o gene ou, pelo menos, em um
ou mais de seus éxons.
Dentro do conjunto de genes organizados em famílias, existem genes idênticos, presentes em múltiplas
cópias. 
Exemplo
Genes codificadores de rRNAs, tRNAs e das histonas são exemplos de famílias de genes com cópias
múltiplas. 
Você pode estar se perguntando se essa multiplicidade de cópias não seria uma redundância desnecessária,
mas, na verdade, elas são uma estratégia para responder à alta demanda das células eucarióticas pelos
produtos desses genes.
A origem de famílias gênicas por duplicação e pela ocorrência de mutações também resulta na formação de
genes não funcionais, conhecidos por pseudogenes.
Por outro lado, existem aqueles genes que não fazem parte de nenhuma família e são chamados de genes
únicos. A proporção desses genes, assim como aqueles organizados em famílias, varia de espécie para
espécie. 
Proporção de genes únicos, genes em famílias e pseudogenes no genoma humano.
Sequências intergênicas
Chamamos de sequências intergênicas aquelas sequências genômicas que não estão associadas diretamente
a um gene. Essa definição torna-se complexa nos genomas de eucariotos, já que os limites físicos dos genes
nem sempre são claros e a quantidade de íntrons é extensa.
Veremos mais adiante que um aspecto adicional de complexidade é a existência das regiões reguladoras dos
genes. 
Dessa forma, para simplificar, sequências intergênicas são aquelas que não fazem parte de éxons ou íntrons
de genes funcionais com uma estrutura típica, que vimos anteriormente.
É importante que você saiba que grande parte da maioria dos genomas eucarióticos é formada por
sequências intergênicas. Mas fica a pergunta:
Já que não está associado a um gene, esse DNA intergênico não seria um lixo genômico?
Pois é, os primeiros estudos sobre esse tema realmente indicavam que essas sequências poderiam ser
consideradas inúteis. Porém, com o avanço das pesquisas, hoje já é aceito que essa fração do genoma
eucariótico possui diversos elementos importantes para a fisiologia e evolução do próprio genoma.
A seguir, vamos discutir brevemente as duas classes mais estudadas de sequências intergênicas eucarióticas:
Sequências repetidas simples Elementos transponíveis
As sequências repetidas simples são sequências intergênicas curtas que podem estar repetidas cerca de
milhares a milhões de vezes nos genomas de espécies eucarióticas mais complexas. Comumente, essas
unidades de repetição possuem extensão de 5 a 10pb, e, em sua maioria, estão organizadas lado a lado, no
que chamamos de arranjos em tandem, que podem chegar a centenas de quilobases de extensão.
Geralmente, os arranjos em tandem de sequências repetidas simples apresentam um conteúdo G + C
diferente do restante do genoma (semelhante ao que estudamos em ilhas genômicas).
A partir de experimentos de isolamento de DNA genômico por densidade, essas sequências apareciam
separadas do componente principal, que correspondia à fração gênica. Por esse motivo, as sequências
repetidas simples também podem ser chamadas de DNA-satélite. Repetições menores, de 2 ou 3pb, são
chamadas de microssatélites e podem ocorrer, inclusive, dentro de éxons e íntrons. 
A presença dessas sequências repetidas nos genomas eucarióticos ao longo dos anos sugere que, durante a
evolução, as pressões seletivas foram favoráveis à sua manutenção. Atualmente, sugere-se que essas
sequências estejam envolvidas na estruturação eno funcionamento dos cromossomos, por exemplo. 
Saiba mais
Variações ocorridas em microssatélites são capazes de determinar alterações no nível de expressão ou
no produto de genes, resultando na mudança de fenótipo. Diversas doenças humanas, por exemplo, são
causadas por variações no número de repetições em microssatélites associadas a determinados genes. 
Já os elementos transponíveis são sequências de DNA capazes de se integrarem por transposição em outros
lócus genômicos. Como já comentamos, a capacidade de um elemento transponível de deslocar
autonomamente depende da existência, em suas sequências, da codificação para um polipeptídeo com
função de transposase, necessário para sua excisão e reinserção.
Os elementos transponíveis dividem-se em dois tipos principais – o dos transposons de DNA e o dos 
retrotransposons. Na maioria das espécies, os elementos transponíveis constituem a maior parte das
sequências intergênicas e, em alguns casos, do próprio genoma. 
Composição de sequências gênicas e intergênicas do genoma humano.
Os transposons de DNA são mobilizados por meio de intermediários de DNA e representam uma parte menor
dos elementos transponíveis eucarióticos. Exemplos são o elemento P de Drosophila e os elementos Ac e Ds
do milho.
Já os retrotransposons constituem a maioria dos elementos móveis de eucariotos e sua mobilização envolve a
transcrição reversa de um intermediário de RNA. São divididos em retrotransposons contendo longas
repetições terminais (LTR), correspondendo aos retrotransposons virais (semelhantes a retrovírus), e em
retrotransposons sem LTR, que abrange os retrotransposons não virais. 
Esquema comparativo entre o mecanismo de transposição dos transposons de DNA
e dos retrotransposons.
Atualmente, estima-se que 50 a 100 genes humanos que codificam proteínas evoluíram a partir de sequências
de transposons ou retrotransposons. Realmente, esses elementos podem alterar os padrões de expressão de
alguns genes ou até originar novos genes.
É importante comentarmos que elementos transponíveis ativos atuam como agentes mutagênicos, uma vez
que podem se inserir em regiões promotoras e alterar o controle da expressão gênica. Por outro lado, também
podem atuar na estruturação do cromossomo e na fisiologia da cromatina, que estudaremos em seguida. 
Composição das sequências gênicas de eucariotos
Neste vídeo, o especialista apresenta a composição das sequências gênicas de eucariotos e explica as
diferenças das sequências gênicas e intergênicas.
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Os vídeos a seguir abordam os assuntos mais relevantes do conteúdo que você acabou de estudar.
A origem híbrida dos genomas eucarióticos
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Estrutura básica dos genes eucarióticos
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Cromossomos eucarióticos
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Verificando o aprendizado
Questão 1
É comum que células eucarióticas sejam maiores e mais complexas quando comparadas com células
procarióticas. Além do aspecto morfológico, o genoma das primeiras também tem tamanho e complexidade
maiores que as segundas. Analise as afirmativas, levando em consideração a organização e estrutura dos
genes eucarióticos.
 
I – Sequências de íntrons estão presentes no DNA genômico eucariótico, mas são removidas durante o
processamento do RNA maduro.
 
II – Comparando diferentes grupos de eucariotos, percebe-se uma frequente falta de associação entre a
complexidade biológica do organismo e o tamanho do seu genoma.
 
III – As regiões reguladoras dos genes eucarióticos geralmente apresentam um número menor de elementos
reguladores que os genomas procarióticos.
 
IV – Analisando o DNA de ribossomos e lisossomos, sugere-se que o genoma eucariótico possui origem
híbrida.
 
É correto o que se afirma nas afirmativas:
A
I e III.
B
I e II.
C
II e IV.
D
I e IV.
E
II e III.
A alternativa B está correta.
Nos genes eucarióticos, existem unidades chamadas íntrons, que representam sequências que
interrompem a região do gene que é transcrita. Durante o processamento do RNA maduro, essas
sequências (que são os íntrons) presentes no DNA genômico são removidas. A falta de associação entre a
complexidade biológica do organismo e o tamanho do seu genoma representa o fenômeno chamado
"paradoxo do valor C". Neste cenário, existe uma grande quantidade de sequências que não se associam a
genes nos genomas de muitas espécies de eucariontes.
Questão 2
Os elementos transponíveis são sequências de DNA capazes de se integrarem por transposição em outros
lócus genômicos. Os ________________ constituem a maioria dos elementos móveis de eucariotos e sua
mobilização envolve a transcrição reversa de um intermediário de RNA. Já os ______________ são mobilizados
por meio de intermediários de DNA e representam uma parte menor dos elementos transponíveis eucarióticos.
 
Qual das alternativas apresenta a sequência adequada de denominações que preenche a sentença?
A
retrotransposons - transposons
B
microssatélites - transposons
C
transposons - retrotransposons
D
retrotransposons – íntrons
E
plasmídeos - éxons
A alternativa A está correta.
Os retrotransposons constituem a maioria dos elementos que tem mobilidade dos eucariotos. Para que sua
mobilização aconteça, é necessário que aconteça uma transcrição reversa de um intermediário de RNA. Por
outro lado, os transposons constituem a menor parte dos elementos transponíveis dos eucaritos, e para
que sua mobilização aconteça, são necessários intermediários de DNA.
3. Sequências reguladoras e estrutura da cromatina
Sequências reguladoras em procariotos e eucariotos
Você já sabe que tanto os procariotos quanto eucariotos apresentam a mesma estrutura gênica básica,
formada pela região codificadora e pelas regiões reguladoras, que controlam a expressão dos genes. Porém,
nos eucariotos, essas sequências reguladoras possuem estruturas mais complexas que as dos procariotos.
Como já discutimos, a expressão de um gene inclui a sua transcrição em RNA e a tradução (caso seja um RNA
mensageiro) em uma proteína. Em genes que codificam rRNAs e tRNAs, a etapa de tradução não ocorre. 
A síntese de RNA inicia-se alguns pares de bases antes da região codificadora e termina alguns pares de base
após essa região. As regiões 5’ e 3’ não codificadoras do DNA e RNA são denominadas regiões 5’ ou 3’ não
traduzidas (UTR). Na região 5’-UTR do RNA mensageiro, por exemplo, existem sequências importantes para o
início da etapa de tradução da cadeia polipeptídica.
A transcrição é um processo cíclico de síntese de RNA, dividido em 3 fases: 
Início
É a fase onde as sequências nucleotídicas específicas no DNA sinalizam o local de início de
transcrição.
Alongamento
Acontece o alogamento da molécula, na qual a fita de RNA é formada.
Terminação
Etapa na qual há sinais específicos de elementos terminadores para a finalização da síntese de RNA.
Na etapa inicial da transcrição, sequências específicas determinam o local de formação do complexo de
transcrição – os promotores. Ou seja, o promotor é o sítio no DNA no qual a RNA polimerase se liga. O primeiro
nucleotídeo da sequência promotora é denominado sítio de início da transcrição. Como você deve imaginar,
existem importantes diferenças entre os promotores de procariotos e eucariotos.
Como vimos, em um gene procariótico típico, as sequências reguladoras da transcrição encontram-se ao lado
da região codificadora. Entre essas sequências, as mais importantes são o promotor e o terminador,
sequência nucleotídica que indica o término na transcrição e dissociação da RNA polimerase. O promotor
situa-se na região 5’, a montante da região codificadora e o terminador situa-se na região 3’, a jusante da
região codificadora. Para relembrarmos esses conceitos, vamos olhar novamente a imagem a seguir: 
Esquema simplificado da estrutura básicade um gene procariótico, mostrando o
promotor e o terminador.
Além dessas sequências, podemos encontrar também outros elementos reguladores, como sítios de ligação
de proteínas ativadoras ou repressoras da transcrição. Você se lembra do funcionamento do operon lac?
Após diversas análises moleculares, pesquisadores chegaram à conclusão que existem algumas regras para
os promotores de bactérias. Uma delas, muito importante, é que existem duas sequências conservadas na
maioria dos genes procarióticos: uma na região -10 e a outra na região -35. A região -10 recebe uma
denominação especial – TATA box, devido à presença de timina e adenina. 
(A) Nomenclatura e convenções utilizadas na transcrição. O nucleotídeo na posição
+1 representa o sítio de início da transcrição. (B) Elementos que compõem um
promotor genérico de E. coli. Observe a região -10, chamada de TATA box.
É importante que você saiba que a atividade dos promotores, de ser o sítio para sinalização do início da
transcrição, pode ser modificada por proteínas ativadoras ou proteínas repressoras, que se ligam a
sequências regulatórias próximas à região promotora. Um exemplo dessas sequências é a sequência de
ativação a montante (do inglês upstream activating sequence, UAS), que induz a expressão de um gene por
meio do aumento da atividade transcricional. A sequência UAS serve de âncora para proteínas mediadoras
que disparam uma cascata de ativação por meio do recrutamente de fatores de transcrição adicionais. Todo
este processo resulta no recrutamento da RNA polimerase para a formação do complexo de transcrição. 
Comentário
O processo de controle da expressão gênica mais comum em células procarióticas ocorre no início da
transcrição. Um bom exemplo é quando um gene e/ou uma proteína precisam ser expressos em maiores
quantidades, pois são necessários em uma determinada situação celular. Com essa regulação, a célula
evita gastos energéticos desnecessários. 
Assim, nos genes procarióticos, o complexo da RNA polimerase liga-se às sequências promotoras para iniciar
a transcrição. Já nos eucariotos, o promotor é primeiro reconhecido por fatores de transcrição, que
posteriormente conduzem a RNA polimerase para iniciar a transcrição. Normalmente, nos promotores
eucarióticos, encontramos uma sequência denominada promotor principal, que é capaz de manter a
transcrição em um nível basal.
Além do promotor principal, existem ainda outras regiões regulatórias. Elas podem se localizar próximas aos
promotores (50 a poucas centenas de pares de base), a montante do sítio de início da transcrição – os 
promotores proximais – ou a milhares de pares de bases a jusante ou a montante do sítio de início da
transcrição – os promotores distais ou enhancers (reforçadores). Os enhancers são sequências de DNA que 
aumentam a afinidade do complexo de transcrição por um certo promotor. Alguns deles atuam somente em
algumas células, o que provavelmente é regulado pela ligação de proteínas específicas a eles. 
Atenção
A célula, tanto a procariótica quanto a eucariótica, é capaz de bloquear ou ativar a expressão de
diferentes genes, dependendo dos estímulos externos ou internos que recebe. 
Os mecanismos complexos que controlam a transcrição, o início e término da tradução e a estabilidade do
mRNA e da proteína, são conhecidos como regulação da expressão gênica. Você estudará com detalhes esse
assunto em outro momento. 
Estrutura da cromatina de eucariotos
Você sabia que a extensão das moléculas de ácido nucleico (DNA e RNA) que constituem o genoma, é muito
maior que o espaço que é destinado a elas? Nas nossas células, por exemplo, o DNA de 1,8 metros de
extensão total está contido em um núcleo esférico de 6 µm (micrômetros) de diâmetro! 
Mas como isso é possível?
De fato, no estudo da organização do material genético de qualquer forma de vida, um princípio é
fundamental: as moléculas de DNA e RNA devem ser compactadas para que possam ser acomodadas. Essa
compactação se dá pela interação de proteínas específicas com as moléculas de ácido nucleico e deve
acontecer de forma organizada, de modo a permitir que os vários processos funcionais, como a replicação de
cromossomos e a expressão gênica, ocorram. 
Formas de compactação do DNA, em uma célula eucariótica.
Em procariotos e eucariotos, o DNA genômico é compactado em um arranjo complexo, cujo grau de
compactação varia de acordo com o estado funcional do DNA. Chamamos essa estrutura nucleoproteica
organizada e dinâmica de cromatina.
A partir de agora, nós vamos discutir sobre a estrutura e organização típica da cromatina de eucariotos,
descrevendo seus componentes e seus graus de compactação. Em um encontro por vídeo, conversaremos um
pouco sobre a cromatina de procariotos, que também apresenta grande importância.
A cromatina eucariótica é formada por várias moléculas de DNA linear (uma por cromossomo) associada a
proteínas. Observe o quadro a seguir, no qual estão listadas as principais proteínas associadas. 
Proteína a Massa
molecular 
Estado
oligomérico
funcional 
Sítios de ligação no DNA 
Efeito(s)
sobre o DNA 
b 
Histonas
centrais
(H2A, H2B,
H3 e H4) 
11-14 kDa 
Homodímero
(parte do
nucleossomo) 
Preferencialmente regiões
contendo dinucleotídeos
TA repetidos a cada 10 pb
e intercalados com
dinucleotídeos GC (com 5
pb de distância entre cada
TA e cada GC) 
Enrolamento 
Histonas
de ligação
(H1 e H5) 
~21 kDa Homodímero Sequências ricas em AT Interligação 
Proteínas
HMG 
11-38 kDa 
Homodímero ou
heterodímero 
Trechos ricos em AT Dobramento 
Proteínas
SMC 
~140 kDa 
Heterodímero (p.
ex. SMC2-SMC4,
parte da
condensina) 
Sequências ricas em AT
capazes de formar 
Interligação
estruturas
secundárias 
Tabela: Proteínas associadas ao DNA na cromatina eucariótica e suas propriedades. 
ZAHA, A; FERREIRA, HB; PASSAGLIA, LMP., 2014, p. 47.
Podemos ver que as histonas são as proteínas principais da cromatina em quase todos os eucariotos, cuja
massa é similar à do DNA total da cromatina. As histonas canônicas são as formas de histonas envolvidas na
compactação geral da cromatina e são divididas em:
Histonas centrais (H2A, H2B, H3 e H4)
Formam o complexo proteico central dos nucleossomos e possuem cerca de 100 aminoácidos de
extensão. São caracterizadas por um domínio formado por 3 alfa-hélices separadas por alças curtas,
denominado enovelamento de histonas (histone fold, no inglês). 
Histonas de ligação (H1 e H5)
Associam-se externamente aos nucleossomos e participam das interações entre eles. Possuem entre
190 a 250 aminoácidos de extensão e apresentam 3 domínios, sendo o domínio globular central
essencial para a ligação da histona ao nucleossomo. 
As histonas canônicas apresentam caráter básico acentuado, pois contêm alta proporção de aminoácidos
positivos, a lisina e a arginina. Por esse motivo, a interação com o DNA de fita dupla, que é carregado
negativamente, é favorecida. Além disso, essas histonas podem ser encontradas em praticamente todos os
eucariotos. É comum que os membros de cada classe, principalmente as das histonas centrais, sejam
codificados por famílias de genes parálogos, que comentamos anteriormente. 
Além das histonas, a cromatina de eucariotos também possui outras proteínas – as proteínas não histônicas –
que são menos abundantes que as histonas. As histonas, como veremos mais adiante, são responsáveis pelos
níveis de organização básicos do DNA, enquanto as proteínas não histônicas estão envolvidas com a
estruturação da cromatina em níveis mais complexos.
Entre as proteínas não histônicas importantes para a estrutura da cromatina eucariótica, temos duas: 
Proteínas HGM (grupo de alta mobilidade)
As proteínas HGM constituem um grupo de proteínas cromossômicas abundante, de tamanho
pequeno (entre 11 e 38kDa). São divididas em 3 famílias, de acordo com as diferenças nos seus
motivos de ligação ao DNA e nos substratos a que se ligam. As proteínas da família HGMA ligam-se,
por exemplo, por meio de um gancho de A-T, trechos curtos ricos em adenina-timina no DNA.Já as
proteínas da família HMGB possuem domínios de ligação ao DNA de aproximadamente 80
aminoácidos, sem especificidade de sequência. Por último, as proteínas da família HMGN são as
únicas que se ligam especificamente aos nucleossomos, por um domínio de ligação com 30
aminoácidos.
Proteínas SMC (manutenção estrutural de cromossomos)
As proteínas SMC formam uma família de proteínas que são capazes de se ligar ao DNA, formando
complexos envolvidos na organização e estruturação da cromatina eucariótica. Esses complexos,
constituídos por proteínas SMC e proteínas cleisinas, formam estruturas em anel em torno de uma ou
mais fitas duplas do DNA.
Além das proteínas HGM e SMC, exemplos de outras proteínas não histônicas são as DNA e RNA polimerases
e as proteínas reguladoras da transcrição e replicação.
O nucleossomo eucariótico
A forma estrutural básica da cromatina eucariótica é uma partícula formada por DNA e histonas, chamada de 
nucleossomo. Observe a imagem.
Ilustração da estrutura do nucleossomo.
Cada nucleossomo é constituído por uma partícula central, um complexo formado por oito proteínas (um
octâmeto – duas cópias de cada uma das 4 histonas centrais) e por uma extensão de DNA que dá duas voltas
ao redor desse octâmero. Externamente, ainda encontramos uma molécula de histona de ligação – H1 ou H5. 
A estrutura típica do nucleossomo é a de um cilindro achatado, com projeções das caudas das
histonas centrais, que também interagem com o DNA e auxiliam na sua estabilização ao redor do
nucleossomo. 
Você deve estar se perguntando como é que outras proteínas interagem com a molécula de DNA, já que ele se
encontra compactado na forma de nucleossomo, certo?
Para entendermos essa questão, é importante discutirmos sobre um aspecto estrutural fundamental do
nucleossomo: o posicionamento rotacional do DNA nesse complexo nucleoproteico, no que diz respeito à
posição da dupla hélice em relação ao octâmero de histonas.
O que ocorre é que, no nucleossomo, apenas uma das faces da molécula de DNA que está associada ao
octâmero fica exposta para que outras proteínas possam interagir. Logo, uma proteína que se liga a uma
sequência específica de DNA, como um fator de transcrição, vai depender do posicionamento do seu sítio de
ligação na face exposta do DNA. O posicionamento rotacional depende de muitos fatores, incluindo certas
sequências nucleotídicas. 
Posicionamento rotacional do DNA no nucleossomo.
Níveis de organização da cromatina
A partir da sua estrutura básica – o nucleossomo, a cromatina dos eucariotos pode se organizar de formas
mais complexas, que variam desde estruturas fibrilares com menor grau de compactação até estruturas mais
enoveladas e compactas. Essa organização é dinâmica e muda conforme a etapa do ciclo celular e atividade
da cromatina.
Durante o intervalo entre a mitose/meiose, na interfase, podemos observar ao microscópio óptico dois tipos
básicos de cromatina: 
Eucromatina
Representa a cromatina no seu menor estado
de compactação e é considerada a cromatina
ativa, em termos de expressão gênica.
Heterocromatina
É a forma da cromatina altamente compactada.
Durante a divisão celular, na mitose ou na meiose, a cromatina condensa-se muito mais, formando os
cromossomos. Tanto a heterocromatina quanto os cromossomos são consideradas formas
transcricionalmente inativas. 
Ilustração da compactação do DNA em cromossomos.
A heterocromatina pode ser classificada de duas formas:
Heterocromatina constitutiva
É a porção da cromatina permanentemente
condensada em todas as células de um mesmo
organismo. É formada por uma ou mais
sequências curtas de DNA altamente repetitivas
– os microssatélites. Está localizada nas
extremidades dos cromossomos, perto dos
centrômetros e nas regiões organizadoras do
nucléolo.
Heterocromatina facultativa
É a porção da heterocromatina que, em um
mesmo organismo, se apresenta condensada
em algumas células, mas não em outras. Não é
transcrita, mas não é formada por sequências
simples de DNA. Sua quantidade depende do
tipo celular e do seu estágio, mas é mais
abundante em células diferenciadas, como nos
óvulos de mamíferos (cromossomo X).
Como já comentamos, durante o ciclo celular, há uma transição entre diferentes estados de compactação da
cromatina, desde a sua conformação mais relaxada, na interfase, até a formação de cromossomos
metafásicos, que representam seu estado de condensação máxima. Nessa dinâmica de compactação, as
fibras de cromatina formadas pela sequência linear de nucleossomos condensam-se progressivamente,
formando fibras de maior diâmetro (fibras de 10 nanômetrosdebatendo sobre a importância dos diferentes graus
de compactação do DNA. Todos esses conceitos são fundamentais no estudo da biologia molecular e
biotecnologia, sendo aplicáveis na maioria das técnicas utilizadas pelos biólogos moleculares, biomédicos e
outros profissionais da área da saúde, tanto na pesquisa clínica quanto acadêmica.
Podcast
Neste podcast, o especialista apresenta a estrutura dos plasmídeos, constituição, tamanho, função, se é
essencial para a célula ou não, e o que são epissomos. Também explica de que forma podem ser
recuperados e fala sobre as drogas que interferem nos plasmídeos.
Conteúdo interativo
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Leia mais sobre as ilhas de patogenicidade no artigo de Midolli Vieira, Ilhas de patogenicidade, publicado em
2009, na revista O Mundo da Saúde. 
Referências
ALBERTS, B et al. Biologia molecular da célula. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017.
 
WATSON, J. D. et al. Biologia molecular do gene. 7. ed. Porto Alegre: Artmed, 2015.
 
ZAHA, A; FERREIRA, H. B.; PASSAGLIA, L. M. P. Biologia molecular básica. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014.
Isolamento de ácidos nucleicos
Isolamento dos ácidos nucleicos: coleta, transporte e armazenamento de amostras; extração e
quantificação de DNA e RNA; síntese de cDNA; desenho experimental.
Prof. Eldio dos Santos, Prof.ª Thaíssa Queiróz Machado
1. Itens iniciais
Propósito
Compreender as etapas para o isolamento dos ácidos nucleicos, a partir do desenho experimental até a sua
extração e quantificação é o primeiro passo para obtenção de amostras de qualidade para a realização dos
métodos moleculares, garantindo, assim, resultados fidedignos.
Objetivos
Descrever o desenho experimental e as fases pré-analíticas do isolamento dos ácidos nucleicos.
Descrever os procedimentos de extração e quantificação do DNA e RNA e síntese do cDNA.
Introdução
A Biologia Molecular é responsável por estudar as moléculas que realizam a manutenção da vida. São elas:
DNA, RNA e proteínas, que têm como função principal, considerando o dogma central da Biologia, armazenar
informações e enviar essas informações para a síntese das proteínas que realizaram as funções celulares,
respectivamente.
Atualmente, os inúmeros avanços obtidos na área médica, na ciência animal e vegetal, são resultado da
elaboração de técnicas moleculares que nos proporcionaram novas formas de estudar o DNA e o RNA.
Técnicas essas que estão em constante evolução.
No entanto, antes de analisar o material genético propriamente dito, é necessário extrair esse material das
células. Para isso, é essencial que a coleta, o armazenamento, o transporte e o processo extrativo sejam
realizados de maneira satisfatória e que tenhamos uma quantidade de material genético suficiente, de
qualidade, livre de contaminantes e íntegro para realizar a análise.
Você imagina como é feito o processo extrativo? Será que a extração de DNA ou RNA empregam a mesma
metodologia? E o que é cDNA e qual sua importância?
Vamos juntos, ao longo desta jornada, explorar todos esses questionamentos, visitando a coleta, o transporte
e armazenamento do material para análise molecular (fase pré-analítica). Após essa fase, vamos aprender
sobre as técnicas de extração de DNA e RNA, quantificação, análise da pureza e, por fim, a síntese do cDNA.
Além disso, estudaremos o desenho experimental e entenderemos a sua aplicabilidade, etapas e importância
no desenvolvimento e conhecimento científico!
• 
• 
1. Introdução ao isolamento dos ácidos nucleicos
Desenho experimental
O desenho experimental é um planejamento de um estudo realizado em algumas etapas e é uma ramificação
do método científico, que é a ferramenta mais poderosa de todas para o avanço tecnológico da humanidade e
muda até mesmo a forma que pensamos nas coisas do dia a dia.
Veja a aplicação deste método em uma atividade do nosso cotidiano:
1
Início
Leonardo tem o hábito de assistir ao telejornal todos os dias. Enquanto assistia ao programa, viu que
o prefeito da sua cidade participou de uma pequena entrevista e fez algumas afirmações sobre o
funcionamento da prefeitura naquele trimestre.
2
Passo 1
Primeiro, Leonardo deve parar, pensar sobre tal afirmação e aplicar o método científico, observando
o que foi falado e questionar: “Será que é verdade o que o prefeito falou?"
3
Passo 2
Em seguida, ele estabelecerá hipóteses: “É verdade que tal coisa aconteceu” ou “É mentira que tal
coisa aconteceu”.
4
Passo 3
A próxima etapa é realizar um experimento, que nesse caso é a busca de fontes confiáveis de
notícia, com credibilidade, para identificar se o que o político falou é verdade ou não, analisar o
discurso e, finalmente, Leonardo poderá tomar a sua conclusão baseado no método científico.
5
Passo 4
Pronto! Agora ele pode validar a hipótese “É verdade” ou “É mentira” ao invés de simplesmente
aceitar a afirmação dita.
O método científico foi utilizado para produzir quase tudo que existe, indo do aparelho em que você está
lendo este texto até a cadeira em que está sentado(a). Nós utilizamos esse método muitas vezes de forma
inconsciente, mas temos que ter em mente que ele existe e que devemos pensar sempre de forma criteriosa.
Resumindo, as etapas do método científico são: observação, questionamento, hipótese, experimento, análise
dos resultados e conclusão.
 
Vamos entender melhor algumas dessas etapas:
Método científico.
1 Observação
A partir da observação de algum evento – por exemplo, a existência do DNA –, podemos nos
perguntar (questionar): “Eu gostaria de purificar o DNA para estudar melhor como ele é construído,
tem alguma forma de fazer isso?”.
2
Hipótese
A partir dessa pergunta, estabelecemos uma hipótese: “Se eu aplicar um reagente específico e fizer
um determinado procedimento, será que consigo o DNA purificado?”.
3
Experimento
Depois vamos para a bancada, onde o experimento é feito, e a partir da análise dos resultados, as
conclusões são obtidas.
Agora que já entendemos o método científico,
podemos falar sobre desenho experimental. 
 
Ele é um conjunto de etapas que devem ser
realizadas para conduzir uma hipótese
utilizando o método científico, com objetivo de
estabelecer um resultado confiável e
reprodutível. 
 
A reprodutibilidade é um dos pontos mais
importantes da ciência!
Exemplo
Suponha que sua equipe do laboratório desenvolveu uma nova técnica de quantificação de DNA. Você
deverá escrever sua metodologia passo a passo, com detalhes dos tipos de solventes necessários, as
concentrações, a pressão, a temperatura de incubação etc. Os dados devem ser claros para que,
quando outra pessoa ler essa metodologia (por exemplo, alguém do outro lado do mundo, cinco anos
depois), ela consiga chegar no mesmo resultado, considerando que todas as condições e manipulação
foram realizadas conforme o descrito. 
Vejamos as etapas do desenho experimental!
Definir a relação causa-efeito
Estabelecer o problema existente, os objetivos do trabalho e as metas a serem cumpridas.
Planejamento
Com o projeto estabelecido, preparar a instrumentação e avaliar possíveis problemáticas do
experimento.
Execução
Realizar as medições e técnicas planejadas.
Análise e interpretação
Após a execução, analisar os dados coletados de forma criteriosa e científica.
Formular as conclusões
A partir da análise e interpretação dos resultados, devemos concluir se a relação causa-efeito se
mostrou existente e responder aos objetivos do trabalho definidos na etapa 1, fechando dessa forma
o ciclo do desenho experimental.
A partir do desenho experimental, pretendemos dizer de que modo ou por que o fenômeno é produzido.
Assim, a partir da ideia de relação de causa-efeito em que se acredita que existe uma relação entre a
construção da causa e o efeito observado, formulamos as hipóteses a serem testadas, temos os vários
tratamentos (variáveis independentes) e executamos o experimento e observamos os resultados (variáveis
dependentes). Se o experimento for bem elaborado e planejado, podemos formular conclusões a respeitoda
relação de causa-efeito para a hipótese estabelecida.
Hipóteses
São afirmações provisórias, enunciadas de forma curta e objetiva, que serão verificadas para ser ou não
demonstradas. Seguem teorias já existentes.
Variáveis dependentes e independentes
Mas o que são variáveis dependentes e independentes? Para responder a essa pergunta, aprenderemos
alguns conceitos essenciais para o desenho experimental!
Sempre que fazemos um experimento, queremos verificar os seus resultados. Todos os resultados (outputs)
são originados a partir das entradas do experimento (inputs).
Entradas do experimento
A palavra entrada corresponde a todos os valores inseridos em determinado modelo, ou seja, em um
modelo experimental em que valores são dados, as entradas são todos estes valores. 
Considerando a necessidade de se extrair o DNA com
sucesso, o input será o material coletado, por exemplo, o
raspado da face interna da bochecha, e o output será o
DNA extraído desse material.
Os inputs são suscetíveis às diversas variáveis. Elas são
agrupadas em dois grupos: variáveis dependentes e
variáveis independentes. Vamos conferi-las?
O experimento será medir a concentração plasmática do colesterol. As variáveis independentes, ou seja, as
que são possíveis controlar, seriam: “Fiz jejum? Me alimentei bem? Usei algum medicamento nos últimos dias?”
Essas perguntas influenciarão diretamente no resultado do colesterol encontrado, ou seja, na variável
dependente, que nesse caso é a concentração de colesterol dosada no soro. 
Hipótese nula e hipótese alternativa
Após os resultados do experimento, baseando-se nos dados coletados e processos realizados, como garantir
que o dado obtido em uma amostra pode ser generalizado para toda a população e verificar se a hipótese
inicial estava correta?
Amostra
Subconjunto de pessoas, itens ou eventos de uma população selecionados para analisar e fazer
inferências. 
Reflexão
Para tentar responder a essas perguntas, os cientistas utilizam modelos estatísticos e testes de
hipóteses para analisar os dados e testar a validade desses resultados. Por meio da inferência
estatística, os testes de hipótese são utilizados para tomar a decisão de aceitar ou rejeitar uma hipótese
estabelecida no início do desenho experimental. 
Existem dois tipos de hipótese: 
Hipótese nula
Indica que não há uma relação causa-efeito.
Hipótese alternativa
Indica que existe uma relação causa-efeito, ou
seja, rejeita a hipótese nula.
Vamos entender melhor a partir de um exemplo:
Para provar que existe um padrão, ou seja, uma relação causa-efeito, vamos estudar se, ao falar com um
papagaio, ele repete exatamente o que nós falamos. Nesse caso, a hipótese inicial, aquela que se deseja
Variáveis independentes 
São aquelas que podemos controlar e
modificar, e possuem certo efeito sobre a
variável dependente.
Variáveis dependentes 
São aquelas que medem o efeito do
que está sendo avaliado e dependem
da variável independente.
provar, é que o papagaio repete o que falamos.
Para isso, o experimento será falar várias vezes para o papagaio a palavra Vasco e observar o que ele diz.
Como resultado, podemos esperar que ele repita a mesma palavra (Vasco) ou não (Flamengo, ou qualquer
outra palavra diferente de Vasco). Assim, teremos duas hipóteses: a hipótese nula (aquela em que não há
relação causa-efeito), que ele não repete o que falamos, ou seja, ao ouvir Vasco, ele diz Flamengo. Quando
isso acontece, dizemos que a H0 é verdadeira; e a hipótese alternativa (aquela que confirma a relação causa-
efeito), em que ele repete o que estamos falando, ao ouvir Vasco, ele repete Vasco. Nesse caso, rejeitamos a
H0 e a H1 é verdadeira.
Hipótese nula
Hipóteses alternativa
Tipos de erros
Todos os experimentos e análises de resultados são passíveis de erros de interpretação e/ou do processo
realizado. Os erros são causados quando temos uma interpretação errônea dos dados, o que nos leva a
rejeitar uma hipótese verdadeira (falso positivo) ou não rejeitar uma hipótese falsa (falso negativo). Os erros
podem ser classificados como tipo 1 e 2, de acordo com a hipótese que será rejeitada.
 A hipótese nula é
verdadeira A hipótese nula é falsa
Decisão
Decidimos rejeitar
a hipótese nula.
Erro tipo 1 (rejeição de
uma hipótese nula
verdadeira)
Decisão correta
Aceita-se a
hipótese nula.
Decisão correta
Erro tipo 2 (não rejeição ou
aceitação de uma hipótese
nula falsa)
Erros do tipo 1 e 2.
Vamos voltar ao exemplo anterior para entender melhor esses erros:
Como aprendemos anteriormente, ao falar para o papagaio a palavra Vasco e ele repetir Flamengo ou
qualquer outra palavra além de Vasco, a hipótese nula é verdadeira (sem relação causa-efeito). No entanto,
quando falamos Vasco para o papagaio e ele repete outra palavra, enviesados para a obtenção de uma
relação de causa-efeito, rejeitamos a H0, mesmo ela sendo verdadeira. Temos um erro do tipo 1 ou falso
positivo. Nesse tipo de erro, a hipótese nula é verdadeira (ou seja, ele não repetiu a palavra Vasco) e nós a
rejeitamos (pois entendemos Vasco).
Vimos também que, quando falamos Vasco, e ele repete Vasco, a H0 é falsa. Qualquer outra palavra dita pelo
papagaio torna a H0 verdadeira, pois ele não repetiu a palavra que queríamos (Vasco). No entanto, se ao falar
Vasco ele repetir a exata palavra Vasco e nós entendermos “Asco” por engano, vamos entender que a H0 é
verdadeira, porém, nesse caso, a hipótese nula é falsa, uma vez que ele de fato repete a palavra Vasco. Esse é
um erro do tipo 2 ou falso negativo: aceitamos uma H0 verdadeira (pois entendemos que ele disse Asco), mas,
na verdade, a hipótese nula era falsa (ou seja, ele disse Vasco).
Saiba mais
Esses conceitos podem ser utilizados em qualquer desenho experimental e são muito comuns na área
médica, principalmente em testes de diagnóstico clínico, nos quais kits de diagnóstico demonstram
resultado positivo para uma doença inexistente ou resultado negativo, quando, na verdade, há presença
de doença. 
O desenho experimental
Entenda melhor o desenho experimental.
Conteúdo interativo
Acesse a versão digital para assistir ao vídeo.
Seleção de participantes
A seleção dos participantes, população de estudo, deve ser a mais representativa possível, para termos
menor chance de errar ao generalizar os resultados.
A seleção de participantes de um estudo também pode ser chamada de amostragem, que pode ser não
probabilística ou probabilística.
A amostragem probabilística pode ser:
Amostragem aleatória simples
Participantes são selecionados aleatoriamente em uma determinada
população. Em uma população de 12 participantes, eu escolho 9 de forma
aleatória, ou seja, ao acaso. Isso poderia ser realizado por sorteio, por
exemplo.
Amostragem não probalística 
Ocorre quando a probabilidade da seleção de
cada participante não é conhecida. A seleção
da amostra depende do julgamento do
pesquisador e esta pode ser feita pela
amostragem por conveniência (o pesquisador
escolhe quem está disponível) ou julgamento
(o pesquisador escolhe quem ele acha
interessante).
Amostragem probalística 
Ocorre quando cada elemento da
população possui a mesma
probabilidade de ser selecionado para
compor a amostra. Nesse caso, a
probabilidade da seleção de cada
participante é conhecida. Por exemplo,
em uma amostra aleatória simples com
10 participantes, a chance de um deles
ser escolhido é 1/10, ou seja, 10%.
Amostragem sistemática
O primeiro participante é selecionado a partir de um número
preestabelecido e os outros participantes são escolhidos seguindo um
mesmo coeficiente. Por exemplo, em uma população com 13
participantes, vamos padronizar um coeficiente de 3. Além disso, vamos
utilizar a fórmula 1 + (K x N), onde K é meu coeficiente e N o número do
participante. Se definimos o primeiro participante como o número 1
(poderia ser qualquer outro), quais seriam os outros participantes?
O segundo participante será o número 1 + o coeficiente (3) X a
quantidade de participantes já escolhidos, assim teríamos 1 + 3
(coeficiente)X 1 (número já selecionado). Ou seja, o participante
seria o número 4.
O terceiro participante será o número 1 + 3 x 2 = 7.
O quarto 1 + 3 x 3 = 10.
O quinto 1 + 3 x 4 = 13, fechando, assim, a amostra.
Com os conceitos básicos sobre desenho experimental estabelecidos, podemos seguir para as próximas
etapas da fase pré-analítica do isolamento de ácidos nucleicos. Os conceitos aprendidos neste tópico são
valiosos e podem ser utilizados em qualquer situação da vida, seja ela profissional ou do nosso cotidiano.
Coleta, transporte e armazenamento de amostras
biológicas destinadas aos testes moleculares
Atualmente, o mercado dos testes moleculares está em intensa expansão. O marketing feito pelos
laboratórios, as divulgações promovidas por celebridades, as regulações nos preços dos testes, o
desenvolvimento de marcadores e os kits acessíveis, entre outros fatores colaboram para o crescimento
desse ramo de mercado.
São várias as empresas que fazem testes utilizando material genético para diferentes fins, por exemplo,
indicar a ancestralidade e a origem genética, e apontar marcadores genéticos para doenças, além dos testes
laboratoriais para diversos tipos de infecções (incluindo covid-19).
Saiba mais
Em um passado recente, pensar nesse tipo de tecnologia de diagnóstico era deixado para filmes de
ficção científica, aqueles em que um médico high-tech coleta o sangue do paciente, passa em uma
máquina e depois de alguns segundos um papel é impresso indicando todas as doenças e quais os
medicamentos utilizar.Hoje, esse tipo de abordagem é real, ou pelo menos bem parecido com filmes,
pois a população tem acesso aos testes de forma mais fácil e barata. É importante ressaltar que, no
Brasil, existem algumas empresas com esse perfil. 
Sempre que pensamos nos testes moleculares, automaticamente, temos a ideia de perfeição, por se tratar de
tecnologia de ponta, pela propaganda ser sempre bem feita e por ser algo muito misterioso, de entendimento
distante do senso comum. Apesar de muitos acharem que os resultados de testes genéticos são absolutos,
isso não é uma verdade: eles estão sujeitos a erros assim como qualquer teste de laboratório e a maioria
desses erros ocorre justamente na fase pré-analítica, que compreende desde a coleta do material até o
cadastro e armazenamento das amostras no laboratório, antes da análise propriamente dita.
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Diferentes amostras biológicas podem ser coletadas para os testes moleculares, como sangue, escarro,
amostra de tecidos, um fio de cabelo, dentre outras. A partir dessas amostras, podemos detectar a presença
tanto do nosso material genético (DNA/RNA) quanto o de microrganismos, conseguindo verificar e quantificar
a presença de vírus, bactérias, protozoários; analisar a predisposição ou o estado de doenças genéticas; e
fazer os famosos testes de paternidade. Além disso, é amplamente utilizado em perícias médicas: o jornalista
Tim Lopes foi identificado com auxílio dos testes moleculares.
Jornalista Tim Lopes
Arcanjo Antonino Lopes do Nascimento, conhecido como Tim Lopes, foi um repórter investigativo
brasileiro. Ele desapareceu em 2 de junho de 2002, porém sua morte somente foi confirmada no mês
seguinte, após exame de DNA dos fragmentos de ossos encontrados em um cemitério clandestino. 
Atenção
É importante destacar que, além das amostras biológicas, os testes moleculares podem ser realizados a
partir de cultura de células e de microrganismos. Nesses casos, também é essencial os cuidados com a
fase pré-analítica, para um resultado de qualidade. A coleta e manipulação de todas essas amostras,
assim como na coleta de qualquer material biológico, deve ser realizada seguindo todas as normas de
biossegurança, com utilização dos equipamentos de proteção individual, para evitar contaminação. 
Além disso, as amostras devem estar devidamente identificadas com o nome do paciente e data da coleta,
assinatura de quem coletou e um código numérico para dupla verificação. Amostras que não estiverem
identificadas corretamente ou aquelas que apresentem características que impossibilitem o teste, como a
presença de hemólise no tubo de sangue, devem ser descartadas.
Hemólise
Extravasamento de componentes intracelulares das hemácias para o meio extracelular, por conta de um
rompimento das membranas celulares. 
Alguns tipos de testes possuem critérios específicos de
acordo com o procedimento realizado. É obrigação do
laboratório deixar evidente para os pacientes os critérios de
aceitação e exclusão de amostras para cada tipo de ensaio.
A quantidade de material genético extraído depende
diretamente do local de coleta, do número de células
presentes e pode variar conforme a idade do paciente, além
de depender diretamente das condições de transporte e
armazenamento.
Em algumas ocasiões, um resultado negativo em um exame pode ser resultado de um erro durante a fase pré-
analítica, uma vez que o material genético tem que estar viável para conseguir realizar as técnicas moleculares
que envolvem sua amplificação. É sempre preferível trabalhar com amostras frescas para melhorar o
rendimento.
Vamos conferir alguns cuidados para extração de amostras de DNA e RNA:
Extração de DNA
Para extração de DNA, a coleta deve seguir alguns cuidados, pois, no nosso organismo, existem
moléculas capazes de degradar o DNA, como as desoxirribonucleases (DNases) que necessitam de
íons metal para a sua atividade. Então, para inativação da enzima, pode ser necessária a utilização de
agentes quelantes como o EDTA. Ela também é inativada pelo calor durante 10 minutos a 65°C.
Extração de RNA
A coleta de amostras para a extração de RNA requer mais cuidados. O RNA é uma molécula altamente
instável e que apresenta grande fragilidade e se degrada rapidamente pela ação de ribonucleases
(RNase). Essas enzimas não precisam de cofator para se ativar, são estáveis, ficando ativas mesmo
após a fervura e autoclavagem, e estão presentes em uma série materiais biológicos e na nossa pele.
É muito importante a adição de agentes estabilizadores (Os agentes estabilizadores de RNA são
reagentes que visam inativar enzimas capazes de degradar o RNA.) de RNA o mais rápido possível e
que o recipiente utilizado seja certificado como Ribonucleases (RNase) free, ou seja, livre de agentes
degradantes de RNA, estéril, e sempre deve ser manipulado com luvas!
Agora é hora de conhecer as peculiaridades de algumas amostras destinadas à extração do DNA/RNA. Vamos
lá?
Sangue e aspirado de medula óssea
Amostras de sangue e aspirado de medula óssea precisam ser armazenados junto a agentes anticoagulantes
para manter a estabilidade da amostra, impedindo a coagulação sanguínea. Entretanto, a heparina (agente
anticoagulante amplamente utilizado) é um potente inibidor de algumas técnicas moleculares, dentre elas o
famoso PCR (Polymerase Chain Reaction).
PCR
É a técnica utilizada para amplificar a quantidade de material genético e que é fundamental para as
análises posteriores ou até pode ser utilizada como ferramenta principal de diagnóstico. 
Saiba mais
A impossibilidade do uso de heparina fez com que outros anticoagulantes fossem preferíveis, sendo
normalmente utilizados o EDTA (ácido etilenodiaminotetracético) ou o ACD (citrato de dextrose) para
essas amostras. A coleta de amostras com o anticoagulante EDTA, apesar de ser mais utilizada e
indicada para amostras de sangue, também pode interferir em algumas metodologias, já que o EDTA
pode inibir drasticamente a atividade da DNA polimerase se estiver em excesso. 
Quando o objetivo é a análise do DNA, o sangue total é estável por até 24 horas em temperatura ambiente. Na
temperatura de 2°C a 8°C, é estável por até oito dias. De forma diferente, o plasma fica estável apenas 5 dias
na temperatura de 2°C a 8°C, suportando tempos maiores se for congelado, e a amostra deve ser
transportada em ambiente refrigerado.
Além disso, se congelada, é necessário que não haja ciclos de congelamento-descongelamento. Para análise
de RNA viral, o sangue deve ser centrifugado e o plasmatransferido para outro tubo estéril e livre de RNases
em até quatro horas da coleta.
Para as amostras de aspirado de medula óssea, a seringa deve conter EDTA e, após a coleta, o aspirado pode
ser armazenado por até 72 horas na temperatura de 2°C a 8°C. Caso seja necessário maior tempo para o
processamento, os eritrócitos precisam ser removidos e a amostra congelada a -20°C, assim a estabilidade do
material permanece por meses.
Atenção
A amostra só pode ser congelada após a remoção dos eritrócitos! 
Vamos entender um pouco mais a seguir:
Para a extração de RNA após a coleta, esta deve ser colocada imediatamente em solução estabilizante
de RNA. Caso não tenha essa solução e não seja congelada, ela deve ser transportada em gelo seco e
analisada em até 4 horas.
 
O grupamento heme presente nas hemoglobinas pode inibir a reação de PCR, então amostras que
tenham algum tipo de hemólise não são satisfatórias para análise. Além disso, caso haja necessidade
de remoção dos eritrócitos, esta deve ser feita de forma cuidadosa, para evitar a hemólise e liberação
do grupo heme e causar problemas nos testes moleculares.
Amostra de tecidos
As amostras de tecido são preferíveis quando os agentes etiológicos estão alojados no tecido e/ou o
diagnóstico das possíveis infecções seja difícil por meio da simples coleta de sangue. Além disso, essas
amostras são as de escolha durante as autópsias e para a análise de tecidos tumorais para comparar o DNA
das células tumorais com as normais.
Saiba mais
Para garantir uma boa análise, é recomendado coletar de 1g a 2g de tecido-alvo. No entanto, a
quantidade pode variar de acordo com o tecido. Apenas para termos uma ideia, 10mg de tecido fornece
cerca de 10µg de material genético. Essa quantidade já é suficiente para análise, mas sempre devemos
trabalhar com uma margem de segurança, pois possíveis perdas de material podem ocorrer. 
Para tecidos, o ideal, após a coleta por biópsia, é o rápido congelamento em nitrogênio líquido (-196°C) ou
manter esse tecido em solução de preservação de ácidos nucleicos. Não é recomendável manter esse tipo de
material em temperatura ambiente por muito tempo.
Amostras pequenas devem ser embrulhadas em gazes umedecidas com salina para evitar ressecamento, além
da solução de preservação de ácidos nucleicos. Tecidos sólidos apresentam muitas endonucleases e devem
ser processados ou congelados o mais rápido possível!
Tecidos de biopsia embebidos em fixadores utilizados para a preservação de tecidos para exame
histopatológico não devem ser empregados para os exames de biologia molecular!
A estabilidade do tecido depende do tipo de tecido coletado.
Observe a estabilidade do DNA nas seguintes condições:
• 
• 
 
Mantido em banho de gelo triturado ou refrigerado em temperatura entre
2°C e 8°C
Até 24h
Congelado a -20°C
Duas
semanas
Congelado a -70°C Dois anos
Eldio dos Santos.
Se houver impossibilidade de congelar ou usar a solução preservadora, a amostra deve permanecer em
ambiente com gelo, inclusive no transporte e ser processada em 24 horas para o isolamento do DNA.
Quando a amostra for coletada para a extração do RNA, essa amostra deve ser rapidamente congelada em
nitrogênio líquido (-196°C) antes de ser congelada a -70°C, processada em no máximo uma hora após a coleta
ou colocada em solução estabilizadora do RNA. No momento da extração, as amostras não podem ser
descongeladas, e sim homogeneizadas diretamente em solução adequada para a extração (chamado agente
de extração, geralmente isotiocianato de guanidina). Os tubos de coleta também devem ser livres de RNases,
estéreis e apenas manipulá-los com luvas, para evitar a degradação do RNA.
Normalmente, em temperatura de -20°C, as RNases ainda estão ativas, assim, é recomendado manter as
amostras para análise de RNA em temperaturas inferior ou igual a -70°C.
Células bucais
A coleta das células bucais para a extração de DNA ou RNA pode ser realizada por meio de um raspado de
células da parte interna da boca utilizando um swab (cotonete estéril, específico para coleta de exames
microbiológicos) ou a partir do bochecho. Para extração de RNA, essa amostra deve ser inserida em um tubo
contendo solução estabilizante de RNA/DNA. De forma diferente, amostras para extração de DNA podem ser
secas ou estabilizadas e transportadas à temperatura ambiente. As amostras estabilizadas dentro do tubo
possuem validade de até uma semana em temperatura ambiente, podendo ser transportadas sem maiores
cuidados.
Alguns swabs mais longos também podem ser utilizados
para coletar material presente na orofaringe e na
nasofaringe para o diagnóstico de algumas doenças, em
que o agente infectante colonize as vias respiratórias, como
o novo coronavírus e o vírus influenza.
Atualmente, as empresas enviam os kits de coleta para o
paciente realizar o procedimento em casa: o swab deve ser
esfregado na parte interna da bochecha, cerca de 10 vezes
de cada lado e, em seguida, inserido no tubo que vem no kit
contendo a solução estabilizante. Os erros mais comuns que ocorrem nesse tipo de abordagem são: o
paciente descartar a solução estabilizante, a contaminação do swab com restos de alimentos, batom e em
outros casos até mesmo o paciente não identificar corretamente o tubo.
Deve-se evitar a coleta desse material após refeições, pois não é tão raro encontrar, nas amostras
encaminhadas para o laboratório, o DNA de alimentos, como frango, bovino etc. nos testes onde
supostamente era para ser feita a detecção de DNA de um ser humano.
Coleta de líquido cefalorraquidiano (líquor ou LCR)
O LCR quando coletado para análise do DNA deve ser coletado em frascos estéreis, transportado na
temperatura de 2°C a 8°C e, caso não seja processado rapidamente, congelado na temperatura a partir de
-20°C. Para análise de RNA, se o processamento não for realizado em até 4 horas, essa amostra deve ser
congelada. No entanto, caso a amostra tenha eritrócitos, esses devem ser removidos antes do congelamento. 
Vem que eu te explico!
Os vídeos a seguir abordam os assuntos mais relevantes do conteúdo que você acabou de estudar.
Hipótese nula e hipótese verdadeira
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Erro tipo 1 e tipo 2
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Diferença entre amostra aleatória simples e sistemática
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Verificando o aprendizado
Questão 1
Estudamos as diferenças entre hipótese nula e hipótese alternativa e os possíveis erros gerados a partir da
interpretação errada dessas análises. O erro tipo 1 consiste em:
A
Não rejeitar a hipótese nula, uma vez que a hipótese nula é falsa.
B
Não rejeitar a hipótese nula, uma vez que a hipótese nula é verdadeira.
C
Não rejeitar a hipótese nula, uma vez que a hipótese nula e a alternativa são falsas.
D
Rejeitar a hipótese nula, uma vez que a hipótese nula é falsa.
E
Rejeitar a hipótese nula, uma vez que a hipótese nula é verdadeira.
A alternativa E está correta.
O erro tipo 1 acontece quando rejeitamos a hipótese nula, sendo esta verdadeira, ou seja, não aceitamos
que não existe relação causa-efeito. Sendo assim, temos um resultado falso-positivo. Um resultado falso-
positivo é quando, por exemplo, assumimos que um paciente tem uma doença, quando na verdade ele não
tem.
Questão 2
O armazenamento de amostras biológicas é fundamental para uma boa análise. Com base no que estudamos,
qual seriam as melhores condições para armazenamento de uma amostra de tecido, por mais de 1 semana,
para a extração de RNA?
A
Após a coleta, manter em temperatura ambiente.
B
Após a coleta, um rápido congelamento em nitrogênio líquido (-196°C), seguido do congelamento a -70°C.
C
Após a coleta, colocar o tecido em um pote com formol, congelar em nitrogênio líquido (-196°C), seguido do
congelamento a -70°C.
D
Após a coleta, manter na temperatura de 2°C-8°C por 24 horas.
E
Após a coleta, colocar o tecido em um pote com formol, congelar em nitrogêniolíquido (-196°C), seguido do
congelamento a -20°C.
A alternativa B está correta.
O RNA tende a uma maior estabilidade quando primeiro congelado em nitrogênio líquido (-196°C), e depois
em -70°C. Na temperatura de -20°C, as RNases que ainda estão presentes no tecido podem degradar o
RNA ao longo do tempo. Além disso, amostras de tecidos para análise de material genético não podem ser
fixadas em soluções fixadoras como o formol!
2. Extração e quantificação do material genético
Extração do DNA e do RNA a partir das amostras coletadas
Agora que conhecemos todas as etapas pré-analíticas, estamos prontos para colocar a mão na massa! Vamos
então estudar de fato como é feita a extração do DNA e do RNA a partir das amostras coletadas para a
obtenção do nosso material genético.
No entanto, antes de começarmos a estudar a
extração, é interessante relembrar que qualquer
técnica ou procedimento utilizado no
laboratório – seja ele qual for – é como fazer um
bolo, e por isso devemos seguir determinada
receita.
No laboratório, chamamos a receita de POP
(procedimento operacional padrão) e temos
que ter os ingredientes (os reagentes) e os
utensílios para fazer o bolo (os materiais e
instrumentos).
 
Ler a receita e fazer o bolo é um processo mecânico, qualquer pessoa com um mínimo de conhecimento e que
saiba como manusear os instrumentos consegue seguir o passo a passo, e dependendo da experiência, vai
conseguir ter um resultado satisfatório.
No fim do procedimento, pode ser que saia um bolo maravilhoso ou pode ser que não saia. Dessa forma,
percebemos que é importante saber qual é a função de cada componente do bolo para entendermos o
processo como um todo. Caso o bolo saia pequeno, faltou fermento, se ele saiu seco é porque faltou leite, e
assim temos uma noção de causa-efeito. O inverso também é válido: podemos saber tudo sobre como
funcionam os ingredientes do bolo, o nome da levedura usada no fermento, a temperatura ideal para assar o
bolo, qual a importância de cada componente na construção do bolo, mas se não soubermos como mexer o
bolo ou como ligar o forno, o processo simplesmente não funciona!
Assim como fazer um bolo, é de suma importância primeiro entender os conceitos teóricos da extração do
DNA e depois ver como funciona o passo a passo da técnica.
Atenção
Antes de iniciar nos procedimentos, é importante ressaltar que, após a obtenção de nossa amostra,
devemos sempre tomar cuidado onde ela será manipulada e com a preparação dos reagentes, evitando,
assim, a contaminação com materiais genéticos de outros organismos, ou até mesmo com enzimas que
podem degradar o nosso material de estudo e gerar resultados falhos. 
Procedimentos de extração de dna
As células eucariontes possuem uma membrana celular, formada por uma bicamada fosfolipídica, além de
diversos elementos dispersos no citoplasma, como as proteínas, os carboidratos, as organelas, os lipídios e os
elementos minerais (sódio, potássio, magnésio, cálcio, entre outros). Além disso, a célula eucarionte também
possui uma membrana nuclear e dentro do núcleo estão as proteínas, DNA e RNA majoritariamente.
Para a extração do DNA, todos os outros
elementos são considerados contaminantes,
até mesmo o RNA. Assim, a estratégia básica
da extração de DNA é, então, separar o DNA de
todos esses outros elementos que não são
DNA. Existem algumas formas diferentes de se
fazer isso, mas alguns procedimentos devem
ser feitos independentemente da forma de
extração. A partir da amostra de células, a
primeira etapa a ser realizada é o rompimento
da parede celular (quando as células são de
origem vegetal ou fungos), da membrana
plasmática e da membrana nuclear, liberando,
assim, o material genético.
 
Podemos fazer isso de diversas formas, a saber: com o uso de detergentes específicos de desestabilizar a
membrana celular e nuclear, abrasão física, ação de enzimas capazes de degradar a membrana e/ou parede
celular, pressão osmótica, aquecimento, entre outras.
Quando a intenção é extrair o DNA, junto ao rompimento das membranas, é importante adicionar uma enzima
capaz de destruir outras proteínas (proteinases), principalmente para inativar todas as DNases, impedindo a
degradação do DNA. Em seguida, para remover o RNA, que neste caso é um contaminante, basta adicionar
RNase no meio. Nessa etapa, já removemos lipídios, proteínas e o RNA, mas ainda faltam os carboidratos e os
elementos minerais.
Existem algumas formas de se realizar essa etapa, vamos conhecer as 3 principais.
Adição de solvente orgânico
Podemos usar um solvente como o fenol ou o clorofórmio. É importante lembrar que já degradamos lipídeos e
RNA, rompemos as membranas e, se for o caso, a parede celular. Mas o que acontece?
O fenol ou clorofórmio tornam essas moléculas insolúveis, assim como os carboidratos e todos os elementos
minerais. Após a adição dos solventes, seguida da centrifugação, formam-se duas fases:
Fase aquosa: DNA
Nesta fase superior, o DNA, que não é
solubilizado nos solventes (fenol ou
clorofórmio), vai permanecer na fase aquosa.
Fase orgânica
Nesta fase, todos os outros elementos irão para
a fase orgânica (inferior), como proteínas,
lipídeos, RNA degradados, carboidratos e
outros elementos minerais solúveis em fenol/
clorofórmio.
Assim, com auxílio de uma pipeta, podemos transferir a fase aquosa com o DNA para outro tubo.
Saiba mais
O RNA degradado se torna nsolúvel, pois forma reações de complexação com outros elementos do
citoplasma. Se estiver íntegro, ele pode ir para a fase aquosa, dependendo do pH do solvente orgânico. 
Solução concentrada de NaCl
O cloreto de sódio concentrado é capaz de precipitar os elementos degradados do citoplasma, deixando o
DNA íntegro na fase aquosa. Assim, basta centrifugar e remover a fase aquosa do pellet precipitado, ou seja,
recuperar apenas o sobrenadante, pois nele estão nossas substâncias de interesse.
Pellet
Pequena porção precipitada de uma solução.
Coluna de adsorção do DNA
O DNA possui carga total negativa vinda do grupamento fosfato. Assim, podemos adicionar uma coluna com
carga positiva (normalmente é utilizada uma coluna de sílica) no nosso tubo e centrifugar. Dessa forma, o DNA
vai ficar retido na coluna devido à sua carga negativa e os outros elementos irão passar direto pela coluna,
ficando no fundo do tubo. Para remover o DNA da coluna, usamos um tampão de eluição carregado
negativamente em grande quantidade. Normalmente, são usados os tampões Tris-HCl ou o EDTA. Eles irão
competir com o DNA pela ligação na coluna de adsorção e, como estão em grande quantidade, ganham a
competição e se aderem à coluna expulsando o DNA. O procedimento é feito também por centrifugação,
porém o material que sairá da coluna será rico em DNA.
Após a obtenção do DNA por qualquer um desses métodos supracitados, precisamos eliminar qualquer
resíduo que por um acaso ainda esteja misturado ao DNA. Para isso, adicionamos isopropanol, que precipita
apenas o DNA. Após centrifugação, como o DNA encontra-se precipitado, nosso DNA puro encontra-se no 
pellet.
Curiosidade
O pellet fica bem aderido no fundo do tubo, podemos lavar o tubo com etanol 70%, por exemplo, para
remover todos os reagentes e secar o tubo, que o DNA continua aderido ao tubo. 
A etapa final consiste em ressuspender DNA (técnica que possibilita que um pellet volte a ficar em solução),
em água ou em tampão de eluição, basta adicionar um pouco do líquido escolhido e forçar a quebra do pellet,
no final de todo o protocolo, teremos um tubo contendo apenas o DNA puro.
O processo de extração de DNA nos plasmídeos é bem semelhante ao processo geral de extração
de DNA. No entanto, depois da lise da membrana e precipitação das proteínas citoplasmáticas, é
adicionada uma solução de NaOH com pH bastante básico a ponto de desnaturar o DNA
cromossomal e o também o próprio DNA plasmidial. Em seguida, é adicionada uma solução ácida
neutralizadora que regenera o DNA plasmidial, mas não o cromossomal. Assim, podemos então
separar por centrifugação, pois o DNA do plasmídeo ficalinear ou circular que contém todo o seu material genético,
chamado de DNA cromossomal. Além do cromossomo, alguns deles possuem elementos genéticos móveis
(EGM), os responsáveis por transmitir algumas características genéticas a outros indivíduos vizinhos a fim de
conferir alguma vantagem ou desvantagem.
O cromossomo dos procariotos possui uma quantidade de DNA que pode variar entre 0,16 a 13 Mpb. Apenas
para termos um exemplo, o DNA da bactéria E. coli possui cerca de 4,6 Mpb contido em uma célula de 2 μm!
Esse volume só é possível devido ao alto grau de condensação do DNA. A condensação é feita através da
formação de grandes alças na molécula de DNA, que originam alças menores, possibilitando que o DNA ocupe
um menor volume na célula. As alças são formadas com o auxílio das proteínas DNA girase e topoisomerase l,
a região formada por este único cromossomo condensado é chamada de nucleoide.
Mpb
É a sigla para megapares de base, sendo mega 106. Pb: indica pares de bases.
Compactação do DNA procarionte.
Os EGMs são partes fundamentais do DNA dos procariotos, mesmo não pertencendo ao cromossomo e
possuem diversas funções que serão detalhadas posteriormente. É importante saber que existem diferentes
tipos de EGMs, vamos estudar os três principais: plasmídeos, bacteriófagos e os transposons.
Os plasmídeos são moléculas circulares de DNA fita dupla, independentes do cromossomo e possuem
capacidade de replicação autônoma. Seu tamanho é de cerca de 1 a 35 kpb. Cada célula pode conter diversos
ou nenhum plasmídeo, com uma ou várias cópias. Os plasmídeos são considerados elementos de herança
extracromossômica, já que possuem replicação autônoma, independentemente do cromossomo. Eles também
não são vitais, não causam malefícios à célula hospedeira, geralmente, possuem informações que serão
aproveitadas para produção de toxinas, pilinas, adesinas e diversos outros tipos de proteínas que podem
conferir algum tipo de vantagem para a célula hospedeira. Justamente por isso, podem ser chamados também
de elementos genéticos acessórios.
DNA bacteriano e plasmídeos no citoplasma de uma bactéria.
Os plasmídeos não são normalmente sintetizados, e sim adquiridos através de um fenômeno chamado 
conjugação bacteriana, onde uma bactéria transfere os seus plasmídeos para outra e mantém uma cópia
desses para si. Os plasmídeos são de grande importância, por exemplo, no desenvolvimento de estudos na
área de Biologia Molecular pela facilidade de manuseio e replicação. São utilizados como vetores, onde uma
sequência de interesse é inserida no plasmídeo, o qual é difundido entre os indivíduos de determinada colônia
de bactérias. As bactérias, ao se replicarem, possibilitam originar uma grande quantidade de cópias da
sequência de interesse. A partir disso, podemos purificar esse material e usar para os mais diversos fins.
Exemplo
Uma das formas de obtenção e produção de insulina é utilizando os plasmídeos como vetores. 
Os bacteriófagos, vírus que infectam bactérias injetando o seu material genético, podem se inserir no DNA
cromossomal e se replicar junto com o organismo. Após a inserção, os genes contidos no bacteriófago são
expressos e podem codificar fatores de virulência e toxinas entre outras proteínas. Eles são perigosos porque
podem transformar uma bactéria não patogênica em uma bactéria patogênica. Alguns até mesmo podem
produzir capsídeo viral e se multiplicar diversas vezes, iniciando um ciclo lítico que termina na destruição da
célula hospedeira.
Ciclo lítico
Processo em que um vírus insere o material genético em uma célula e se multiplica exponencialmente,
formando novos vírus e resultando no rompimento de dentro para fora da membrana celular, liberando
grande carga viral.
Bacteriófagos infectando e injetando seu material genético no citoplasma de uma
bactéria.
Os transposons são pequenas sequências de DNA que serão inseridas de forma aleatória no DNA do
organismo hospedeiro, formando novos trechos de genoma, evento chamado de transposição e catalisado por
enzimas chamadas de transposases. As transposases são capazes de cortar o DNA na região do transposon,
liberando essas sequências, que se difundem pela célula. Os transposons são identificados a partir de
mudanças fenotípicas nas bactérias. Como quase todo o DNA bacteriano é codificante, essas inserções
podem causar algumas alterações funcionais no organismo tprocarioto, como a perda de atividade enzimática.
Codificante
DNA codificante é o termo utilizado para o DNA que de fato será transcrito e traduzido. DNA não
codificante é o termo utilizado para todo o DNA que não será transcrito.
Existem três principais subgrupos de transposons:
As sequências de inserção (chamadas de IS, do inglês Insertion Sequence).
Os transposons compostos (simbolizados pela sigla Tn).
Transposons complexos ou elementos TnA.
Os ISs são os transposons mais simples, podem se inserir tanto no cromossomo quanto nos plasmídeos,
possuem cerca de 700 a 2.500 pb e são nomeados pela sigla IS, seguido de um número, por exemplo IS3 ou
IS37. Eles contêm os genes responsáveis pelo próprio mecanismo de transposição, que codificam as
transposases e possuem sequências muito parecidas em suas extremidades para que a sua respectiva
transposase corte essa região, liberando o IS para ser reinserido em um outro sítio. A transposição acontece
no momento de abertura da dupla fita de DNA, que antecede a replicação, onde o transposon é inserido na
fita de DNA e replicado junto com o DNA do procarioto.
Estrutura esquemática do ISs.
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O segundo subgrupo é formado pelos transposons compostos (Tn), chamados de transposons compostos,
porque são formados por duas sequências de ISs em suas extremidades. Os Tn podem conferir vantagens a
bactérias, por exemplo, o caso do Tn9, que gera resistência ao antibiótico cloranfenicol.
Os transposons complexos (TnA), o último subgrupo, possuem cerca de 500 pb. Ao invés de ISs em suas
extremidades, possuem pequenas sequências indicando o local de corte pela transposase. Os TnA induzem a
replicação do procarioto com objetivo de se multiplicarem.
Atenção
É importante destacar que os EGMs possibilitam que as bactérias troquem informação genética de
maneira muito rápida. Desse modo, caso apareça algum desses elementos, como a capacidade de gerar
resistência a um antibiótico, logo todas as bactérias daquela colônia também ganham essa mesma
resistência. Essas características foram fundamentais para a evolução e manutenção da vida dos
organismos procariontes. 
Organização do material genético em eucariotos
Conforme já aprendemos, a maior diferença entre procariotos e eucariotos é a presença da carioteca, uma
membrana nuclear que engloba o material genético, isolando o citoplasma, no conjunto chamado de núcleo. O
núcleo permite um maior nível de organização celular e modifica a organização e a estrutura gênica.
Para começarmos a entender o nível de complexidade da organização do material genético em eucariotos,
vamos a algumas contas básicas.
Todo o genoma humano possui cerca de 3.2 Gpb, enquanto isso a espécie Polychaos dubium, um pequeno
parasita unicelular eucarionte, possui 670 Gpb, ou seja, cerca de 200 vezes maior que o nosso.
Gpb
Giga de pares de base, onde G representa 109. 
A complexidade do paradoxo do valor C, nome dado a esse fenômeno, não está associada ao
tamanho do seu material genético, uma vez que nós seres humanos somos mais complexos que este
parasita. O paradoxo do valor C pode ser explicado pela maneira com que o DNA é codificado e
processado.
Outro fator relevante é o nível de compactação do DNA. Vamos agora fazer um comparativo entre duas células
que já conhecemos os valores de pares de base existentes: a humana, com 3,2 Gpb, e a E. coli, com 4,6 Mpb.
O DNA humano é contido em um diâmetro de cerca de 5 a 10 μm, enquanto na E. coli esse valor é de 2 μm, ou
seja, um DNA 700 vezes maior ocupando um espaço quase semelhante ao da bactéria. Isso é possível graças
a uma diferente forma de estruturação e compactação doem suspensão enquanto o DNA
cromossomal precipita.
Agora que sabemos os princípios teóricos da extração do DNA, vamos simular uma situação em que estamos
no laboratório e temos que extrair o DNA de uma amostra coletada. Para isso, vamos utilizar o protocolo
desenvolvido pela Embrapa (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária) (OLIVEIRA et al., 2007).
Vamos ver se você consegue identificar e entender o passo a passo de um POP utilizado em uma situação
real. Parece desafiador, mas não se assuste, vamos juntos!
A primeira etapa é conferir todos os reagentes que vamos precisar. São eles:
Tampão de digestão 
No POP da EMBRAPA, o tampão de digestão é formado por NaCl 100 mM; Tris-HCl com pH 8.0 10 mM;
EDTA, com pH 8.0 25 mM; SDS 0,5% (usado como detergente) e proteinase K 0,1 mg/mL.). 
 
Solução de fenol, clorofórmio e álcool isoamílico - (25:24:1) 
O álcool isoamílico serve para prevenir a formação de espuma quando a mistura é agitada, facilitando a
separação da fase orgânica da aquosa. 
 
Microtubos de polipropileno; frascos e bastões esterilizados. 
 
Solução Tampão TE (tris-HCL 10 mM; EDTA 1 mM com pH 8.0; tris = hidroximetil aminometano)
Solução em que o pH permanece em uma determinada faixa de pH, mesmo após a adição de
substâncias ácida ou básica, a não ser que o “tamponamento” seja extrapolado). 
 
Etanol 70%; etanol absoluto; acetato de amônio 7,5M; micropipetas de 1mL, 200μL, 100μL e 10μL. 
 
Centrífuga. 
 
Isopor com gelo. 
 
Vidraria de laboratório; banho-maria a 50°C.
Após conferirmos todo o material, vamos começar a extração do DNA de um tecido de origem animal, e que
por isso não apresenta parede celular. 
Dica
Lembre-se de que nossa amostra depois da coleta tem que estar armazenada no gelo, para manter a
temperatura entre 2°C a 8°C. 
Vamos entender melhor esse processo:
Se o tecido for duro, devemos macerar, usando um bastão de vidro, e se tiver grande quantidade de
líquidos, a amostra deve ser centrifugada para remover o líquido em excesso. Na primeira etapa da
extração, adicionamos o tampão de digestão, na concentração de 1,2mL de tampão para cada 100mg
de tecido.
 
Em seguida, devemos deixar o tubo em banho-maria a 50°C por cerca de 8 a 16 horas, para garantir a
digestão completa das membranas plasmáticas e nucleares e proteínas. No final, o material
apresentará um aspecto viscoso. O tempo de incubação no banho-maria varia de acordo com o
tamanho da amostra.
 
A segunda etapa é a extração do DNA com fenol e precipitação dos compostos indesejáveis. Para isso,
o tubo é retirado do banho-maria e esperamos ele chegar a 37°C para adicionar 5μL de RNase, e
depois incubamos por 15 minutos sob leve agitação. A adição de RNase é opcional e deve ser
empregada quando o RNA é considerado um contaminante.
 
Em seguida, a solução de fenol, clorofórmio e álcool isoamílico é adicionada na proporção de 1:1 com a
quantidade de amostra do tubo, ou seja, para cada 500μL de material, adicionamos 500μL de solução
de fenol. É importante atentarmos para o pH da solução de fenol, pois em pH abaixo de 7.0 o DNA é
degradado e vai para a interface, região entre a fase orgânica e a fase aquosa, mas é preconizado para
extração de RNA. Resumindo: a solução de fenol com pH em torno de 7.0 é usada para extração de
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DNA e em pH entre 4,5 e 5,5 é usado na extração de RNA.
 
Após a adição do fenol, homogeneizamos e centrifugamos o tubo por dez minutos a 1.700g. Uma vez
com as fases aquosa e orgânica bem definidas, separamos a fase aquosa contendo o DNA e
descartamos a fase orgânica com todos os contaminantes. Nessa etapa, é importante separar bem as
fases, pois o fenol pode ser um contaminante, então é recomendado centrifugar duas vezes.
 
A terceira fase é a purificação do DNA por meio da precipitação com etanol. Antes de usarmos o etanol
em si, adicionamos meio volume de acetato de amônio 7,5M e dois volumes de etanol absoluto.
Nesse POP do EMBRAPA, o etanol é utilizado como agente precipitante do DNA, entretanto poderíamos
utilizar o isopropanol também.
Saiba mais
A unidade volume é usada para padronizar as quantidades em qualquer sistema, supondo um volume de
500μL de fase aquosa, meio volume significa 250μL e dois volumes significam 1.000μL. 
O acetato de amônio facilita a precipitação do DNA pelo etanol e o etanol absoluto, além de concentrar o DNA,
também ajuda a remover os resíduos remanescentes de fenol e clorofórmio. Centrifugamos a amostra a 1.700g
por cerca dois minutos. Após a centrifugação, será possível visualizar o >em>pellet bem aderido ao fundo do
tubo. Removemos toda a solução alcoólica e depois vamos ressuspender o pellet em etanol 70%.
Centrifugamos novamente a 1.700g por dois minutos e tiramos o sobrenadante (uma dica é deixar o tubo
aberto por um tempo, para o etanol evaporar por inteiro). Agora com o pellet limpo, a fase final é a adição do
tampão TE, para facilitar a dissolução do DNA, ou ainda podemos deixar o tubo em banho-maria a 50°C por
algumas horas.
Recomendação
Vale lembrar que, nesse exemplo, estamos extraindo o DNA a partir de amostras de tecidos. No entanto,
existem variações do protocolo. Mesmo que a amostra também seja proveniente de tecido, o protocolo
pode ser modificado, com a utilização de outros reagentes. Entretanto, esse é o procedimento básico e
em geral usado em laboratórios para extração de DNA. 
Procedimentos de extração de RNA
O procedimento de extração de RNA é bem parecido com o método de extração de DNA, mesmo o RNA sendo
mais frágil e demandando mais cuidados. Todo material que entra em contato com a amostra deve ser tratado
com soluções neutralizadoras de RNase e possuir a característica de ser RNase free. Além disso, a amostra
deve sempre ser refrigerada em nitrogênio líquido ou gelo para evitar a ação de alguma RNase remanescente.
Vamos agora rever as três etapas do protocolo de extração de DNA, ressaltando quais são as diferenças entre
a extração do DNA e RNA.
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Fase 1
Quebra da membrana - A quebra pode ser feita de forma mecânica ao invés de utilizar o tampão de
digestão, usando um pistilo, bastão ou sonicador, aparelho capaz de utilizar energia das ondas
sonoras para agitar partículas. Esta técnica apresenta uma vantagem: por ser mais rápida, diminui a
chance de degradação do RNA.
Fase 2
Extração do RNA - Não são utilizadas as RNases. A solução de fenol/clorofórmio na extração de RNA
deve ter pH ácido (entre 4,5 e 5,5) para que o RNA fique na fase aquosa e o DNA fique na interface
(essa fase intermediária só é formada durante a extração do RNA devido ao pH ácido).
Fase 3
Purificação do RNA - A purificação do RNA é muito parecida com a do DNA, a diferença está no
armazenamento: para RNA é preferível utilizar nitrogênio líquido.
Vamos acompanhar o passo a passo a seguir:
Extração de DNA/RNA
Amostra inicial com as células digeridas.
Adição de solução fenol/clorofórmio
Centrifugação da amostra, formando duas fases: orgânica (em amarelo no
fundo do tubo) e aquosa (em azul acima da fase orgânica). No tubo A, temos
DNA e RNA dissolvidos na fase aquosa e no tubo B o DNA degradado fica na
interface.
Separação da fase orgânica por centrifugação
A fase orgânica é descartada, permanecendo apenas a fase aquosa no tubo.
Adição de acetato de amônio e etanol absoluto
Após centrifugar, ocorre a formação de um pellet no fundo do tubo. Todo o
líquido restante é descartado.
Ressuspensão e armazenamento do material genético extraído
O pellet é ressuspendido em tampão TE e agora o DNA ou RNA pode ser
armazenado.
Importância do DNA na Biologia Molecular
Confira agora a importância do DNA na Biologia Molecular, entendendo como o material genético obtido será
utilizado.
Conteúdo interativo
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Armazenamento do DNA e do RNA purificados
Após o isolamento (purificação), o DNA e o RNA precisam receber cuidados imediatos. Para o DNA, devemos
armazená-lo em um tubo de plástico (DNA tem afinidade por vidro, por isso o uso de tubos de plástico),preferencialmente de propileno, vedado a fim de evitar evaporação, em uma temperatura abaixo de 0°C.
Dessa forma, diminuímos a atividade biológica das DNases.
O DNA purificado é mantido em solução tampão tris-EDTA, com pH 7,2. A validade do DNA nessas condições,
é bastante alta. Confira:
Propileno
Tipo de polímero que não interage com o DNA.
 
Temperatura ambiente Até 26 semanas
Temperaturas baixas de 2°C a 8°C 1 ano
Congelado a -20°C 7 anos
Congelado a -70°C +7 anos
Atenção
O DNA purificado é bastante resistente, uma vez que a sua solução não contenha água, pois a água
quando congela forma cristais que podem danificar os materiais orgânicos. 
Após a extração do RNA, ele deve ser armazenado como um precipitado em etanol a 70% congelado na
temperatura de -70°C. Alguns estudos mostram que, após 2 meses, mantido na temperatura de -20°C, o RNA
não perde sua integridade. No entanto, é importante destacar que, na temperatura de -20°C, ainda temos
uma atividade RNases, sendo assim mais recomendado o congelamento em temperaturas de -70°C ou
inferior. Assim como no DNA, os tubos devem ser de plástico estéril e manuseados com luvas limpas por uma
solução de água com dietilpirocarbonato (composto capaz de eliminar RNases dos tubos) ou então por tubos
com garantia de serem RNase-free.
O etanol auxilia na precipitação do RNA, ajudando a concentrá-lo. Dessa forma, o RNA fica menos suscetível a
agentes degradantes.
Quantificação, análise de pureza e integridade do material
molecular
A extração do DNA/RNA é sem nenhuma dúvida um dos processos mais importantes da Biologia Molecular,
pois esses materiais servem de matéria-prima para diversas outras técnicas da Biologia Molecular, como a
reação da cadeia da polimerase (PCR), sequenciamento, clonagem, hibridização, entre outras. Uma boa
extração determina a qualidade do resultado dessas técnicas. O controle de qualidade da extração é dado
pela quantificação, pureza e integridade desses materiais.
Vamos entender melhor esses procedimentos?
Quantificação
Na quantificação, determinamos a quantidade de DNA/RNA extraído da amostra inicial. A técnica mais
utilizada é a fluorometria. Nesta técnica, uma pequena alíquota da amostra é transferida para outro tubo, onde
é adicionada uma solução e um agente fluorescente capaz de se ligar entre as bases do DNA e RNA.
Quando o agente fluorescente (fluoróforo) se liga a algo (DNA ou RNA), ele emite fluorescência e assim
podemos medir, com ajuda de um aparelho (fluorímetro), a quantidade de fluorescência da amostra.
A quantidade de fluorescência da amostra é diretamente proporcional, ou seja, quanto maior for a
fluorescência, maior é a quantidade de DNA ou RNA.
Uma vantagem dessa técnica é que ela é simples e, após a quantificação, sabemos se temos a quantidade de
material suficiente para as próximas etapas. Além disso, podemos utilizar diferentes agentes fluorescentes:
um específico para DNA e outro específico para RNA. Assim, podemos quantificar o quanto temos de cada um
desses materiais moleculares. 
Quantificação do DNA fluorescente. Na foto, temos o gráfico de duas amostras de
DNA diferentes. Tradução: dsDNA = double-strand DNA; A1= amostra 1; A2=
amostra2
Pureza
Em relação à pureza, podemos avaliar se um DNA ou RNA apresenta contaminantes. A pergunta aqui é: será
que com o material extraído temos também fenol, álcool, proteínas, RNA (quando o desejo é DNA) e algum
reagente residual?
Para essa análise, a técnica mais utilizada é a espectrofotometria.
Antes de entender a técnica, é importante lembrar que luz visível é uma pequena parte de todo o espectro de
radiação eletromagnética existente, compreendendo comprimentos de onda entre 380-750 nm. Os
comprimentos de ondas inferiores estão na zona de espectro da ultravioleta (UV) e superiores na zona de
infravermelho. Quando uma luz branca passa por um prisma, ela se decompõe em raios de luz de diferentes
comprimentos de onda, variando do vermelho ao violeta. Em um arco-íris, por exemplo, enxergamos 7
diferentes cores, cada uma dessas cores representa uma diferente faixa de comprimento de onda.
Comprimento de onda no espectro da luz. UV e infravermelho não são visíveis
Além disso, é importante relembrar que todo o composto químico apresenta a capacidade de absorver,
transmitir ou refletir a luz em determinado comprimento de onda.
Assim, a espectrofotometria tem como princípio básico utilizar a capacidade das moléculas orgânicas de
absorverem (absorbância) ou transmitir (transmitância) luz em determinado comprimento de onda, em um
equipamento chamado de espectrofotômetro.
A partir dela, podemos identificar os componentes em uma solução, pois as biomoléculas apresentam
espectros característicos ao UV, visível ou infravermelho. Por exemplo, já é estabelecido que as proteínas
absorvem comprimentos de onda de 280nm; o RNA e DNA absorvem no comprimento de onda de 260nm e o
fenol e outros constituintes no comprimento de onda de 230nm.
Saiba mais
Além da possibilidade de indicar a biomolécula presente, podemos quantificá-la. Na prática, a
quantidade de luz absorvida é diretamente proporcional à concentração da substância, assim, quanto
maior for a concentração, maior é a absorção de luz (medido pela densidade óptica – OD). 
Confira o passo a passo para a realização dessa técnica:
Etapa 1 
Nesta etapa, precisamos indicar para o aparelho onde nossa amostra está diluída um procedimento
parecido com a tara da balança. Para isso, apenas o tampão usado na extração é colocado em uma
cubeta transparente e limpa, e no aparelho, ajustamos o comprimento de onda desejado.
Etapa 2
Nesta etapa, quando a luz incide na cubeta, apenas uma quantidade consegue ultrapassar a amostra
e o aparelho consegue quantificar a luz que é absorvida (absorbância) e isso gera um valor.
Etapa 3
Nesta etapa, como nesse momento apenas temos o tampão, informamos ao aparelho que esse é
nosso controle e que essa leitura não deve ser considerada, zerando o aparelho.
Etapa 4
Nesta etapa, colocamos a amostra com o material purificado em outra cubeta transparente e limpa e
medimos a luz absorvida, que representa a quantidade da substância analisada.
Lembre-se de que isso depende do comprimento de onda que estamos pesquisando (280nm, 260nm ou
230nm). Novamente, aqui, quanto maior for a absorção de luz, maior a quantidade de determinado material.
Na imagem a seguir, vemos um resultado de uma análise espectrofotométrica, mostrando um pico de
absorção da luz no comprimento de onda 260nm, o que indica a presença de DNA ou RNA.
Resultado de uma análise de espectrofotometria
Com os resultados, podemos verificar a pureza a partir da razão (divisão) da densidade óptica (OD) no
comprimento de onda 260nm pela OD no comprimento de onda 280nm.
Dizemos que o material genético está puro quando essa relação é maior ou igual a 1,8. Valores inferiores a
esse indicam contaminação com proteínas e que o processo extrativo não foi realizado de forma correta.
Outra forma de verificar essa pureza seria pela razão entre a OD 260nm OD 230nm, com material genético
considerado puro quando estiver na faixa entre 1,8-2,2.
Integridade
Integridade avalia se o DNA/RNA extraído está íntegro. Essa avaliação é feita a partir da técnica de 
eletroforese. A eletroforese é uma técnica com uma enorme quantidade de variações e desdobramentos e é
utilizada para os mais variados objetivos. Aqui iremos nos ater ao princípio básico da técnica e a sua aplicação
no controle da integridade do material que foi extraído.
Esta técnica consiste na migração e separação de moléculas de acordo com a carga após a geração de um
campo elétrico. Ela utiliza diferentes meios de suporte, como fitas ou membranas de poliacetato de celulose e
géis de agarose, que apresentam poros por onde as moléculas devem passar.
Saiba mais
No nosso organismo, as moléculas apresentam diferentes cargas. O DNA/RNA, devido ao grupamento
fosfato, apresenta carga negativa. Além disso, as moléculas são separadas pelo tamanho. 
Para isso, uma pequena quantidadede amostra é aplicada em um gel, geralmente a agarose, inerte (que não
reage com a amostra) em um poço (local de aplicação da amostra). Em seguida, é gerado um campo elétrico
onde um polo do gel fica com a carga negativa (local onde a amostra é aplicada) e outra positiva. Como o
DNA/RNA possui carga negativa, migrará para o polo positivo através do gel. No entanto, esse gel apresenta
poros, conferindo resistência ao movimento das moléculas. Assim, moléculas mais pesadas e maiores ficarão
presas no gel, enquanto as menores e mais leves migram com mais facilidade no gel.
Esquema da eletroforese para DNA
Após a eletroforese, podemos detectar o DNA/RNA pela coloração (normalmente é utilizado o brometo de
etídio, um corante que intercala no DNA) e visualização de bandas de DNA em um equipamento chamado
transiluminador. Se a amostra estiver íntegra, verificamos apenas uma marca (banda) intensa no gel de
eletroforese. No entanto, caso a nossa amostra esteja fragmentada, essa banda se apresenta “espalhada”
(arraste) ao longo do comprimento do gel, indicando que existem diversos fragmentos, ou seja, o DNA/RNA
não está íntegro.
Bandas bem definidas Bandas com arraste
Síntese de cDNA
Como aprendemos anteriormente, existem várias técnicas na Biologia Molecular, PCR, sequenciamento,
clonagem e hibridização que são dependentes da matéria-prima (DNA, na maioria dos casos). Essas técnicas
podem ser utilizadas para diferentes fins, mas nem sempre a simples extração de DNA/RNA é suficiente para
analisar o que se deseja.
Vamos supor que queremos verificar se a expressão de uma proteína x está alta ou baixa nas células de um
tecido. Para isso, extraímos o DNA e o material purificado representa todo o DNA da célula, incluindo o gene x,
responsável pela expressão da proteína x. Entretanto, a detecção do gene x não indica muito sobre a
expressão da proteína, uma vez que não conseguimos saber se ele foi transcrito, se o Splicing alternativo
 gerou a proteína correta, se o RNAm foi devidamente processado. Nesse caso, o ideal é avaliar o RNAm, já
processado, sem a presença de Íntrons (trechos de RNA retirados do RNAm maduro durante o processamento
do RNA).
Além disso, algumas técnicas utilizam apenas o DNA para realizar a amplificação e detecção, como PCR.
Splicing alternativo
Procedimento realizado pelas células para a maturação do RNA mensageiro (RNAm). 
Por exemplo, queremos ver se uma pessoa tem
uma infecção pelo novo coronavírus (Sars-
CoV-2), um vírus de RNA. Nesse caso, a
amostra extraída é o RNA viral, mas é inviável a
sua detecção, pois precisamos de grandes
quantidades de material, preferencialmente de
DNA, por ser mais estável. Logo, o material
precisa ser multiplicado o suficiente para poder
ser devidamente analisado. Para isso, usamos a
técnica do PCR, que consiste em amplificar uma
amostra de DNA.
Então fica uma dúvida: como fazer essa análise? Isso porque, segundo o dogma central da Biologia, o DNA é
transcrito em RNA e o RNA é traduzido em proteína.
Essa questão foi resolvida por meio de outro vírus, o vírus da imunodeficiência humana (HIV), que
revolucionou a Biologia Molecular. Vamos entender como?
Este é um vírus de RNA, que após a penetração na célula-alvo, injeta o RNA viral no citoplasma. Lá, uma
proteína do vírus chamada transcriptase reversa converte o RNA em DNA, esse DNA entra no núcleo e outra
proteína chamada integrase junta o DNA do vírus com o da célula-alvo. Agora, a célula-alvo é capaz de
transcrever o DNA viral (presente no genoma da célula hospedeira) em RNA viral, que forma outro vírus de
HIV, e assim continua o processo de infecção.
Comentário
Nesse processo, algo muito curioso acontece: a transcriptase reversa do vírus é capaz de alterar o
dogma central da Biologia, transformando o RNA em DNA. 
E se usássemos essa polimerase na Biologia Molecular para gerar DNA a partir de, por exemplo, um RNA
mensageiro (RNAm)? E assim foi feito.
O DNA obtido a partir do RNA é chamado de cDNA (DNA complementar). Recebe esse nome pois é
complementar ao RNA molde.
A construção do cDNA é feita em um tubo contendo:
RNA molde: é a sequência de RNA usada para a construção do cDNA.
 
Transcriptase reversa: é a polimerase capaz de transcrever o RNA em cDNA.
 
Nucleotídeos (A, T, C, G): são unidades funcionais para a síntese do cDNA.
 
Íon bivalente de magnésio (Mg2+): é um cofator essencial para o funcionamento da transcriptase
reversa.
 
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Primers: são pequenos fragmentos de DNA fita simples que se complementam ao RNA para dar início à
transcrição reversa.
 
DNA polimerase: responsável por sintetizar o DNA a partir dos nucleotídeos presentes.
A síntese do cDNA começa pelo anelamento do primer no RNA, seguido pelo acoplamento da transcriptase
reversa e início da sua atividade, formando o cDNA no sentido 5’ – 3’. Uma vez formado o cDNA, o fragmento
de RNA usado como molde é degradado pela RNase H, um domínio do próprio complexo da transcriptase
reversa.
Síntese do cDNA
Durante a construção do cDNA, uma etapa crítica para termos um cDNA de boa qualidade é a construção do 
primers. Existem três estratégias gerais de construção de primers:
Oligo dt
É o primer formado por vários nucleotídeos do tipo timina que se anela a cauda poli-A do RNAm
maduro. A cauda tem esse nome por ser formada de 80 a 250 resíduos de adenina. A cauda serve
para proteger o RNAm de degradação enzimática durante todo o processo de locomoção em direção
ao ribossomo. A cauda poli-A é clivada por endonucleases quando o RNAm encontra o ribossomo. Ele
é preferencialmente utilizado quando queremos fazer cDNA de RNAm. Para o oligo dT é importante
que o RNAm esteja íntegro, uma vez que ele se anela na extremidade 3’ do molde. Se o RNAm estiver
fragmentado, o cDNA vai ser feito apenas de um pequeno trecho e talvez seja não funcional.
Randômico
Este primer é feito de pequenas sequências aleatórias que se anelam a qualquer RNA presente,
incluindo rRNA (RNA ribossomal) e tRNA (RNA transportador). Ele é indicado para amostras de
sequência desconhecida ou de difícil manipulação.
Específico
É o primer construído especificamente para um determinado RNA, sendo utilizado quando se tem um
alvo determinado, por exemplo, diagnosticar um RNA viral. O primer é desenhado de forma
complementar ao RNA viral. Por isso, ao término da reação, só teremos cDNA se o primer encontrar o
seu RNA alvo. Para o primer específico, é fundamental que toda a sequência do DNA/RNA seja
conhecida.
É importante ressaltar que os três tipos de primers podem ser combinados, formando um primer com um
trecho oligo dT e outro trecho específico. Dessa forma, teremos uma transcrição da porção 3’ de um RNA
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molde específico ou oligo dT com um randômico, para tentar formar cDNA de qualquer RNAm do material
inicial. A combinação de primers depende de criatividade do pesquisador e da sua capacidade de otimizar a
síntese do cDNA.
Nesse ponto, temos então uma fita de cDNA íntegra, recém-formada pela transcriptase reversa e uma fita de
RNA ligada ao cDNA parcialmente degradada pela RNase H. Assim, sintetizamos um RNAm maduro, sem a
presença de íntrons. Esses fragmentos de RNA serão utilizados como primers de iniciação pela DNA
polimerase que irá construir o DNA complementar ao cDNA.
Com isso, temos finalmente a fita dupla de DNA formada.
Formação da fita dupla de cDNA
Na imagem, vemos que o RNAm se liga ao primer oligo dT(1). Em seguida, a transcriptase reversa sintetiza
uma fita de cDNA (sequência de bases representada pela linha azul), a partir do primer oligo dT ligado ao
RNA(2). A RNAse H quebra o RNAm associado ao cDNA recém sintetizado. Os dNTPs presentes no meio
reacional são usados para a construção de uma nova fita de DNA complementar ao cDNA, pela ação da DNA
polimerase(3). Com isso, a fita dupla de cDNA é formada (4).
A construção de cDNA tem como funções principais:
Possibilitar a construção de uma biblioteca genômica, estabelecendo relações de quais genes podem
expressar determinadas proteínas, o que pode ser aplicadopara elaboração de terapias, estudo de
espécies, doenças etc.
 
Possibilitar a amplificação de RNA pela PCR.
 
Determinar o nível de expressão gênica de uma determinada proteína no organismo.
 
O cDNA pode ser utilizado na clonagem (formação de novos trechos de DNA em outro indivíduo),
criação de bibliotecas (responsáveis por identificação e armazenamento de informação gênica), testes
de microarranjo (coleção de DNAs presos em uma superfície sólida, para estudos de genotipagem,
expressão, entre outros), detecção de SNP (do inglês Single Nucleotide Polymorphism, são variações
pontuais encontradas ao longo do DNA, isto é, são diferenças num único nucleotídeo), etc.
Vem que eu te explico!
Os vídeos a seguir abordam os assuntos mais relevantes do conteúdo que você acabou de estudar.
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Quantificação de DNA/RNA
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Entendendo a espectrofotometria
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Entendendo a eletroforese
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O que é cDNA?
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Verificando o aprendizado
Questão 1
Vimos que existem diferentes técnicas para avaliação da qualidade das amostras de DNA e RNA obtidas. Além
disso, vimos que uma das técnicas é a mais utilizada para quantificar as amostras. Sobre esse assunto,
marque a alternativa correta.
A
Espectrofotometria: conseguimos quantificar a partir do valor de luz refratada.
B
Eletroforese: quantificamos a partir do tamanho da banda final gerada.
C
Fluorometria: quantificamos a partir da intensidade da fluorescência.
D
PCR: quantificamos a partir da quantidade de DNA final gerado.
E
Precipitação em NaCl: quantificamos a partir do tamanho do pellet gerado.
A alternativa C está correta.
A técnica mais utilizada para quantificação de amostras de RNA e DNA é a fluorometria, a partir da
detecção da fluorescência, podemos inclusive diferenciar o RNA e o DNA com essa técnica. Também
podemos usar a espectrofotometria, mas esta é limitada, uma vez que RNA e DNA se encontram na mesma
faixa de absorção de luz.
Questão 2
A extração de DNA/RNA é uma importante técnica de biologia molecular a qual pode ser empregada em
amostras clínicas, alimentos, forenses, plantas entre outras. A partir da extração de DNA/RNA, é possível a
realização de outras técnicas moleculares como a quantificação de material genético e reação em cadeia de
polimerase (PCR). Sobre a técnica de extração de DNA/RNA, responda qual desses elementos abaixo é
empregado na extração de DNA/RNA?
A
Transcriptase reversa
B
Nucleotídeos
C
Solução de fenol/clorofórmio
D
RNA molde
E
Mg2+
A alternativa C está correta.
Todos os itens citados são utilizados em algum momento na síntese do cDNA, com exceção da solução de
fenol/clorofórmio. Esta é utilizada na extração de DNA/RNA. A transcriptase reversa faz a fita de cDNA a
partir do RNA, os nucleotídeos são usados para a construção do cDNA, o RNA molde é o que queremos
usar para ter o DNA complementar e o Mg2+ é um cofator da reação da transcriptase reversa.
3. Conclusão
Considerações finais
Ao longo desta jornada, aprendemos que é possível usar o método científico para quase todas as ações do
nosso dia a dia. Vimos também que o desenho experimental é uma ramificação do método científico.
Visitamos todas as suas etapas, variáveis, hipóteses, erros e o tipo de amostragem que devemos utilizar para
chegar a uma conclusão confiável.
Com o desenho experimental em mente, partimos para as etapas pré-analíticas de transporte, coleta e
armazenamento do material biológico seguido da extração de DNA e RNA, e o controle de qualidade do
purificado obtido.
Por fim, entendemos a importância do cDNA e a técnica de construção do cDNA. Esse foi, sem dúvida um
marco que possibilitou o aprofundamento de diversas técnicas da Biologia Molecular. Ao longo dos anos, a
Biologia Molecular está sendo desenovelada, mostrando a sua face e permitindo que você adentre ainda mais
em seus conceitos. Agora cabe a você continuar esta jornada!
Podcast
Ouça agora um resumo do tema estudado.
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Explore +
Para saber mais sobre os assuntos tratados neste tema:
 
Assista:
 
Ao vídeo Como é feito um TESTE DE DNA?
Ao vídeo Eletroforese horizontal de DNA em gel de agarose.
 
Leia:
 
Aprenda a fazer extração de DNA em casa, Hemocentro da FMRP-USP, e conheça a técnica de
extração utilizando cebola e materiais que temos dentro de casa.
O artigo Coleta, transporte e armazenamento de amostras para diagnóstico molecular, de Murilo
Rezende Melo e colaboradores (2010).
Referências
AL SOUD, W. A.; RADSTROM, P. Purification and characterization of PCR-inhibitory components in blood cells.
J Clin Microbiol, v. 39, p. 485-93, 2001.
 
• 
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• 
• 
AUSUBEL, F. M. Current protocols in molecular biology ‒ 1987‒1988. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 1987.
 
BELOTSERKOVSKII, B. P. et al. Polypropylene tube surfaces may induce denaturation and multimerization of
DNA. Science, v. 271, p. 222, 1996.
 
FEIGELSON, H. S. et al. Determinants of DNA yield and quality from buccal cell samples collected with
mouthwash. Cancer Epidemiology and Prevention Biomarkers, v. 10, n. 9, p. 1005-1008, 2001.
 
GUBLER, U.; HOFFMAN, B. J. A simple and very efficient method for generating cDNA libraries. Gene, v. 25, n.
2-3, p. 263-269, 1983.
 
LAZAR, J.; FENG, J. H.; HOCHHEISER, H. Research methods in human-computer interaction. Burlington,
Massachusetts: Morgan Kaufmann, 2017.
 
MELO, M. R. et al. Coleta, transporte e armazenamento de amostras para diagnóstico molecular. In: Jornal
Brasileiro de Patologia e Medicina Laboratorial, v. 46, n. 5, p. 375-381, 2010.
 
NUOVO, G. J. In situ detection of PCR-amplified DNA and cDNA: a review. Journal of Histotechnology, v. 17, n.
3, p. 235-246, 1994.
OLIVEIRA, M. C. de S. et al. Fundamentos teórico-práticos e protocolos de extração e de amplificação de DNA
por meio da técnica de reação em cadeia de polimerase. Embrapa Pecuária Sudeste - Livro científico, 2007.
 
RODRIGUES JR., J. F. Pesquisa Experimental. 2018. Escrita Científica USP, s. d.
 
SANTELLA, R. M. Approaches to DNA/RNA extraction and whole genome amplification. Cancer Epidemiology
and Prevention Biomarkers, v. 15, n. 9, p. 1585-1587, 2006.
 
SHOKERE, L. A.; HOLDEN, M. J.; JENKINS, G. R. Comparison of fluorometric and spectrophotometric DNA
quantification for real-time quantitative PCR of degraded DNA. Food control, v. 20, n. 4, p. 391-401, 2009.
 
VISVIKIS, S.; SCHLENCK, A.; MAURICE, M. DNA extraction and stability for epidemiological studies. In: Clinical
Chemistry and Laboratory Medicine (CCLM), v. 36, n. 8, p. 551-555, 1998.
Manutenção e expressão do genoma
A manutenção e expressão do genoma como condição essencial para a vida dos organismos procarióticos
e eucarióticos.
Prof.ª Gabrielle Alves Ribeiro da Silva
1. Itens iniciais
Propósito
A compreensão dos mecanismos envolvidos na manutenção e expressão do genoma é extremamente
importante para profissionais da área da saúde que pretendem atuar, por exemplo, com pesquisas científicas,
desenvolvimento de fármacos e tratamento de pacientes. O conhecimento de parte da maquinaria genética
permite uma visão ampla para solucionar problemas relacionados a essa área.
Objetivos
Reconhecer os mecanismos necessários para a replicação do DNA em eucariotos e procariotos.
Distinguir as etapas envolvidas na transcrição de eucariotos e procariotos.
Reconhecer os mecanismos envolvidos no processo de síntese de proteína.
Identificar as principais mutações que ocorrem no DNA e o seu mecanismo de reparo.
Introdução
A célula é a unidade fundamental da vida que contém a informação necessária para a construção de um
organismo. No início do século XX, os cientistas argumentavam que os cromossomos, presentes no núcleo das
células, eram os grandes responsáveispor essa vital informação. Já na década de 1940, os avanços nas
pesquisas apontaram que a informação biológica estava sim nos cromossomos, porém era a molécula de DNA
que continha o necessário para o surgimento de um novo indivíduo. Veremos como a informação contida no
DNA é continuamente transmitida nas células e como, a partir dessa informação, é possível que um novo
indivíduo seja formado.
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1. Replicação do DNA em eucariotos e procariotos
Mecanismos da replicação
A elucidação detalhada da estrutura do DNA realizada por James Watson e Francis Crick identificou que a
informação no DNA estava escrita em um código genético, sendo os nucleotídeos a linguagem desse código.
Outra informação que chamou atenção foi a relação de complementariedade entre as bases na estrutura de
dupla hélice do DNA. Essa descoberta convenceu muitos pesquisadores de que de fato o grande responsável
pela informação genética era o DNA, e não algum tipo de proteína como era sugerido. 
Além disso, esse pareamento entre as bases indicou que
novas fitas de DNA eram sintetizadas a partir de fitas
existentes que serviam como molde para as fitas filhas,
sendo, portanto, complementares às fitas parentais. Os
mecanismos de replicação do DNA em organismos
eucariotos e procariotos têm bastante similaridade.
Ao longo do conteúdo, esse assunto será abordado de
forma geral, sendo pontuada alguma diferença entre os
organismos quando necessário. Vamos conhecer mais
sobre esse complexo e interessante processo de replicação
do DNA?
A replicação é semiconservativa
Ao elucidar a estrutura de dupla hélice do DNA, Watson e Crick afirmaram que a identificação do pareamento
específico, que acabara de ser postulado, sugeria imediatamente um possível mecanismo de cópia para o
material genético. A hipótese da replicação semiconservativa proposta por Watson e Crick foi confirmada em
1958, com os experimentos desenvolvidos por Matthew Meselson e Franklin Stahl. Durante a replicação, as
duas fitas da molécula de DNA, as quais se apresentam na forma de dupla hélice, separam-se, e cada uma
das fitas simples serve como molde para uma nova fita de DNA, complementar à fita parental. Logo, a nova
molécula de DNA contém uma fita “antiga” e uma fita nova, conservando somente uma das fitas parentais, por
isso a replicação é semiconservativa.
Forquilha de replicação
Como você já deve ter visto anteriormente, na molécula de DNA as duas fitas da dupla hélice são mantidas
por meio do pareamento de bases complementares e da polaridade inversa, sendo uma fita orientada no
sentido 5’– 3’ e a outra no sentido 3’ – 5’, ou seja, são antiparalelas. Conforme previsto pelo modelo de Watson
e Crick, há na molécula de DNA a formação de uma forquilha, que surge durante o processo de replicação.
Essa forquilha se origina no local onde as fitas da dupla hélice serão abertas de forma a expor cada uma das
fitas permitindo a síntese da nova fita complementar. Na forquilha de replicação é que se encontram todas as
proteínas necessárias para a síntese das fitas filhas, sendo o conjunto dessas proteínas denominado de 
replissomo.
A forquilha de replicação se desloca de forma
contínua, na direção da dupla hélice que ainda
está fechada, ao passo que na direção oposta,
por onde a forquilha já passou, as duas fitas
estão separadas, sendo replicadas ao mesmo
tempo. Isso significa que há dois moldes de
DNA e duas novas fitas sendo sintetizadas.
O processo de replicação tem início na origem,
na qual a forquilha se forma e se desloca ao
longo do DNA em uma ou em ambas as
direções. Na replicação unidirecional, a
forquilha segue uma única direção, enquanto na bidirecional duas forquilhas se abrem e caminham em
direções opostas. O consenso é que todas as células eucarióticas e procarióticas empregam um mecanismo
bidirecional de replicação de DNA.
Etapas necessárias para a síntese de DNA
Origens de replicação
Para que a forquilha de replicação se forme e comece a se deslocar pelo DNA é necessário um ponto inicial,
chamado de origem de replicação, que é um local no DNA definido por uma sequência específica de
nucleotídeos. Esse mecanismo é conservado nos diferentes domínios, o que muda são as proteínas e as
sequências de DNA. Além disso, de acordo com o organismo, pode haver várias origens de replicação nos
cromossomos, como é o caso dos eucariotos.
Abertura das fitas
Nas origens de replicação, uma pequena abertura nas fitas do DNA é feita permitindo que as enzimas DNA
helicases acessem esse local e deem início a separação da fita dupla. A DNA helicase se situa à frente da
forquilha de replicação, abrindo a dupla hélice a partir da quebra das pontes de hidrogênio existente entre as
bases. A separação das fitas é necessária para que a forquilha de replicação possa se movimentar.
Impedimento do renovelamento das fitas simples
Depois da separação das fitas duplas, o que se tem são duas fitas simples. Como a formação da dupla hélice
se dá pela complementariedade das bases, as fitas simples têm a tendência de se enovelarem novamente. No
caso da replicação, não é interessante que estas se enovelem já que a abertura das fitas é essencial para o
processo. Assim, o que ocorre é que depois da abertura da dupla hélice pela helicase, as fitas simples são
estabilizadas por meio da ligação de proteínas específicas (proteínas ligadoras de fita simples) que têm alta
afinidade pelo DNA na forma de fita simples.
Nas bactérias e outros procariotos essas proteínas são conhecidas como SSB (de single stranded binding 
protein, que significa proteína de ligação à fita simples). Já nos eucariotos é a RPA (replication protein A, que
significa proteína de replicação A) que se liga à fita simples do DNA.
O problema de replicar DNA enovelado
À medida em que a fita dupla de DNA vai sendo aberta, a parte do DNA que se encontra com a dupla hélice
formada sofre um enovelamento, conhecido como superenovelamento. Para facilitar a compreensão, basta
pensar em um cordão fechado e totalmente torcido. Se abrirmos um espaço com o dedo para separar as duas
partes do cordão e tentarmos ampliar esse espaço, a torção no cordão irá aumentar até um ponto em que não
será possível continuar essa abertura. Isso também acontece com o DNA durante a replicação.
O superenovelamento que se forma no decorrer da abertura das fitas precisa ser relaxado para que não
interrompa o movimento da forquilha. O relaxamento é realizado por topoisomerases.
 
A topoisomerase I introduz uma quebra de fita simples em uma das fitas, e a topoisomerase II atua de forma
semelhante, a diferença é que a quebra é realizada nas duas fitas. Essas quebras permitem o relaxamento do
DNA.
 
Ambas as topoisomerases restabelecem a ligação das fitas após a quebra, regenerando-as.
Há estratégias terapêuticas para o câncer que interferem na ação das topoisomerases, impedindo o
religamento das fitas de DNA quebradas temporariamente para resolver o problema do superenovelamento.
Assim, esses quimioterápicos atuam de maneira tóxica em células cancerosas que estão replicando, pois o
não religamento das fitas é um sinal para a morte celular.
DNA polimerases
As DNA polimerases foram descobertas em 1957 e suas funções estão ligadas principalmente à síntese e ao
reparo de DNA. As DNA polimerases que atuam na síntese de DNA também recebem a denominação de DNA
replicase.
Para realizar a polimerização de nucleotídeos (síntese de DNA), as DNA polimerases necessitam de
um molde de DNA de fita simples e moléculas de desoxirribonucleotídeos trifosfato (nucleotídeos
livres). A informação da sequência de incorporação dos nucleotídeos é dada pela fita molde, pois a
nova fita precisa complementar a antiga. A adição de nucleotídeos ocorre somente na extremidade
3’-OH livre, sendo a fita nova sintetizada no sentido 5’- 3’.
Além da atividade de polimerização, as DNA polimerases possuem uma atividade de exonuclease, que é uma
atividade que degrada DNA. Essa atividade é fundamental para a fidelidade da replicação do DNA, pois
quando um nucleotídeo é adicionadoerroneamente, a atividade de exonuclease da DNA polimerase pode
atuar removendo esse nucleotídeo mal pareado. Ao mesmo tempo, a atividade de polimerização dessa mesma
enzima possibilita a adição do nucleotídeo correto, de maneira que a síntese pode prosseguir fielmente.
Assim, a DNA polimerase acaba por atuar também como uma enzima autocorretiva, corrigindo seus próprios
erros de polimerização durante a síntese de DNA.
Síntese de DNA
Como já visto, o início do processo se dá nas origens de replicação que, no geral, contêm uma sequência de
DNA específica. Com a origem da replicação estabelecida, proteínas especializadas reconhecem a origem e
uma abertura no DNA é feita, e a forquilha ou bolha de replicação é formada. A primeira enzima a atuar é a
helicase que abre as fitas duplas de DNA, localizando-se à frente da forquilha. Para que haja a síntese de
DNA, as DNA polimerases precisam estar presentes na forquilha de replicação e ligadas à fita molde. As DNA
polimerases, no entanto, não conseguem começar a síntese de uma nova fita, elas são capazes de dar
continuidade à formação da fita, mas não iniciar. Então, quem inicia a síntese de DNA?
Primer
Para que haja o início da síntese de DNA é necessário um primer ou iniciador, que é uma cadeia curta
de nucleotídeos que se liga à fita molde. A enzima DNA-primase é a responsável por sintetizar os 
primers que são compostos por um pequeno trecho (8-12 nucleotídeos) de RNA complementar a um
pequeno pedaço da fita molde, no qual a replicação está sendo iniciada.
DNA polimerases
Com a parte inicial da nova fita formada pelo RNA, as DNA polimerases conseguem agir e dar
continuidade à construção da fita. Essa construção, porém, é de apenas um pequeno fragmento da
nova fita, pois as DNA-polimerases tendem a se dissociar rapidamente do DNA.
PCNA
Para resolver isso, há uma proteína acessória (em eucariotos é chamada de PCNA) em forma de anel,
que mantém a DNA-polimerase fortemente associada à fita molde, permitindo o deslocamento da
enzima ao longo do DNA. Essa cinta deslizante, como pode ser chamada, necessita de um complexo
proteico que a carregue para a forquilha de replicação.
O complexo proteico, denominado de montador da cinta, monta a cinta deslizante no local necessário (junção
entre a fita molde e o primer) por meio da hidrólise de ATP. Uma vez ligada à cinta deslizante, a DNA
polimerase permanece associada ao DNA realizando a polimerização de nucleotídeos.
Um ponto importante que ainda não foi mencionado é o fato de as duas fitas filhas serem sintetizadas ao
mesmo tempo. Como falado anteriormente, a síntese do DNA pela DNA-polimerase só acontece no sentido 5’–
3’. Lembrando que as fitas do DNA possuem orientação antiparalela, logo, se uma fita está no sentido 5’– 3’, a
outra obrigatoriamente estará no sentido oposto (3’ – 5’). E se a DNA polimerase só adiciona nucleotídeos no
sentido 5’ – 3’, como fica a síntese da fita filha quando o molde é a fita que está no sentido 3’ – 5’? Pois se uma
fita é antiparalela à outra, a nova fita deve ser formada na direção 3’ – 5’, o que já sabemos não ser possível.
A estratégia que os organismos encontraram para resolver esse problema é fazer com que a fita filha
seja sintetizada em pequenos pedacinhos no sentido oposto, para que a síntese possa ocorrer no
sentido 5’ – 3’ como deve ser. Os pedacinhos de fita filha que vão sendo criados são descontínuos e
são chamados de fragmentos de Okasaki. Então há duas fitas de DNA sendo sintetizadas ao mesmo
tempo, porém uma é sintetizada de forma contínua e a outra de forma descontínua, sendo
denominadas de fita-líder e fita descontínua ou tardia respectivamente. Os fragmentos da fita
descontínua também são iniciados por primers de RNA e estendidos por uma DNA polimerase até
que encontre o fragmento de Okasaki sintetizado anteriormente.
Ao final da síntese, os fragmentos de Okasaki precisam ser unidos e para que isso ocorra primeiramente os 
primers têm de ser removidos, o que é realizado pela DNA polimerase com atividade de exonuclease. A
remoção dos primers forma pequenos gaps (espaços) entre os fragmentos de Okasaki que são então
completados com nucleotídeos pela ação da DNA polimerase com atividade de replicação. Mesmo com o
preenchimento dos gaps, ainda há o chamado nick, que é uma descontinuidade da fita dupla caracterizada
por uma quebra de ligação fosfodiéster da fita descontínua. A ligação necessária (entre o grupo 3’-OH da
extremidade de um fragmento de Okasaki e o grupo 5’ fosfato de um fragmento adjacente) é realizada pela
DNA ligase, que regenera a fita descontínua recém-formada do DNA. Veja na imagem como se acontece a
síntese das fitas contínua e descontínua durante a replicação do DNA:
Nesse ponto já temos as fitas filhas sintetizadas e a fita contínua já foi regenerada. Como a replicação do DNA
vai ser interrompida? A finalização do processo de replicação do DNA é realizada por meio de análogos de
nucleotídeos que são incorporados por DNA polimerases e funcionam como terminadores de elongação. Os
análogos, uma vez incorporados, inibem a atividade da DNA polimerase havendo a parada da replicação do
DNA. Para o término da replicação, há mecanismos que permitem a síntese da extremidade das fitas, no caso
de DNA lineares. Em DNA circulares, o término se dá quando duas forquilhas de replicação se encontram,
indicando a síntese completa do DNA.
O DNA dos eucariotos está organizado em cromossomos que são longos e lineares. As pontas dos
cromossomos, chamadas de telômeros, são formadas por sequências repetidas de nucleotídeos e estão
relacionados à estabilidade genômica. Durante os diversos processos de replicação, os telômeros vão
diminuindo de tamanho levando a senescência (morte) celular. Em células germinativas, que possuem alta
atividade de replicação, o tamanho dos telômeros é mantido, graças à ação da enzima telomerase. A
telomerase faz com que os telômeros não se encurtem ao longo das divisões celulares, prolongando (por meio
da adição de nucleotídeos) as pontas dos cromossomos lineares. Essa enzima é uma DNA polimerase RNA
dependente, usando RNA como molde para o prolongamento do telômero.
Atenção
Após o nosso nascimento, a atividade de telomerase é praticamente nula em todos os tipos celulares,
dessa forma os adultos não sintetizam a telomerase, a não ser que alguma situação reverta essa
condição. Isso pode acontecer em alguns tumores que são capazes de reverter a síntese da telomerase,
o que é uma grande vantagem replicativa, já que a enzima irá atuar na manutenção dos telômeros.
Assim, a telomerase pode ser usada como um alvo interessante em estratégias terapêuticas de combate
ao câncer. 
Síntese de DNA
Assista agora a um vídeo demonstrativo sobre o processo de síntese do DNA.
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Forquilha de replicação
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O problema de replicar DNA enovelado
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Verificando o aprendizado
Questão 1
A partir da elucidação da estrutura do DNA, os pesquisadores Francis Crick e James Watson postularam que o
mecanismo para a síntese das novas fitas era semiconservativo. A confirmação de que os pesquisadores
estavam certos veio em 1958 a partir dos experimentos de Matthew Meselson e Franklin Stahl, que cultivaram
a bactéria Escherichia coli em meios contendo um isótopo pesado de nitrogênio (15N) e um nitrogênio com
densidade mais leve, o 14N. Como é caracterizada a síntese semiconservativa de DNA?
A
Na síntese semiconservativa, as duas fitas de DNA recém-formadas originam uma nova molécula de DNA de
fita dupla, permanecendo conservada a molécula usada como molde.
B
O mecanismo para a síntese semiconservativa utiliza segmentos das moléculas filhas e das fitas parentais
para a construção de uma fita dupla híbrida. As duas fitas de DNApossuem uma mistura do DNA parental e do
DNA recém-sintetizado.
C
Na síntese semiconservativa, a dupla hélice de cada molécula filha de DNA contém um filamento original e um
filamento recém-sintetizado.
D
A síntese semiconservativa se caracteriza pela união da molécula de DNA de fita dupla (parental) com as duas
moléculas filhas recém-formadas, originando a dupla hélice do DNA.
E
Na síntese semiconservativa, a fragmentação da fita descontínua, durante o processo de replicação, permite
que pedaços dessa fita sejam incorporados ao DNA parental.
A alternativa C está correta.
A hipótese de uma replicação semiconservativa foi levantada por Watson e Crick assim que elucidaram a
estrutura do DNA. Porém, antes da comprovação, surgiram as hipóteses de que a molécula de DNA parental
permanecia conservada e o novo DNA era composto pelo pareamento das duas fitas filhas (mecanismo
conservativo). Surgiu também a ideia de que a nova molécula de DNA recém-sintetizada consistia em duas
fitas híbridas (mecanismo dispersivo). Após os experimentos com isótopos de nitrogênio realizados por
Meselson e Stahl, foi comprovada a hipótese da semiconservação, na qual a molécula filha de DNA é uma
dupla hélice formada por uma fita parental e outra fita recém-sintetizada.
Questão 2
A síntese do DNA é um mecanismo fundamental para a transmissão do material genético. Durante o processo
de replicação, a enzima DNA polimerase constrói a nova fita com base no molde (fita parental), cuja
complementariedade das bases (A,T,C,G) determina qual nucleotídeo será adicionado. Para conseguir
adicionar nucleotídeo, a DNA polimerase precisa de uma extremidade 3’-OH livre e por isso a síntese só ocorre
no sentido 5’-3’. Nesse contexto, como é possível que a síntese das fitas filhas ocorra simultaneamente?
A
A síntese das duas novas fitas ocorre simultaneamente, pois a DNA polimerase quebra uma das fitas em
pequenos pedaços que então é religada pelas topoisomerases.
B
Uma das fitas filhas é sintetizada continuamente, enquanto a outra é polimerizada de forma descontínua, por
meio de diversos fragmentos (fragmentos de Okasaki).
C
As duas fitas filhas não são sintetizadas ao mesmo tempo, pois a DNA polimerase se dissocia facilmente do
DNA.
D
Os fragmentos de Okasaki são a solução para a síntese simultânea das fitas filhas. As duas fitas são
sintetizadas a partir de diversos fragmentos de Okasaki.
E
A fita contínua é polimerizada pela DNA polimerase com atividade replicativa, enquanto a fita descontínua é
formada pela ação da DNA polimerase com atividade de exonuclease, permitindo a síntese das duas fitas ao
mesmo tempo.
A alternativa B está correta.
As fitas que compõem a dupla hélice do DNA possuem polaridades opostas (5' – 3' e 3' – 5'). Como a DNA
polimerase sintetiza apenas no sentido 5'- 3', as novas fitas crescem em sentidos opostos, sendo que uma
delas cresce de forma contínua e a outra de forma descontínua. A descontinuidade ocorre porque a fita é
sintetizada em pequenos pedaços, os fragmentos de Okasaki, que precisam ser unidos após o fim da
replicação.
2. Transcrição em eucariotos e procariotos
Dogma central
O DNA é o material genético transmitido de pai para filho que contém toda a informação necessária para
determinar as nossas características, sejam elas físicas ou metabólicas. 
O DNA está presente nos cromossomos, os quais estão
presentes nos núcleos celulares, localizados nas células do
nosso corpo. Como o DNA é capaz de passar suas
informações adiante para que se transforme em uma
característica? No DNA há sequências específicas de
tamanhos limitados que dão origem a um produto funcional,
os chamados genes. A partir da informação contida em
cada gene é possível a síntese de diferentes proteínas que
vão ditar como serão as características do indivíduo.
Para que aconteça a produção da proteína, a informação do
gene precisa ser transcrita e posteriormente traduzida para
que de fato o produto (proteína) seja formado. Então, a
informação do DNA é transcrita em RNA e traduzida em
proteínas. Esse fluxo de informação é conhecido como dogma central da biologia.
O RNA e suas classes
O ácido ribonucleico (RNA), assim como o DNA, é constituído basicamente por quatro tipos de nucleotídeos
que se diferem quanto às bases nitrogenadas. O açúcar que compõe o RNA é a ribose, e suas bases
nitrogenadas são adenina, citocina, guanina e uracila. A uracila é uma base exclusiva e substitui a timina. São
de fita simples (na maioria das vezes) e podem assumir estruturas de dobramento (formando dupla hélice)
mesmo sendo de fita simples. Basicamente há duas classes de RNA:
Codificantes
É o RNA mensageiro (mRNA) o responsável por ler e transportar até os ribossomos as informações
contidas nos genes.
Funcionais
São aqueles que não codificam proteínas. O RNA transportador (tRNA) e o RNA ribossômico (rRNA)
também fazem parte da expressão genética, embora não sejam codificantes. O tRNA leva os
ingredientes necessários (aminoácidos) para a construção das proteínas até rRNA, que é um
componente estrutural dos ribossomos, e quem de fato sintetiza as proteínas. Pequenos RNAs
nucleares (snRNA) participam no processamento de outros RNAs. Os chamados microRNAs, RNAs
curtos de transferência (siRNA) e RNAs longos não codificadores (lncRNA) são importantes no
controle da expressão gênica.
Mecanismos básicos de transcrição
A transcrição é o processo de síntese de uma molécula de ácido ribonucleico (RNA) que é complementar à
uma fita de DNA. A síntese ocorre na mesma direção da replicação (5’ – 3’) e a molécula de RNA formada
também é antiparalela, ou seja, está no sentido oposto à polaridade da fita molde de DNA. A transcrição é a
etapa inicial da expressão gênica e onde ocorre grande parte da regulação da expressão.
Promotores
A região do genoma que define o gene é maior do que a sequência que de fato codifica a proteína. Isso
porque o gene é composto por três regiões:
Promotora
É a parte inicial do gene, atuando como um
marcador desse gene por meio de sequências
específicas de DNA. É ele que sinaliza o local
em que deve ser formado o complexo de
transcrição.
Codificante
É a sequência que de fato será transcrita e que
contém a informação necessária para a síntese
da proteína.
Terminalizadora
Consiste em uma sequência de DNA contendo
informações que promovem o encerramento da
transcrição e permite a liberação do RNA
transcrito.
Todo promotor possui uma sequência específica de DNA que é importante para determinar o local de início da
transcrição.
As regiões promotoras possuem sequências básicas que se repetem nos genes, sendo denominadas de
sequências consenso. A sequência consenso mais famosa, que está presente nos procariotos e nos
eucariotos, é a chamada TATA box que contém seis pares de bases (TATAAT).
Nos procariotos, os genes se encontram estruturados de forma diferente dos eucariotos. Vários genes
possuem o controle de um mesmo promotor, o que significa que quando esse promotor é acionado para dar
início à transcrição, todos os genes que ele controla são transcritos. Esses genes são denominados de
policistrônicos. Já nos eucariotos, os genes são denominados de monocistrônicos, pois cada promotor
controla um único gene.
RNA polimerase
A enzima responsável por catalisar a síntese do RNA é a RNA-polimerase, que diferentemente da DNA-
polimerase não necessita de um iniciador (primer) para dar início à transcrição. Os seres procariotos (bactérias
e arqueas) possuem somente um tipo de RNA-polimerase, responsável pela transcrição de todos os RNA. 
A RNA-polimerase possui múltiplas subunidades, sendo a bacteriana composta por cinco
subunidades distintas: αI e αII (alfa), β (beta), β’ (beta’) e ω (ômega).
O complexo formado por essas cinco proteínas, chamado de complexo central, é suficiente para a síntese de
RNA desde que haja a fita molde e ribonucleotídeos. Porém o complexo central não é capaz de reconhecer o
promotor, logo, é necessária a adição de uma outra proteína (fator sigma σ), que será responsável por se ligarao promotor e permitir o início da transcrição.
Complexo central + fator sigma = holoenzima
Os eucariotos têm três RNA polimerases (RNAPI, RNAPII, RNAPIII) que sintetizam diferentes classes de RNA. A
RNA polimerase II transcreve os genes para a síntese do RNA mensageiro, que posteriormente será traduzido
em proteínas. Diferentemente do que ocorre nos procariotos, a RNA polimerase não se liga diretamente ao
promotor, e sim ao conjunto de proteínas chamado de fatores gerais de transcrição. Esses fatores possuem
como função primordial atrair a RNA polimerase para a região da transcrição e a posicionar no local correto.
O processo de transcrição
A RNA polimerase utiliza etapas bem definidas na transcrição de um gene. Essas etapas são agrupadas em
três fases: início, alongamento e término. No início da transcrição, a RNA polimerase se liga ao promotor (mas
não o reconhece) ou a proteínas específicas (fatores de transcrição que serão discutidos posteriormente).
Assim como na replicação, a dupla hélice do DNA precisa ser aberta no local onde se inicia a transcrição. O
rompimento das pontes de hidrogênio entre as fitas do DNA forma a chamada bolha de transcrição, que é uma
região de aproximadamente 18 pares de bases. Com a abertura da dupla hélice do DNA, as fitas ficam
acessíveis na bolha de transcrição; uma delas será usada como fita codificadora, e a outra como fita molde. A
fita codificadora é onde se encontra o gene que vai ser transcrito. A localização desse gene pode variar entre
as fitas, tudo depende de qual proteína precisa ser sintetizada, para que o gene que codifica essa proteína
seja acionado e transcrito.
O RNA mensageiro que será formado precisa ser igual ao gene, ou melhor, igual à região codificante desse
gene, diferenciando-se somente pela presença da uracila. Então, para que o mRNA seja igual ao gene (que
está na fita codificadora), a RNA polimerase usa a outra fita de DNA (fita molde) para fazer a síntese. Na
transcrição, os ribonucleotídeos (ATP, UTP, CTP, GTP) são adicionados sequencialmente à cadeia crescente
de RNA. O sentido da transcrição é o mesmo da replicação, ou seja, sempre ocorre na direção 5’ – 3’. A
transcrição é bem menos precisa que a replicação, ocorrendo um erro a cada 104 ribonucleotídeos
adicionados, enquanto na replicação o erro é a cada 107 nucleotídeos. Ao final do processo de transcrição, o
mRNA é liberado e direcionado ao citoplasma para ser traduzido. Veja as imagens (nelas rNTPS significa
ribonucleotídeos):
Transcrição em procariotos
Para o início da transcrição, o fator sigma presente na RNA polimerase reconhece o promotor do gene que
será transcrito e se liga a ele. A RNA polimerase dá início à síntese colocando o primeiro nucleotídeo
(normalmente uma purina – A ou G) sobre a cadeia molde de DNA. Quando a cadeia de RNA que está sendo
formada alcança de 8 a 10 pares de bases, o fator sigma se desprende da RNA polimerase, que continua a
síntese. A fase do alongamento se inicia, na qual a RNA polimerase dá continuidade à adição de nucleotídeos
à cadeia que está sendo formada. Como há complementariedade entre as bases, um híbrido de DNA/RNA é
formado na transcrição.
O término do processo pode ocorrer por meio da chamada terminação intrínseca, na qual se forma um grampo
na fita simples do RNA recém-formado, ou por meio da terminação que é dependente de uma proteína
chamada Rho. Sugere-se que essa proteína aja empurrando a RNA polimerase e com isso libere o RNA
transcrito ou interrompa a ação da RNA polimerase por mudanças conformacionais provocadas na enzima.
Transcrição em eucariotos
O início da transcrição em eucariotos só ocorre depois que todos os fatores de transcrição necessários
estejam corretamente montados e só então a RNA polimerase se liga a eles para começar a síntese de RNA.
Um exemplo de fator de transcrição é o TFIID (fator geral de transcrição), que reconhece a sequência
consenso TATA e se liga a ela por meio da sua subunidade TBP (TATA-binding protein = proteína de ligação ao
TATA). A união dos fatores de transcrição e a RNA polimerase constituem o complexo de pré-iniciação. Depois
da montagem de todos os fatores de transcrição e da chegada da RNA polimerase, ainda é necessária uma
última etapa para que a transcrição propriamente dita ocorra. A RNA polimerase contém uma cauda proteica
que sofre uma fosforilação (adição de fosfato), isso faz com que a RNA polimerase então dispare a
transcrição. Essa cauda é denominada de cauda carboxiterminal (CDT) e a sua fosforilação é o sinal para o
início da transcrição.
Depois do início da transcrição, inicia-se a fase de alongamento, na qual grande parte dos fatores de
transcrição é liberada e em seu lugar outro conjunto de fatores, os chamados fatores de alongamento, é
adicionado. Ao final do processo de transcrição, é obtido um mRNA primário (pré-mRNA), que precisa sofrer
modificações para se tornar um mRNA maduro e funcional para a síntese de proteínas. Essas modificações
são chamadas de processamento de RNA e iniciam-se com adição de um grupo 7-metilguanilato à
extremidade 5’ do pré-mRNA. A formação do chamado cap 5’ protege o mRNA da degradação enzimática e
auxilia no transporte para o citoplasma.
A extremidade 3’ do pré-mRNA recebe uma fita de nucleotídeos com base adenina, denominada de cauda poli
(A), que auxilia no transporte do mRNA para o citoplasma e faz parte da sinalização para o reconhecimento
pelo ribossomo.
Outra etapa do processamento é o splicing do RNA. O gene eucariótico possui múltiplos íntrons, que são
partes não codificadoras, isto é, não possuem a informação para a síntese de proteínas. As regiões do gene
que contêm essa informação são os éxons. O splicing do pré-mRNA consiste na remoção dos íntrons e na
união dos éxons codificadores. Esse processo possui uma grande vantagem, pois o pré-mRNA de diversos
genes podem sofrer o splicing de maneiras distintas, gerando diferentes mRNAs. Com isso, diferentes
proteínas podem ser obtidas a partir de um mesmo gene, caracterizando o chamado splicing alternativo.
Diferença da transcrição em procariotos e eucariotos
Veja agora uma explicação sobre a diferença deste processo de transcrição.
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O RNA e suas classes
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RNA polimerase
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Verificando o aprendizado
Questão 1
A expressão gênica consiste em utilizar a informação contida em um gene e transformá-la em um produto
funcional como as proteínas. Para que isso ocorra é necessário um sistema complexo contendo DNA, RNA,
enzimas, proteínas e diversos outros fatores. A transcrição do DNA em mRNA é uma das primeiras etapas para
a expressão do gene. Com base no que você aprendeu sobre transcrição, marque a alternativa correta.
A
A transcrição do DNA consiste na separação da dupla hélice do DNA, cópia das fitas moldes e síntese das
moléculas filhas.
B
No processo de transcrição, a informação contida no gene é codificada e transmitida para os ribossomos por
meio dos tRNAs.
C
O mecanismo básico da transcrição consiste em copiar somente a informação dos genes policistrônicos.
D
A síntese do mRNA se caracteriza pela cópia da fita molde do DNA, isto é, a fita que contém o gene.
E
Tanto na transcrição dos procariotos quanto dos eucariotos, o mRNA é o grande responsável por ler e
transportar a informação contida no gene para os ribossomos.
A alternativa E está correta.
O RNA mensageiro (mRNA) é uma cópia fiel (com exceção da presença da base nitrogenada uracila) da
região codificadora do gene, que contém a informação necessária para a síntese proteica. Por meio da ação
da RNA polimerase e de diversos outros fatores o mRNA é sintetizado e a informação que ele carrega será
transportada até os ribossomos, os responsáveis pela produção de proteínas.
Questão2
A RNA polimerase é a enzima que catalisa a adição de ribonucleotídeos à cadeia crescente de mRNA durante
a transcrição. A síntese de RNA pela RNA polimerase acontece em organismos procarióticos e eucarióticos,
porém, em ambos, a RNA polimerase só é capaz de iniciar a transcrição na presença de outros fatores.
A
No caso dos procariotos, o fator sigma precisa se associar à RNA polimerase, pois é ele que reconhece o
promotor do gene.
B
Nos eucariotos, é necessária a adição de uma cauda rica em adenina (cauda poli A) para que a RNA
polimerase inicie a transcrição.
C
A RNA polimerase precisa primeiramente reconhecer a região consenso chamada de TATA box para iniciar a
transcrição.
D
Nos procariotos, a RNA polimerase precisar se associar à proteína Rho, e é o fator sigma que reconhece o
promotor.
E
Nos procariotos e eucariotos, a RNA polimerase precisa das proteínas αI e αII (alfa), β (beta), β’ (beta’) e ω
(ômega) para se ligar ao promotor.
A alternativa A está correta.
Nos procariotos, a RNA polimerase não é capaz de reconhecer qual gene deve ser transcrito. Essa tarefa é
realizada por uma proteína, chamada de fator sigma, que se liga à RNA polimerase e então reconhece o
gene (promotor) que a enzima precisa transcrever. Nos casos dos eucariotos, essa tarefa é realizada por
inúmeros fatores de transcrição que se associam ao promotor, e a RNA polimerase se une à estrutura
formada.
3. Tradução e código genético
O RNA e a síntese de proteínas
A tradução, também denominada de síntese de proteínas, é o processo no qual proteínas são formadas a
partir da síntese de polipeptídeos realizada pelos ribossomos. Cada aminoácido adicionado à proteína
nascente é trazido por um RNA transportador (tRNA), cujo anticódon é pareado com o códon presente no RNA
mensageiro (mRNA). A trinca [FdST1] de nucleotídeos do mRNA, os chamados códons, determinam qual
aminoácido deve ser adicionado à cadeia polipeptídica para a formação da proteína. A informação presente no
mRNA, obtida no DNA, está na forma de nucleotídeos e precisa ser traduzida em outra linguagem, a dos
aminoácidos, para que a síntese de proteínas aconteça.
RNA mensageiro e RNA transportador
O DNA armazena toda a informação para a síntese de proteínas, e o RNA mensageiro carrega essa informação
que foi transcrita. A leitura do mRNA é feita de três em três nucleotídeos. Cada trinca de nucleotídeos é
chamada de códon, e cada códon especifica um determinado tipo de aminoácido. Em outras palavras, cada
aminoácido é codificado por um ou mais códons. O mRNA contém as sequências que serão traduzidas, mas
também contém as sequências de sinalização, que indicam o início e o fim da tradução. Na maior parte dos
mRNAs, o códon de início é o AUG, que especifica o aminoácido metionina. Já os códons UAA, UGA e UAG
não especificam aminoácidos, constituindo códigos de parada.
O RNA transportador ou de transferência é o grande responsável por decifrar uma informação e transformá-la
em outra. Cada aminoácido tem o seu conjunto de tRNAs, os quais se ligam ao aminoácido e o transportam à
cadeia polipeptídica crescente. O tRNA com o seu aminoácido só se dirige ao ribossomo quando convocado
por ele. Os tRNAs são moléculas que possuem o chamado anticódon, sequência de nucleotídeos que é
complementar ao códon presente no mRNA. Também apresentam uma sequência 5’-CCA-3’, que é por onde
os aminoácidos se ligam. As enzimas responsáveis por ligar os tRNAs aos aminoácidos são as aminoacil-tRNA
sintetases.
Ribossomo
O ribossomo é composto por duas subunidades, uma maior e uma menor, e ambas são formadas por um ou
mais RNAs e por várias proteínas. A unidade maior contém o chamado centro da peptidil-transferase, que é
responsável pela formação das ligações peptídicas entre os aminoácidos. Já a subunidade menor contém o
centro de decodificação, no qual os tRNAs carregados com aminoácidos leem os códons do mRNA.
Os ribossomos contêm quatro sítios de ligação, um localizado na subunidade menor, que é o sítio de ligação
ao mRNA, e os outros três, denominados de sítios A, P, E, localizam-se na subunidade maior. O sítio A é o local
onde o tRNA se encaixa no ribossomo, o sítio de ligação P é onde se associa o tRNA ligado ao polipeptídeo em
crescimento e o sítio E é por onde o tRNA, livre de aminoácido, sai do ribossomo.
Tradução
Como vimos, a síntese de proteínas costuma ser dividida em três etapas: iniciação, alongamento e término. O
sítio de início da síntese no mRNA possui papel importantíssimo, pois a partir dele é determinada a fase de
leitura de toda mensagem. Um códon específico (AUG) e um tRNA especial são necessários para o início do
processo. Esse tRNA, chamado de iniciador, carrega sempre o aminoácido metionina (no caso dos procariotos,
a metionina está em uma forma modificada – formilmetionina).
Nos procariotos, o início do processo de tradução se dá com a ligação da subunidade menor do ribossomo ao
mRNA, que ocorre em uma região específica do mRNA, conhecida como sequência de Shine-Dalgarno. Essa
sequência consiste em seis bases (AGGAGG) e se localiza em torno de sete nucleotídeos antes do códon de
iniciação (AUG). Proteínas auxiliares recrutam o tRNA iniciador já carregado com a metionina formilada, e este
se emparelha com o mRNA por meio de pontes de hidrogênio formadas entre o códon (mRNA) e o anticódon
(tRNa). Esse pareamento recruta a unidade maior do ribossomo, que então se completa.
O início da síntese de proteínas nos eucariotos se dá com a complexação do tRNA iniciador com a metionina
que então se liga à subunidade menor do ribossomo juntamente com proteínas chamadas de fatores de
iniciação eucarióticos. A região cap 5’ do mRNA é reconhecida pela subunidade menor que se acopla nesse
local e move-se no mRNA para frente (sentido 3’) até encontrar a primeira sequência iniciadora (AUG). A
subunidade maior se associa a esse complexo, e a tradução de fato é iniciada. Veja o início da síntese de
proteínas:
A etapa de alongamento em eucariotos e procariotos é bastante semelhante. Lembra que o ribossomo tem
três sítios de ligação na subunidade maior? O primeiro sítio a ser usado pelo tRNA iniciador é o sítio P, e o sítio
A fica posicionado no segundo códon do mRNA, determinando qual o próximo aminoácido deve ser trazido
pelo tRNA. Ao chegar ao mRNA, o tRNA carregado com o aminoácido específico se associa ao códon e se
posiciona no sítio A do ribossomo. O ribossomo catalisa a formação da ligação peptídica entre a metionina e o
novo aminoácido. O tRNA já sem a metionina é transferido para o sítio de ligação E, e o tRNA contendo os
aminoácidos vai para o sítio P, deixando livre o sítio A.
O ribossomo se move sobre o mRNA de forma que o sítio A livre se encaixe no próximo códon, que
determinará qual o próximo aminoácido a ser trazido pelo tRNA. O processo se repete, ao passo que os tRNAs
que se localizam no sítio E vão sendo liberados, o que permite que o sítio A fique disponível para o próximo
aminoacil tRNA (tRNA carregado com um aminoácido).
A figura a seguir apresenta o processo da síntese proteica. Observa-se o ribossomo ligado ao mRNA pela sua
subunidade menor e os três sítios de ligação da subunidade maior (A, P e). A cadeia polipeptídica crescente
no tRNA presente no sítio de ligação P é posteriormente transferida para o tRNA do sítio de ligação A. O
ribossomo catalisa a ligação peptídica entre o aminoácido (tRNA no sítio A) e a cadeia que está sendo
formada. Os aminoacil tRNA (carregados com os aminoácidos) se ligam ao sítio A. O sítio E é ocupado pelo
tRNA que está no sítio P depois que este fica livre do aminoácido. Os tRNAs vão sendo liberados do sítio E
para que o sítio A fique livre para receber um novo tRNA carregado. Veja como funciona a síntese proteica:
Veja na imagem os polirribossomos, em que vários ribossomos ligados à molécula de mRNA sintetizam
cadeias polipeptídicas.
O término da tradução ocorre quando o ribossomo encontra um dos códons de parada (UAG, UAA, UGA) no
mRNA. Esses códons não possuem nenhum tRNA correspondente, sendoreconhecidos por fatores proteicos
que serão responsáveis por liberar a cadeia polipeptídica pronta do tRNA, expulsar o último tRNA do
ribossomo e, por fim, desligar o ribossomo do mRNA.
Código genético
Como visto anteriormente, os RNAs transportadores reconhecem o códon, que é um grupo de três
nucleotídeos, no mRNA. Por meio do reconhecimento do códon, identifica-se qual aminoácido precisa ser
adicionado à cadeia polipeptídica que está sendo formada. Os nucleotídeos do mRNA, por sua vez, foram
obtidos por meio da complementariedade de bases com uma das fitas do DNA, copiando a informação
presente no gene. O gene então constitui-se de uma sequência de nucleotídeos presente no DNA. A questão
levantada por muito tempo foi sobre como a sequência nucleotídica do DNA pode determinar a ordem dos
aminoácidos para a produção de proteínas. Somente na década de 1960 veio a resposta para essa pergunta,
afinal o código genético tinha sido decifrado!
O código genético permite que as células produzam
proteínas a partir de sequências de bases no DNA. Ao todo,
existem 20 aminoácidos que são codificados por quatro
nucleotídeos. Como esses nucleotídeos se encontram em
códons, combinações de três nucleotídeos, é possível um
total de 64 combinações diferentes (4 x 4 x 4).
Desses 64 códons, três deles são códons de parada que
não codificam para nenhum aminoácido, logo, há 61 códons
que especificam 20 aminoácidos. E como saber qual códon
corresponde a qual aminoácido? Se há 20 aminoácidos
como fica a relação com os códons, já que se tem 61?
A tabela abaixo contém todas as 64 combinações possíveis. A primeira base do códon corresponde as linhas
(lado esquerdo da coluna), a segunda base (parte superior da coluna) corresponde às colunas da tabela, e a
última base (lado direito da coluna) indica de fato o aminoácido especificado pelo códon:
Por exemplo, para saber qual aminoácido o códon ACG especifica, vamos à tabela. A primeira base do códon é
A, então olha-se no lado esquerdo da tabela, escolhendo a linha correspondente ao A. O nucleotídeo da
segunda posição é o C, escolhe-se a coluna correspondente ao C, localizando então a região que está o
nucleotídeo na tabela. Como todos os códons presentes nessa região especificam para a treonina (Thr), não é
preciso olhar a última base, mas, se fosse necessário, bastava ir ao lado direito da tabela e encontrar a linha
correspondente à base G.
Como é possível notar na tabela, a maioria dos aminoácidos possui mais de um códon que o identifica, como
no caso da treonina que é especificada pelos códons ACU, ACC, ACA e ACG que acabamos de ver no exemplo
apresentado anteriormente. Assim, o código genético é denominado de degenerado ou redundante, pois mais
de um códon podem determinar o mesmo aminoácido que será inserido na cadeia polipeptídica.
Uma das características principais do código genético é o fato de ser praticamente o mesmo para todos os
organismos vivos, com pouquíssimas variações, sendo chamado de código “quase” universal. Por exemplo, o
códon ACG especifica para o aminoácido treonina no ser humano, mas também nas aves, nos vegetais e nas
bactérias. Essa universalidade do código sugere que ele deve ter sido estabelecido muito cedo na evolução.
Processo de tradução em procariotos e eucariotos
Assista agora a uma explicação sobre como as três etapas do processo de tradução em procariotos e
eucariotos.
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RNA mensageiro e RNA transportador
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Código genético
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Verificando o aprendizado
Questão 1
A tradução consiste na síntese de proteínas pelos ribossomos a partir da leitura das informações contidas no
RNA mensageiro. O responsável por traduzir a informação para os ribossomos é o tRNA, que identifica o
aminoácido que deve ser adicionado à cadeia polipeptídica crescente. Como o mRNA fornece a informação
para o tRNA?
A
O mRNA fornece a informação a partir dos anticódons presentes na sua molécula.
B
A informação é fornecida por meio da subunidade menor dos ribossomos, que é capaz de enviá-la aos tRNAs.
C
O mecanismo básico da transcrição consiste em copiar somente a informação dos genes policistrônicos.
D
A informação é fornecida por meio dos códons, que são grupos de três nucleotídeos presentes na molécula de
mRNA.
E
Tanto na transcrição dos procariotos e dos eucariotos, o mRNA é o grande responsável por ler e transportar a
informação contida no gene para os ribossomos.
A alternativa D está correta.
O RNA mensageiro (mRNA) consiste em ribonucleotídeos sintetizados a partir da cópia da fita
complementar do DNA. Logo, a informação que contém na sua molécula está na forma de nucleotídeos. A
partir do código genético, foi verificado que os códons (trinca de nucleotídeos) que dizem qual aminoácido
deve ser adicionado ao polipeptídeo que está sendo formado.
Questão 2
O código genético começou a ser desvendado em 1961 pelo bioquímico Marshall W. Nirenberg e seus colegas.
Nessa época, já se sabia que três nucleotídeos correspondiam a um aminoácido, porém somente em 1965 é
que o código genético foi total decifrado, verificando-se que ele era degenerado. Por que o código genético é
degenerado?
A
Porque cada códon especifica vários aminoácidos.
B
Porque não contém genes como o DNA.
C
Porque vários códons especificam o mesmo aminoácido.
D
Porque a partir do código é possível sintetizar proteínas.
E
Porque os anticódons se emparelham com os códons.
A alternativa C está correta.
Ao ser desvendado, foi identificado que o código genético era degenerado ou redundante, o que significa
dizer que cada aminoácido é especificado por mais de um códon. Em outras palavras, mais de um códon
remete ao mesmo aminoácido.
4. Mutação e reparo no DNA
Mutações
Mutações são definidas como qualquer alteração causada na sequência de DNA e que se perpetua para a
próxima geração. Os danos causados por algumas mutações podem afetar o funcionamento da célula ou
mesmo causar a sua morte; dessa forma, modificações nas sequências de DNA devem ser evitadas. É
importante ressaltar, porém, que muitas vezes as mutações são valiosas, pois modificações nos genes
permitem variação do material genético em uma população, que é peça-chave na evolução adaptativa dos
seres vivos.
As mutações causadas no DNA podem ser de origem espontânea, caracterizada por mutações provocadas
pelo próprio metabolismo celular, cuja ocorrência é natural, e por interações com o meio ambiente. Em
contrapartida, as chamadas mutações induzidas são provocadas por agentes mutagênicos físicos e químicos.
Mutações espontâneas
Erros durante a replicação
Como você já deve ter visto, o processo de replicação é extremamente eficiente, apresentando uma taxa de
erros baixíssima (aproximadamente um nucleotídeo a cada 109 a 1010 nucleotídeos incorporados). Um erro
que pode ocorrer durante a replicação é a adição de um nucleotídeo errado. Por exemplo, em vez de ser
incorporada uma timina para parear com uma adenina da fita molde, é adicionada guanina, ocorrendo uma
falha no pareamento das bases. No geral, esse tipo de erro é corrigido pela DNA polimerase com atividade de
exonuclease, que remove a base errada mal pareada, permitindo a continuação da replicação. Essa revisão
(proofreading) da DNA polimerase durante a replicação é uma das grandes responsáveis pela alta eficiência
do processo replicativo.
Na figura a seguir, observamos a DNA polimerase identificando o erro, e a exonuclease retirando o nucleotídeo
incorreto. O nucleotídeo correto é incorporado pela DNA polimerase, permitindo a continuação do processo de
replicação:
Como observado na figura, o DNA recém-sintetizado contém um nucleotídeo pareado erroneamente e em
seguida ocorre a correção.
A adição do nucleotídeo errado pode não ser detectadaDNA.
O genoma dos eucariotos é compactado em cinco níveis diferentes:
Primeiro nível
Todo DNA, que possui 2 nm, é acoplado a proteínas chamadas histonas, essa estrutura é conhecida
como nucleossomo.
Segundo nível
O nucleossomo, que possui 11 nm, se compacta formando uma estrutura solenoide de 30 nm. Essas
histonas ficam bem juntas formando uma estrutura ainda mais densa como se fossem fibras.
Terceiro e quarto níveis
São formadas alças dos solenoides (parecidas com as alças dos procariotos), as quais possuem 300
e 700 nm, respectivamente.
Quinto nível
No último grau de compactação, ocorre a formação de uma alça ainda maior, 1.400 nm, que dá origem
à estrutura chamada de cromátide cromossômica. Duas cromátides unidas por uma estrutura
chamada de centrômero formam o cromossomo.
O conjunto de cromossomos, ou seja, o DNA e as proteínas acessórias, principalmente, as histonas, formam a 
cromatina. O cromossomo também possui em suas extremidades os telômeros, que são estruturas
fundamentais para a estabilidade do cromossomo e indicadores da idade celular, uma vez que um pequeno
trecho desse telômero é perdido devido à forma com que o DNA replica.
Etapas da compactação do DNA em eucariotos.
O grau de compactação do DNA eucarionte pode variar de acordo com a fase do ciclo celular que se encontra,
pois a cromatina se organiza de diferentes formas, obedecendo à necessidade de expressão gênica. Quando
o DNA está menos condensado (um estado mais aberto), pode ser exposto a toda a maquinaria de transcrição
e/ou replicação existente, e a cromatina se encontra em um estado de eucromatina.
Quando o DNA está bastante condensado, a célula não consegue expressar ou replicar tal região, e ele se
encontra no estado de heterocromatina. Há ainda a heterocromatina constitutiva, formada por trechos que
nunca serão transcritos.
Normalmente, chama-se estado de eucromatina/heterocromatina porque não é algo fixo. Logo, o mesmo
trecho pode ficar ora em estado de eucromatina ora em de heterocromatina. Porém, não é errado chamar
apenas de eucromatina ou heterocromatina.
Transcrição do DNA descompactado.
Os eucariotos possuem também um DNA extracromossomal, presente nas mitocôndrias e nos cloroplastos
(nas células vegetais) e completamente independentes do DNA cromossomal. Existem teorias de que essas
organelas eram organismos extracelulares que acabaram sendo inseridos nas células eucariontes e lá
permaneceram, pois o ambiente era favorável. Em troca do ambiente seguro, eles geravam energia para as
células hospedeiras, formando uma relação de simbiose.
Simbiose
Associação entre duas ou mais espécies diferentes com vantagens mútuas, onde todas se ajudam.
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Os vídeos a seguir abordam os assuntos mais relevantes do conteúdo que você acabou de estudar.
Etapas da compactação do DNA em eucariotos
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Principais tipos de EGMs
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Teoria de Oparin e Haldane
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Questão 1
Estudamos as teorias do surgimento da vida e as características estruturais das moléculas que compõem o
genoma. Sobre esses assuntos, leia as afirmativas abaixo e responda:
 
I. A teoria de Oparin e Haldane era a mais aceita até a descoberta do meteoro de Murchinson, a partir de
então a teoria mais aceita foi a da panspermia.
II. A teoria mais aceita atualmente para a origem da vida na Terra é derivada da teoria de Oparin e Haldane,
onde a vida surgiu de forma espontânea a partir de pequenas moléculas orgânicas.
III. O RNA e o DNA são moléculas capazes de armazenar informação genética, entretanto o DNA é mais
estável e se consolidou nesta função.
IV. O mundo RNA dependia de organismos complexos.
 
Estão corretas as afirmativas:
A
I e II.
B
I e III.
C
II e III.
D
II, III e IV.
E
III e IV.
A alternativa C está correta.
Vamos analisar caso a caso. Apesar de surpreendente, a teoria da panspermia (vida vinda do espaço) não
apresenta evidências o suficiente. A teoria de Operin e Haldane se baseia na criação da vida através de
moléculas orgânicas criadas de forma espontânea em um ambiente favorável que, com o tempo, formaram
moléculas cada vez mais complexas. Essa teoria vem ganhando cada vez mais força com novas
descobertas. Os eucariotos e procariotos utilizam moléculas de DNA para armazenar sua informação
genética, a dupla fita de DNA é mais estável que o RNA. O "mundo-RNA" é uma teoria que surgiu com a
possibilidade de o RNA autorreplicar.
Questão 2
Vimos as principais diferenças na organização das células procariontes e eucariontes. Sobre a organização
nos eucariotos, como você espera que esteja organizado o DNA de uma célula pronta para se replicar?
A
DNA completamente enovelado em estado de eucromatina.
B
DNA parcialmente desenovelado, em estado de heterocromatina.
C
DNA desenovelado, em estado de eucromatina.
D
DNA completamente enovelado em estado de heterocromatina.
E
DNA desenovelado em estado de heterocromatina.
A alternativa C está correta.
Para a maquinaria de replicação ter acesso ao DNA, ele precisa estar exposto. No caso da replicação, todo
o material genético será copiado para dar origem a uma nova célula filha, portanto todo o DNA precisa
estar desenovelado, no estado de eucromatina. Heterocromatina seria com o DNA enovelado, dessa forma,
o DNA não teria como ser replicado.
2. Mecanismos de regulação da expressão gênica
Seleção natural
Todos os seres vivos estão em um ambiente sujeito a constantes alterações. Às vezes, podem faltar
nutrientes, ou a temperatura fica muito alta. Existem inúmeras possibilidades e nossos genes precisam
responder a essas variações. Se faltar nutriente, o indivíduo que melhor conseguir economizar recursos, vai
sobreviver; já aqueles que continuarem usando normalmente tendem a morrer. Portanto, há uma seleção
natural daqueles que conseguem se adaptar rapidamente ao novo meio em detrimento dos que não têm essa
habilidade.
Você sabe que a seleção natural tem a ver com a capacidade dos mecanismos de regulação gênica?
Poupar recursos depende que determinados genes que gastam muita energia fiquem menos ativos, mais
condensados. Já genes responsáveis pelo armazenamento de recursos, como os que expressam as proteínas
promotoras da formação do glicogênio, ficam mais ativos, ou seja, descompactados, para que a maquinaria de
transcrição possa acessá-los. É importante ressaltar que existem ainda os genes que são essenciais para a
manutenção da vida, chamados de genes constitutivos. Não podemos simplesmente economizar energia
expressando uma menor quantidade desses genes, caso contrário, há uma alta possibilidade de isso levar à
morte.
Vamos agora entender os ajustes finos e as diferentes estratégias entre procariotos e eucariotos com relação
à regulação da expressão gênica, começando pelos organismos procariontes.
Mecanismos de regulação gênica em procariotos
A regulação da expressão em procariotos pode acontecer em diferentes pontos, com maior custo energético,
durante a estabilização da proteína, que é o produto da fase de tradução, ou durante a transcrição, com 
menor custo de energia, pois ainda não ocorreu a tradução do RNAm (RNA mensageiro).
Vamos ver um exemplo mais concreto desse conceito de regulação baseado em fatores transcricionais
repressores (controle negativo) ou efetores (controle positivo). Uma regulação negativa pode acontecer de
algumas formas. Um fator repressor se liga à região promotora e impede que a RNA polimerase acople na fita
de DNA, inibindo a transcrição. Além disso, um fator repressor pode se ligar a um fator efetor, impedindo a sua
atuação e diminuindo a expressão de determinado gene. O mesmo conceito pode ser aplicado inversamente,
um fator efetor se liga à região promotora aumentando a transcrição ou pode se ligar a um fator repressor e
impedir a inibição do gene.
Transcrição 
A transcrição ocorrea tempo por uma DNA polimerase e o erro acabar
sendo replicado. Nesse caso, uma molécula filha permanece com o par de bases correto em determinado
ponto, enquanto a outra molécula recebe o par de bases em que ocorreu o erro, perpetuando para as
próximas gerações. Um fato importante que provoca um aumento na ocorrência no mal pareamento é que as
bases do DNA podem assumir diferentes formas, denominadas de tautômeros.
Os erros de replicação gerados por mal pareamento originam as chamadas mutações pontuais. O mal
pareamento pode induzir a criação de um novo códon, que corresponderá a um aminoácido diferente na
proteína. Essa mutação é denominada mutação com sentido trocado. Outro problema que pode surgir com o
pareamento errado dos nucleotídeos é a criação de um códon de parada. A presença desse códon provoca
uma interrupção prematura do processo de tradução. Esse tipo de mutação recebe o nome de mutação sem
sentido.
Há ainda a chamada mutação silenciosa, que é
caracterizada por uma mutação pontual, alterando um
códon, porém não afeta o aminoácido que ele especifica.
Outro tipo de mutação pontual está relacionado com a
adição ou deleção de alguns pares de bases, sendo
denominadas de mutações que modificam a leitura, pois
alteram a leitura de todos os códons.
Na imagem, verifique que o “A” é o Códon original, o “B”, a
mutação silenciosa, o “C”, a mutação sem sentido e o “D” a
mutação com sentido:
Alterações de nucleotídeos
Mutações espontâneas no DNA também podem ser causadas por agentes mutagênicos ambientais. Os tipos
de alterações que ocorrem mais frequentemente e que podem ser citados são: 
Desaminação
É uma lesão hidrolítica na qual a base,
principalmente a citosina, perde seu grupo
amino (-NH2). A consequência é a modificação
das propriedades de emparelhamento das
bases. Nesse caso, ao perder seu grupo amino,
a citosina é transformada em uracila.
Perda de bases
É promovida pela quebra da ligação N-
glicosídica (ligação existente entre a base
nitrogenada e o açúcar). A perda da base
permite que qualquer um dos quatro
nucleotídeos sejam incorporados no DNA, já
que a base que orientava o processo foi
perdida.
Fotodimerização
Consiste na formação de ligações covalentes
entre resíduos de pirimidinas no DNA. Isso é
causado pela ação da luz ultravioleta (UV). A
consequência disso é a formação de dímeros
de pirimidina na fita molde do DNA, impedindo a
ação das DNA polimerases e a formação de
uma nova fita.
Mutações induzidas quimicamente
Os agentes mutagênicos aumentam a taxa de mutação de um organismo. Alguns desses agentes são
compostos análogos de base, ou seja, são capazes de substituir as bases normais, levando à erro na
replicação. O problema das bases análogas é que elas são incorporadas ao DNA durante a replicação, já que
são estruturalmente semelhantes às bases, aumentando a frequência das mutações causadas por
pareamento errados. Existem outros agentes mutagênicos que se inserem entre as bases do DNA,
provocando erros na replicação, são os chamados agentes articulantes.
Reparo do DNA
As mutações nas sequências de DNA precisam ser evitadas. Para isso, o reparo de erros no pareamento de
bases e as lesões no DNA causadas por modificações químicas precisam ser reparadas antes que a mutação
seja replicada para a próxima geração e os mecanismos de reparo não sejam mais eficazes. Os tipos de reparo
e reversão são:
Reparo de erros por mal emparelhamento
É necessário quando há um erro de emparelhamento entre duas bases. A questão é que não há
certeza de qual base foi inserida erradamente, pois o que se detecta é somente o pareamento errado,
e não a base que está errada. Dessa forma, se a remoção da base com erro ocorrer, a reparação será
um sucesso. Por outro lado, se a base correta for removida, ocorrerá a mutação.
Reversão direta da lesão
É caracterizada pela remoção da lesão. Esse tipo de reparo ocorre em lesões provocadas pela
radiação ultravioleta.
Reparo por excisão de bases
É feito pela ação das enzimas glicosilases que hidrolisam a ligação N-glicosídica existente entre a
base nitrogenada que está errada e o açúcar do nucleotídeo, eliminando essa base do DNA. A perda
da base gera a formação de um sítio apurínico ou apirimidínico, que é ocupado pela enzima
endonuclease que reconhece o defeito e cliva o DNA que posteriormente é clivado por uma
exonuclease. O preenchimento da lacuna é feito pela DNA polimerase e a DNA ligase faz a
restauração da fita.
Reparo por excisão de nucleotídeos
Uma variedade de lesões é removida por meio do reparo por excisão de nucleotídeos, que consiste na
remoção da sequência de nucleotídeos que está danificada. Essa remoção é feita por enzimas
nucleases que catalisam as ligações fosfodiéster existentes entre os nucleotídeos, removendo-os.
Reparo de quebra de fita dupla
Nesse tipo de lesão, que pode ser causada por radiação ionizante e alguns fármacos
anticancerígenos, há quebra da fita dupla do DNA. O mecanismo para a reparação consiste na
retirada de informações da sequência de DNA da outra fita que está se replicando na mesma forquilha
da fita danificada ou da sequência de fitas presentes em cromossomos homólogos. Esse reparo é
caracterizado por um processo de recombinação. A DNA polimerase deixa “em branco” um pedaço da
fita recém-sintetizada que será preenchido com o DNA homólogo ou DNA da outra fita, por meio de
uma recombinação.
Tipos de reparo do DNA
Veja agora uma explicação sobre as mutações nas sequências de DNA e porque existe o reparo de erros de
DNA.
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O que são mutações
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Mutações induzidas quimicamente
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Verificando o aprendizado
Questão 1
Os erros gerados pelo mal emparelhamento entre um par de bases pode ser perpetuado e se tornar uma
mutação se não for corrigido antes da replicação da sequência que contém a base errada. Os problemas
causados por mutações podem interferir nas sequências dos códons, afetando o produto final, a proteína.
Com relação a isso, assinale a alternativa correta.
A
A mutação silenciosa altera a sequência dos códons, que corresponderão a um aminoácido diferente.
B
As mutações que podem ocorrer pelo mal emparelhamento das bases não alteram os códons propriamente
ditos, e sim o tRNA que carregará para o ribossomo um aminoácido diferente.
C
A mutação pode formar códons de parada, o que causa uma interrupção tardia do processo de tradução.
D
A mutação sem sentido se caracteriza pela formação de um códon que irá especificar para um aminoácido
diferente.
E
A mutação com sentido trocado é caracterizada por uma modificação em uma das bases do códon que irá
especificar um aminoácido diferente.
A alternativa E está correta.
A mutação com sentido trocado ocorre quando um nucleotídeo é trocado por outro e essa troca modifica a
composição de uma trinca de nucleotídeo (códon) que então passa a especificar outro aminoácido, sendo
incorporado erroneamente à proteína.
Questão 2
As mutações induzidas são geradas pela ação de um agente mutagênico químico ou físico. Os agentes
mutagênicos são capazes de alterar a taxa de mutação normal de um organismo. As substâncias 5-
bromouracila, por exemplo, são capazes de substituir uma timina durante a replicação, graças à sua
semelhança com essa base. Com relação às mutações e aos agentes mutagênicos, assinale a alternativa
correta.
A
Um agente mutagênico bastante conhecido são as bases análogas, que consistem em moléculas
estruturalmente semelhantes a uma das quatro bases nitrogenadas.
B
A desaminação é a substituição da citosina por uma base análoga, o que modifica as propriedades de
emparelhamento das bases.
C
Uma base análoga indutora de mutação é responsável por modificar a estrutura de uma base nitrogenada.
D
As bases análogasconseguem substituir as bases nitrogenadas, pois são capazes de formar diferentes
tautômeros. Esse tipo de mutação não é causado por um agente mutagênico, pelo contrário, ocorre
naturalmente.
E
A quebra da ligação N-glicosídica entre a base nitrogenada e o açúcar provoca a perda da base. As bases
análogas só conseguem substituir uma base nitrogenada depois que esta for retirada do nucleotídeo.
A alternativa A está correta.
Alguns agentes mutagênicos são compostos análogos de base, ou seja, são capazes de substituir as bases
normais, levando a um erro na replicação. Por serem estruturalmente semelhantes as bases nitrogenadas,
as bases análogas podem erroneamente ser incorporadas ao DNA durante a replicação, gerando a
mutação.
5. Conclusão
Considerações finais
A informação genética, que está armazenada no DNA, é transferida para as células filhas por meio da
replicação do DNA. A expressão dessa informação ocorre por meio da transcrição em mRNA, que precisa ser
traduzida em cadeias polipeptídicas, as proteínas. Após a divisão celular, o mesmo material genético das
células mães está agora presente nas células filhas. E, para que isso ocorra, uma maquinaria enzimática
precisa atuar de forma ordenada e sequencial em todas as etapas, desde a replicação do DNA até a formação
do produto final, as proteínas.
A síntese de DNA é extremamente eficiente, e os erros são mínimos, porém eles existem e se não houver a
correção desses erros, surgem as mutações que podem causar danos as células. Assim, os mecanismos de
reparo do DNA são de grande importância para minimizar as mutações.
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Para compreender mais sobre o papel dos telômeros, veja o conteúdo disponível no Khan Academy, telômeros
e telomerase.
Referências
ALBERTS, B. et al. Biologia Molecular da célula. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. Cap. 5 e 6, p. 237 – 366.
 
ALBERTS, B. et al. Biologia Molecular da célula. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. Cap. 5 e 6, p. 237 – 366.
 
GRIFFITHS, A. J. F. et al. Introdução à Genética. 10. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2013. Cap. 7-9, p.
217-289.
 
GRIFFITHS, A. J. F. et al. Introdução à Genética. 10. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2013. Cap. 7-9, p.
217-289.
 
INSTITUTO BIOCIÊNCIAS USP. Apostila de Biologia Molecular – Texto 2: A replicação do DNA. Consultado na
internet em: 3 nov. 2022.
 
INSTITUTO BIOCIÊNCIAS USP. Apostila de Biologia Molecular – Texto 2: A replicação do DNA. Consultado na
internet em: 3 nov. 2022.
 
INSTITUTO BIOCIÊNCIAS USP. Apostila de Biologia Molecular – Texto 3: Mutação e reparo de DNA. Consultado
na internet em: 3 nov. 2022.
 
INSTITUTO BIOCIÊNCIAS USP. Apostila de Biologia Molecular – Texto 3: Mutação e reparo de DNA. Consultado
na internet em: 3 nov. 2022.
 
INSTITUTO BIOCIÊNCIAS USP. Apostila de Biologia Molecular – Texto 4: Transcrição e processamento do RNA.
Consultado na internet em: 3 nov. 2022.
 
INSTITUTO BIOCIÊNCIAS USP. Apostila de Biologia Molecular – Texto 4: Transcrição e processamento do RNA.
Consultado na internet em: 3 nov. 2022.
 
INSTITUTO BIOCIÊNCIAS USP. Apostila de Biologia Molecular – Texto 6: O código genético. Consultado na
internet em: 3 nov. 2022.
 
INSTITUTO BIOCIÊNCIAS USP. Apostila de Biologia Molecular – Texto 6: O código genético. Consultado na
internet em: 3 nov. 2022.
 
INSTITUTO BIOCIÊNCIAS USP. Apostila de Biologia Molecular – Texto 7: Síntese de proteínas. Consultado na
internet em: 3 nov. 2022.
 
INSTITUTO BIOCIÊNCIAS USP. Apostila de Biologia Molecular – Texto 7: Síntese de proteínas. Consultado na
internet em: 3 nov. 2022.
 
LODISH, H. et al. Biologia Celular e Molecular. 7. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014. Cap. 4 (parte 2), p. 117-156.
 
LODISH, H. et al. Biologia Celular e Molecular. 7. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014. Cap. 4 (parte 2), p. 117-156.
 
WATSON, J. D. et al. Biologia Molecular do Gene. 7. ed. Porto Alegre: Artmed, 2015. Cap. 9-16, p. 257-592.
 
WATSON, J. D. et al. Biologia Molecular do Gene. 7. ed. Porto Alegre: Artmed, 2015. Cap. 9-16, p. 257-592.
 
ZAHA, F.; FERREIRA, H. B.; PASSAGLIA, L. M. Biologia Molecular Básica. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014. Cap.
6-12, p. 111-276.
 
ZAHA, F.; FERREIRA, H. B.; PASSAGLIA, L. M. Biologia Molecular Básica. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014. Cap.
6-12, p. 111-276.
Amplificação in vitro de DNA
Técnicas de amplificação e detecção de ácidos nucleicos in vitro e introdução de suas aplicações em
rotina laboratorial.
Prof.ª Camila Freze Baez
1. Itens iniciais
Propósito
Compreender a teoria por trás da amplificação de ácidos nucleicos in vitro em suas diferentes formas e
entender quais são suas vantagens, desvantagens e aplicações em contextos diversos é importante para o
profissional de laboratório, pois lhe fornecerá poderosa ferramenta de trabalho.
Objetivos
Reconhecer elementos fundamentais à amplificação de ácidos nucleicos in vitro.
Diferenciar as variações entre cada técnica de PCR.
Identificar aplicações apropriadas ao uso de cada método.
Introdução
Os ácidos nucleicos são as estruturas fundamentais que carregam informações genéticas. Você já parou para
pensar como certas características físicas passam dos pais para os filhos? Traços físicos como formato do
rosto, altura, cor da pele e dos olhos são traduções de informações transmitidas às gerações futuras dos
ácidos nucleicos. No corpo humano e na maioria dos seres vivos, encontramos dois tipos de ácidos nucleicos:
o ácido desoxirribonucleico (ADN – também conhecido pela sigla em inglês, DNA), e o ácido ribonucleico
(ARN, ou RNA, em inglês).
Cada uma dessas moléculas – DNA e RNA – tem funções diferentes dentro da menor unidade viva conhecida
— a célula. O DNA possui fita dupla, sendo mais estável e resistente que o RNA. Por isso, a célula utiliza o DNA
para armazenar as informações genéticas em longo prazo. Já o RNA, normalmente, em fita simples e mais
instável, tem como principal função intermediar a informação entre o DNA e as unidades efetoras da maioria
das funções celulares, as proteínas.
Formato do rosto e altura, por exemplo, são decorrentes da estrutura óssea que, em grande parte, é feita de
proteínas. O papel das proteínas não se limita apenas em traços físicos, mas também em funcionais.
Mas o que isso tem a ver com a amplificação de ácidos nucleicos?
Em uma célula viva e saudável, as enzimas fazem toda a amplificação do DNA por conta própria em um
ambiente extremamente complexo e controlado – do pH e nível de oxigênio disponível, ao momento que a
célula está em seu ciclo de vida. São dezenas de enzimas envolvidas na síntese de novas moléculas de DNA,
tantas que os cientistas ainda não compreendem completamente todas as etapas envolvidas nesse processo.
Apesar de toda a complexidade da duplicação do DNA in vivo, já somos capazes de sintetizar pequenos
trechos do DNA em um tubo de ensaio.
Incrível, não? Vamos ver com detalhes como isso é possível neste material.
Dogma central da Biologia Molecular: DNA replica-se em DNA e é transcrito em
RNA, que é traduzido em proteína.
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1. Elementos fundamentais à amplificação de ácidos nucleicos
Princípios da PCR concencional
Para entendermos como funciona a amplificação de DNA in vitro, devemos primeiro relembrar algumas
informações sobre o DNA e o RNA: suas funções, composições, similaridades e diferenças. Tanto o DNA
quanto o RNA são formados por nucleotídeos, que são como os tijolos dos ácidos nucleicos e,
consequentemente, do material genético. A partir da junção de tais tijolos, formamos as estruturas de DNA e
RNA. Mas como são esses tijolos?
Em primeiro lugar, os nucleotídeos contêm um açúcar chamado ribose.Essa ribose é uma das formas mais
simples dos carboidratos – a forma mais conhecida de um açúcar simples é a glicose. É na ribose que reside a
principal diferença entre DNA e RNA: o RNA possui uma molécula de oxigênio ligada ao segundo carbono da
ribose que o DNA não possui – por isso, o DNA é chamado de desoxirribonucleico.
O segundo componente são as bases nitrogenadas. Para o DNA, existem quatro tipos diferentes de bases
nitrogenadas:
Desoxirribonucleico
Prefixo “des” significa a ausência (como em desinteresse), portanto, “desoxi” representa o oxigênio que
está ausente.
Adenina (A) Citosina (C)
Guanina (G) Timina (T)
Para o RNA há uma diferença:
No RNA as bases nitrogenadas A, C e G são as mesmas, mas, em vez de T, existe uma Uracila (U).
Essas bases são as responsáveis pela informação genética.
Imagine escrever um texto codificado, tão complexo quanto um ser humano, usando apenas uma das letras do
teclado do computador. Como seria possível entender a informação que você quis codificar? Agora, se você
escrever um texto com pelo menos duas letras (ou números) do teclado, usará um código binário. Isso
também acontece com a informação genética: a célula utiliza essas cinco bases nitrogenadas para codificar,
em sequência, uma informação preciosa.
Finalmente, os nucleotídeos possuem grupamentos fosfatos no quinto carbono da (desoxir)ribose, que são
capazes de interagir com a hidroxila (álcool orgânico) presente no terceiro carbono da (desoxir)ribose,
fazendo a ligação entre um nucleotídeo com o próximo. Essa ligação é conhecida como fosfodiéster, sendo
considerada o “cimento” dos nossos “tijolos”: a partir dela, longas sequências de DNA ou RNA são formadas. É
importante manter em mente que o grupamento fosfato confere carga negativa à molécula de DNA – vamos
voltar a falar a respeito disso mais à frente.
Código binário
Formado por sequências de 0 e 1 que, em trechos longos, podem codificar informação, como
computadores.
Esquema da estrutura básica dos desoxirribonucleotideos, compostos por fosfato,
desoxirribose e base nitrogenada.
A interação entre a hidroxila no carbono 3 da (desoxir)ribose e o fosfato de outro nucleotídeo no carbono 5
deixam as bases nitrogenadas livres para interação com outras bases nitrogenadas, normalmente, do tipo
oposto. As principais bases nitrogenadas (A, T, C, G, U) são divididas em dois grupos químicos, de acordo
com o número de anéis aromáticos que possuem:
Pirimidinas
(C, T, U) - Possuem um anel.
Purinas
(A, G) - Possuem dois anéis.
As bases interagem entre si, mas entre grupos opostos: ou seja, pirimidinas pareiam com purinas, de acordo
com as cargas livres de cada base. Desse modo, A interage com T, pois ambas têm duas cargas livres para
interação, e C interage com G através de três cargas. Essas interações são chamadas de pontes de hidrogênio
e são consideradas fracas por serem facilmente quebradas por agentes físicos, como a temperatura, e
químicos, como o pH.
Veja o esquema mostrando a estrutura do DNA e o pareamento das bases por complementariedade. Note as
pontes de hidrogênio duplas (seta verde) entre adenina e timina, e as triplas (seta preta) entre citosina e
guanina.
Pareamento de bases nitrogenadas.
No entanto, essas pontes de hidrogênio são importantes para manter a sequência de DNA livre de erros e
garantem à molécula uma de suas características fundamentais: a complementariedade. É a partir dessa
complementariedade que as enzimas responsáveis pela síntese do DNA e do RNA, as polimerases, sabem qual
nucleotídeo adicionar para manter a mesma mensagem na hora de duplicar o DNA. Ao mesmo tempo, é a
característica que dá ao DNA seu formato em fita dupla. Chamamos essa característica de replicação 
semiconservada.
Semiconservada
Uma fita original (fita parental) é mantida na duplicação, como molde para a síntese da fita nova (fita
filha). 
Atenção
Se olharmos para essa fita dupla em um sentido único, da esquerda para a direita, por exemplo, veremos
que uma das fitas se encontra com o carbono 5 da desoxirribose livre na extremidade à esquerda,
enquanto a outra fita tem o carbono 3 da desoxirribose livre à esquerda. Isso acontece porque, para
interagirem, as duas fitas precisam estar em sentidos opostos – por isso, nós as chamamos de fitas
antiparalelas. Esse sentido de interação por complementariedade traz à tona outra característica do
DNA: sua replicação deve ser feita de forma semidescontínua (In vivo, apenas a fita no sentido
antiparalelo (3’→5’) é lida de forma contínua, e a fita de DNA molde no sentido paralelo (5’→3’) é lida de
forma descontínua. Isso acontece por causa do sentido de abertura da forquilha de replicação). 
Reação em cadeia pela polimerase: amplificando DNA in vitro
Em uma célula viva, as enzimas polimerases têm ao seu dispor todos os itens necessários para duplicar o
DNA, de nucleotídeos a todas as enzimas.
Representação do complexo de replicação do DNA em uma célula.
Imagine quão complexo seria reproduzir o ambiente celular em um tubo de ensaio! Precisamos utilizar os
conhecimentos da físico-química do DNA e os princípios básicos de sua replicação para simplificação e
adaptação da técnica in vitro. Veja:
Complementariedade entre fitas antiparalelas
Primeira característica do DNA importante na sua replicação in vitro: as
bases nitrogenadas de uma fita interagem especificamente com as bases
correspondentes da outra fita (A-T, C-G) por meio de interações frágeis
que podem ser desfeitas pelo calor. Ao aquecermos a solução acima de
90ºC, podemos desfazer essas interações e abrir a fita dupla em duas
fitas simples. Isso deixa as bases nitrogenadas expostas para interagirem
e, ao abaixarmos a temperatura, conseguimos fazer com que a fita dupla
se refaça e a informação seja mantida. Vamos ver como esse processo
funciona passo a passo mais à frente.
Síntese enzimática pela polimerase
Segunda característica importante para a replicação do DNA in vitro.
Essa enzima lê cada base nitrogenada da fita simples como se fosse um
molde, e adiciona a base nitrogenada complementar na fita que está
sendo sintetizada através da ligação fosfodiéster. In vivo, a polimerase
não inicia a duplicação do DNA sozinha, pois ela não consegue abrir a fita
dupla em fitas simples, identificar o local certo de início de replicação ou
adicionar os primeiros nucleotídeos. A célula utiliza enzimas para abrir a
fita dupla, as helicases, e adição dos primeiros nucleotídeos é feita por
outra enzima, chamada primase. 
Na amplificação do DNA in vitro, denominada reação em cadeia da polimerase (polymerase chain reaction –
PCR), a abertura do DNA em fitas simples é feita através de calor. Para isso, utilizamos uma enzima
termorresistente chamada de Taq polimerase. Além disso, usamos pequenas sequências de nucleotídeos em
fitas simples e complementares à sequência-alvo do DNA a ser amplificado. Essas sequências sintéticas são
chamadas de iniciadores ou oligonucleotídeos (oligo = poucos), algo em torno de 20 nucleotídeos, conhecidos
como primers, em inglês.
Normalmente, são usados dois oligonucleotídeos por reação: um chamado senso, que se liga ao DNA molde
fita simples no sentido 3’→5’; e um antissenso, que se liga à fita no sentido 5’→3’.
Lembre-se de que o sentido de duplicação contínua do DNA ocorre apenas no sentido 5’→3’, pois o
trifosfato (na posição 5) do nucleotídeo livre dará a energia necessária à ligação fosfodiéster com o
carbono 3 da ribose do nucleotídeo que já estará na fita. Isso acontece em ambas as fitas (paralela
5’→3’ e antiparalela 3’→5’), e ambos os oligonucleotídeos são sintetizados em laboratório no sentido
5’→3’. Os oligonucleotídeos iniciadores irão demarcar a região do genoma a ser amplificada. Essa
informação é importante para dar especificidade à PCR!
Etapas da reação em cadeia da polimerase
Já compreendemos que a fita dupla de DNA se abre em duas fitas simples quando aquecida próximo a 100ºC,
e sabemos que a reação de síntese de novas fitas de DNA é feita por meio de uma enzima termorresistente
chamada de Taqpolimerase. Também descobrimos que a enzima precisa de oligonucleotídeos iniciadores que
se ligam por complementariedade ao DNA-alvo desnaturado em uma fita simples. Agora, podemos entender
como essa última se desenvolve. Assim como em qualquer receita de bolo, uma PCR precisa de seus
ingredientes básicos – ou reagentes mínimos – para a síntese de DNA acontecer. Desse modo, adicionamos
esses ingredientes a um microtubo. Os reagentes mínimos necessários para a amplificação são:
O DNA molde, dupla fita, extraído a partir de amostras biológicas.• 
Os oligonucleotídeos sintéticos que são complementares à região do DNA molde a ser amplificado.
A Taq polimerase, termorresistente.
Cátions de magnésio (Mg2+), cofator necessário ao funcionamento eficaz da polimerase.
Os desoxirribonucleotídeos trifosfatados (dNTPs – dATP, dGTP, dCTP, dTTP) – lembre-se de que os
três fosfatos são usados como fonte de energia para que a reação fosfodiéster catalisada pela Taq
polimerase aconteça.
A água ultrapura, livre de contaminantes de DNA, RNA e de nucleases.
Esquema dos reagentes necessários a uma reação em cadeia da polimerase (PCR).
O microtubo com esses poucos reagentes é, então, submetido a diversos ciclos de elevação e redução da
temperatura do qual a PCR consiste. Vejamos:
A primeira etapa de qualquer PCR consiste na abertura da fita dupla de DNA em suas fitas simples pelo
aquecimento da reação a, pelo menos, 95ºC, por um tempo prolongado – algo em torno de 5 a 10
minutos. Esse tempo é necessário para abrir por completo as fitas de DNA que podem estar muito
concentradas, superenoveladas e ser muito longas.
 
Em seguida, começam os ciclos. Cada ciclo contém, pelo menos, 3 etapas: desnaturação, anelamento
e extensão.
Note na ilustração a desnaturação das fitas duplas de DNA em fitas simples, o anelamento dos iniciadores à
sequência-alvo por complementariedade e a extensão pela Taq polimerase.
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1. 
2. 
Ilustração das etapas da PCR.
Entenda melhor como acontecem estas etapas:
Desnaturação
É a primeira etapa de cada ciclo em que a temperatura é aquecida a 95ºC por cerca de 1 minuto. O
tempo de desnaturação pode variar de acordo com cada reação e genoma. Por exemplo, genomas
ricos em CG precisam de tempo e temperatura maiores para desnaturar, pois C faz pontes triplas com
G, enquanto genomas ricos em AT precisam de tempos menores por possuírem ligações duplas.
Anelamento
Segunda etapa de cada ciclo. A temperatura será reduzida para cerca de 50 a 65ºC por,
aproximadamente, 30 segundos. Essa redução da temperatura deve ser feita com exatidão para que
os iniciadores se liguem especificamente à fita simples de DNA. Se a temperatura for baixa demais, a
fita se renatura e a PCR não acontece, ou ainda outros fragmentos do DNA extraído podem se ligar 
inespecificamente e sua reação não funcionará apropriadamente. Se for alta demais, os
oligonucleotídeos se ligarão apenas parcialmente, ou até mesmo não se ligarão, e a eficiência da sua
reação será gravemente comprometida. Você pode estar se perguntando como saber exatamente a
temperatura a ser usada. A resposta certa dependerá de vários fatores, como o tamanho do seu
oligonucleotídeo, seu conteúdo de CG, e a concentração de sais no tampão de PCR. De modo geral,
quanto maior o tamanho e o conteúdo de CG, maior será a temperatura de anelamento.
Uma vez que os oligonucleotídeos tenham se anelado à fita de DNA molde, a Taq polimerase reconhecerá
esse local e fará a extensão da fita dupla. Como a Taq polimerase é termorresistente, a elevação da
temperatura a 95ºC não a destrói – na realidade, ela funciona melhor em temperaturas mais elevadas.
No caso da maioria das polimerases disponíveis comercialmente, a melhor temperatura de adição de
nucleotídeos em uma PCR é, em torno de 70ºC a 72ºC.
Atenção
O tempo de extensão depende da velocidade da polimerase usada e do tamanho da sequência entre os
oligonucleotídeos. Uma reação para amplificar menos de 500 pares de bases que utilize uma polimerase
com uma velocidade de incorporação de nucleotídeos mediana deve ter um tempo de extensão de 30 a
40 segundos. 
Após o término da extensão, a reação é aquecida novamente a > 95ºC, para que as fitas duplas recém-
sintetizadas sejam separadas, e o ciclo desnaturação-anelamento-extensão se repita de 30 a 40 vezes. No
final, é recomendável ter um ciclo final de extensão maior para garantir que a síntese de todas as fitas seja
concluída. Após o término, a reação deve ser mantida refrigerada para preservar o material amplificado.
A PCR acontece em equipamentos que, como um ferro de passar, aquecem e resfriam rapidamente: os
termocicladores. Esses aparelhos foram um grande avanço para as ciências biológicas e permitiram a grande
difusão da PCR em diversas áreas. Graças a eles, uma PCR convencional média dura de 1 hora e meia a 2h.
A cada ciclo, a quantidade de sequência-alvo – aquela contida entre os iniciadores senso e antissenso,
conhecida como amplicon (produto amplificado) – dobra. Dessa forma, se, no primeiro ciclo, tínhamos apenas
uma cópia de tal sequência (limite teórico da PCR), ao final do primeiro ciclo, teremos 2 cópias; no final do
terceiro ciclo, 4; depois, 8, e então 16, e assim sucessivamente.
A cada ciclo, vemos um aumento exponencial do número de cópias da sequência-alvo. Assim, no final de 30
ciclos, teremos algo na ordem de 1 bilhão de cópias da mesma sequência! Um número tão grande de uma
mesma sequência vai ser muito mais facilmente identificado posteriormente.
Esquema da amplificação exponencial do DNA-alvo por ciclo a partir de uma cópia,
em aparelho termociclador.
Via de regra, podemos subdividir a PCR em duas categorias:
PCR qualitativa
Todos os ciclos ocorrem em um termociclador
comum, precisa de etapas posteriores para
revelar o resultado. Nesse tipo, o resultado se
dá pela constatação da presença ou ausência
do produto alvo da amplificação. Abordaremos
alguns outros tipos de PCR que se encaixam
nessa categoria.
PCR quantitativa
Também conhecida como em tempo real. Os
ciclos se dão em um aparelho capaz de ler
automaticamente a amplificação e, assim, é
capaz de quantificar em tempo real. Existem
dois métodos que são mais comuns para a
quantificação. Nesse caso, não há necessidade
de revelação posterior à reação, o que a torna
mais rápida.
Eletroforese em gel de agarose: separando e revelando o resultado
Após a amplificação da sequência-alvo pela polimerase, temos um microtubo com nosso DNA amplificado em
um tampão de reação que é transparente como a água. Naturalmente, não podemos observar a olho nu o
resultado da reação: é necessário revelá-la. Para isso, precisamos manter em mente que, após uma PCR bem-
sucedida, temos uma sequência de DNA em um tamanho exato graças ao anelamento específico dos
oligonucleotídeos à sequência-alvo. Portanto, precisamos separar as sequências por tamanho para
verificarmos se o tamanho corresponde ao do nosso produto. Também vamos precisar de algo que revele a
localização do DNA, ou um agente revelador especial.
Dica
Para separar o DNA de acordo com seu tamanho, usamos uma espécie de malha gelatinosa chamada de
matriz ou gel de agarose. 
Você deve estar familiarizado com a gelatina que fazemos na cozinha, certo? A agarose funciona de maneira
semelhante: é um polissacarídeo que se dissolve em líquido aquoso quando aquecido e, quando resfriado, se
solidifica, ou polimeriza. Ao polimerizar, a agarose forma uma malha com pequenos orifícios que permitirão a
passagem do DNA, de modo que moléculas menores de DNA passarão com maior facilidade e mais
rapidamente, enquanto moléculas maiores de DNA terão maior dificuldade de passar e, por isso, demorarão
mais tempo para viajarem pela malha. Assim, podemos separar as moléculas de DNA de acordo com tamanho.
Dependendo do tamanho do nosso DNA amplificado, poderemos usar uma malha mais fechada ou mais aberta
simplesmente variando a concentração da agarose que usamos para fazer o gel.
O DNA será inserido no gel de agarose através de pequenosorifícios chamados de poços, feitos com um
pente com pequenos dentes largos. Para podermos visualizar a passagem do tampão da PCR pelo gel de
agarose, usamos corantes como o azul de bromofenol, o qual é mais denso do que o tampão de corrida e faz
com que o DNA se assente no fundo do poço, o que é necessário para que a separação funcione
adequadamente.
Montagem de gel de agarose com uso de pentes para formação de poços e
aplicação do produto de PCR.
Uma vez que o gel de agarose esteja pronto e que o DNA tenha sido pipetado nos poços do gel com o corante
azul, podemos começar a eletroforese. Para a eletroforese, precisaremos ainda de uma cuba, ou recipiente
que contenha entradas para corrente elétrica, uma fonte elétrica e um tampão ionizável. A eletroforese parte
do princípio de que um tampão, quando submetido a uma corrente elétrica, tem suas moléculas ionizadas
migrando em direção a um dos polos: as moléculas negativas migram para o polo oposto, o cátodo, e as
moléculas positivas migram para o polo negativo, o ânodo.
No caso do DNA, seu grupamento fosfato lhe dá carga negativa, fazendo que o DNA migre para o polo
positivo (cátodo) quando em solução submetida à corrente elétrica. Como o DNA está no fundo do gel de
agarose graças ao corante mais pesado que o tampão eletroforético, ele passa por dentro da agarose e,
assim, será separado de acordo com seu tamanho pela trama do gel. Por sua vez, o corante azul, também de
carga negativa e de tamanho muito inferior à complexa molécula de DNA, migrará pelo gel mais rapidamente,
servindo apenas como marcador da velocidade de migração, e não da posição do DNA.
Representação esquemática de uma eletroforese em gel de agarose.
Para sabermos o tamanho e a posição do DNA, precisaremos de um marcador de tamanho molecular do DNA
que consiste em sequências de DNA de tamanhos conhecidos, como se fosse uma escada cujos degraus
representam os tamanhos. Ele é um parâmetro para estimarmos o tamanho das sequências de DNA que
amplificamos – coloquialmente, chamamos essas sequências em gel de agarose de bandas.
Também precisamos de um revelador da localização do nosso produto amplificado (ou amplicon) no gel de
agarose. Esse reagente, chamado de fluoróforo, é uma molécula capaz de fluorescer quando excitada no
comprimento de onda correto. Em gel de agarose, usamos fluoróforo que intercale especificamente com o
DNA. A molécula mais comumente utilizada é o brometo de etídio, capaz de se intercalar com qualquer fita
dupla de DNA. Sua capacidade de se ligar ao DNA o torna potencialmente tóxico, carcinogênico e
teratogênico, e precisamos manter nossa segurança e as boas práticas laboratoriais para evitar de nos
contaminarmos com ele.
Existem diversas formas de se utilizar brometo na revelação do gel, podendo ser adicionado antes
da solidificação do gel (antes da eletroforese) ou depois da eletroforese, com uma incubação extra.
Finalmente, o brometo de etídio é excitado no comprimento de onda ultravioleta em um
equipamento chamado transiluminador.
Ao ser excitado, o fluoróforo emite fluorescência e dá a localização das bandas de DNA amplificado de acordo
com o marcador de tamanho molecular. 
Imagem de um gel de agarose e sua revelação por fluorescência do brometo de
etídio em luz ultravioleta.
Dependendo da técnica de PCR utilizada, assim como do objetivo da PCR, seu resultado pode ser uma única
banda de DNA no gel de agarose ou múltiplas bandas. Algumas vezes, resultados inesperados também podem
aparecer, como múltiplas bandas de DNA, onde apenas uma banda única era esperada.
Cada situação demandará a experiência e o conhecimento do profissional para interpretação e resolução de
possíveis problemas.
Existem alternativas ao uso do gel de agarose para separação de ácidos nucleicos. Um exemplo é o gel de
acrilamida/bisacrilamida, usado para separar sequências de DNA com alta resolução, de forma que bandas
com até um nucleotídeo de diferença em tamanho possam ser diferenciadas. O gel de acrilamida/bisacrilamida
também permite a separação de RNA e proteínas. No entanto, exige revelação por sistemas diferentes, mais
complexos, que nem todos os laboratórios possuem estrutura para execução.
Além de mais tóxica que a agarose, a montagem do gel e sua corrida eletroforética também são mais
trabalhosas. Desse modo, o gel de agarose corado por brometo de etídio é a técnica de revelação de PCR
mais utilizada.
PCR e eletroforese
Veja na prática a reação em cadeia pela polimerase.
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Vem que eu te explico!
Os vídeos a seguir abordam os assuntos mais relevantes do conteúdo que você acabou de estudar.
Reagentes necessários a uma reação em cadeia da polimerase (PCR)
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Como ocorre a amplificação exponencial do DNA-alvo
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Diferenças entre PCR qualitativa e quantitativa
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Verificando o aprendizado
Questão 1
Vimos que a PCR é uma ferramenta molecular para amplificação do DNA in vitro. Sobre a PCR, é correto
afirmar que
A
a polimerase utilizada é capaz de adicionar todos os nucleotídeos necessários, de maneira inespecífica.
B
a especificidade da reação é por oligonucleotídeos iniciadores para demarcar a sequência e permitir que a
polimerase inicie a síntese.
C
a PCR ocorre de forma linear, ou seja, nenhuma etapa de variação de temperatura se repete.
D
a Taq polimerase é uma enzima sensível ao calor e deve ser adicionada a cada novo ciclo.
E
apenas nucleotídeos com hidroxilas no terceiro carbono da ribose são adicionados pela Taq polimerase.
A alternativa B está correta.
As DNA-polimerases são incapazes de reconhecer o local de início de replicação, sendo função das
primases a colocação dos primeiros nucleotídeos. Assim, precisamos usar iniciadores que se anelarão por
complementariedade específica à sequência-alvo desejada. O anelamento dos oligonucleotídeos permite o
reconhecimento pela polimerase, que sintetizará a fita dupla a partir do molde.
Questão 2
A PCR convencional contém diversas etapas, desde pipetagem da reação até sua leitura. Considerando as
etapas, leia as afirmativas a seguir e assinale a alternativa correta: 
I - A temperatura de desnaturação deve ser alta o suficiente para separar as fitas duplas de DNA em fitas
simples.
II - A Taq polimerase é termorresistente e sua temperatura ótima de síntese de DNA é próxima a 70ºC.
III - Logo após a amplificação, podemos facilmente visualizar o resultado, pois se trata de reação
colorimétrica.
IV - Para identificarmos se nossa sequência-alvo foi amplificada, devemos separar as moléculas de acordo
com o tamanho, através de eletroforese em gel de agarose, e depois revelar, usando intercalantes de DNA
fluorescentes em ultravioleta.
V - A eletroforese usa a carga negativa do DNA para fazê-lo migrar através do gel em direção ao cátodo,
quando submetido à corrente elétrica.
A
Somente a afirmativa II está correta.
B
Somente as afirmativas I, II e III estão corretas.
C
Somente as afirmativas II, III, IV e V estão corretas.
D
Somente as afirmativas I, IV e V estão corretas.
E
Somente as afirmativas I, II, IV e V estão corretas.
A alternativa E está correta.
Na PCR, ocorre o aumento exponencial do número de fitas duplas de DNA correspondentes à sequência-
alvo. No entanto, esse aumento é invisível a olho nu e precisa ser revelado.
2. Variações entre cada técnica de PCR
Variações da técnica de PCR
Existem situações em que a PCR qualitativa e convencional pode não ser a técnica ideal para o nosso objetivo.
Podemos nos deparar com casos em que a concentração do DNA total da amostra é muito baixa, o que pode
limitar o uso do produto amplificado em outras aplicações, como o sequenciamento. Em determinadas
ocasiões, queremos saber o quanto de determinada sequência temos em nossas amostras. Em outras
situações, podemos estar interessadosno produto da expressão de um determinado gene, e precisamos olhar
para o RNA mensageiro ao invés do DNA, já que os níveis de DNA de uma célula são mantidos constantes,
salvo raras exceções.
Dica
Como você pode ver, existem diversos outros interesses, e uma PCR convencional dará apenas a base
para que variações mais complexas, específicas e úteis sejam desenvolvidas, validadas e usadas. 
Reação de transcrição reversa
Como já sabemos, a DNA polimerase é capaz de sintetizar uma nova fita de DNA a partir de uma fita de DNA
molde. Afinal, ela é uma DNA polimerase DNA-dependente. Mas, em muitas ocasiões, é necessário investigar
a expressão de um gene, ou até mesmo diagnosticar doenças causadas por vírus que não têm material
genético feito por DNA. Nesses casos, a molécula a ser detectada e quantificada indiretamente é o RNA. A
Taq polimerase, no entanto, não é capaz de reconhecer ou de adicionar nucleotídeos a riboses; ela só trabalha
com desoxirriboses.
Como conseguimos resolver esse problema?
Pelos organismos que conseguem sintetizar DNA a partir de RNA!
Assim como o SARS-CoV2, coronavírus causador da covid-19, existem outros vírus de genoma RNA. Os
primeiros vírus a serem estudados pela humanidade foram os de genoma RNA chamados de retrovírus. Esses
vírus têm algo de especial: a capacidade de inverter a ordem DNA → RNA → proteína do dogma central da
Biologia Molecular, usando uma enzima para sintetizar um DNA complementar (cDNA) ao seu genoma RNA.
Isso mesmo, os retrovírus usam o RNA de seu genoma como molde para síntese de DNA.
Os retrovírus possuem uma enzima capaz de sintetizar DNA a partir de RNA, cujo nome oficial é DNA
polimerase RNA-dependente. Corriqueiramente, ela é chamada de transcriptase reversa, ou TR, pois faz o
reverso da transcrição: sintetiza DNA a partir do RNA. Uma vez que os pesquisadores conseguiram isolar a TR,
ela passou a ser usada para reações in vitro. Na maioria dos casos, é usada uma TR purificada a partir de vírus
aviários, de forma que as TR não representam nenhum risco de infecção ao manipulador e são seguras para
diagnóstico e pesquisa.
Assim como uma reação pela polimerase, a reação de transcrição reversa (RT - usada daqui em diante para
designar a reação em si) precisa de alguns fatores elementares. O primeiro fator necessário é o RNA de
polaridade positiva (RNA+) de qualidade, o que requer muito cuidado na manipulação e extração do material.
Esse RNA é assim chamado por possuir o mesmo sentido de transcrição e tradução que um RNA mensageiro
(mRNA), mas expande o entendimento para vírus que nem sempre tem seu RNA+ diretamente traduzido na
célula, como os próprios retrovírus. Além do RNA+, a RT também precisará da enzima transcriptase reversa
para fazer a síntese de cDNA a partir do RNA+.
Assim como as primeiras DNA-polimerases usadas na PCR mais rudimentar, a TR não é resistente à
temperatura. Dessa forma, a reação de transcrição reversa deve preceder a PCR, pois a TR é inativada pelas
temperaturas de desnaturação. Da junção de reação de transcrição reversa (RT) seguida por PCR, vem o
termo RT-PCR. A TR precisará de pequenos oligonucleotídeos, menores ainda que os usados em uma PCR
convencional, para iniciar a transcrição.
Esses oligonucleotídeos têm, em média, apenas 6 bases e, por isso, são chamados de hexâmeros. Eles podem
ser específicos para determinada sequência de RNA, ou podem ser uma sequência curta rica em timinas (poli-
T), que se anelará à cauda poli-A do mRNA, ou podem ser aleatorizados, sendo este último o mais usado por
permitir a síntese e o armazenamento do cDNA derivado de diversas sequências diferentes.
Primeiro caso
Sintetizamos apenas cDNAs correspondentes ao RNA (mensageiros ou não) ao qual os hexâmeros se
anelam.
Segundo caso
Podemos criar cDNA complementares a todos os mRNA da célula, o que constitui uma biblioteca de
expressão gênica.
Terceiro caso
Com uso de iniciadores aleatorizados, criamos uma biblioteca de cDNA correspondente a todos os
RNAs da célula, mensageiros ou não. Similar à PCR, uma vez que os oligonucleotídeos se ligam à fita
de RNA+, a TR começa a sintetizar uma fita de cDNA complementar usando o quarto reagente, os
desoxirribonucleotídeos trifosfatados (dNTPs).
Ao contrário da PCR, que contém ciclos que se repetem várias vezes para a amplificação de determinada
sequência, a RT é linear: cada etapa acontece apenas uma vez, o que não permite amplificação de sinal.
Primeiro, a reação começa com o anelamento dos hexâmeros ao RNA+ por poucos minutos. Na maioria dos
casos, não há necessidade de temperaturas altas de desnaturação, pois o RNA+ já é uma fita simples.
Contudo, podem ocorrer estruturas secundárias no RNA que precisam de temperaturas moderadas para
desnaturação.
Veja na imagem a desnaturação de eventuais estruturas secundárias do RNA, seguido por anelamento dos
hexâmeros iniciadores à sequência-alvo por complementariedade, e síntese de cDNA pela transcriptase
reversa.
Ilustração das etapas da reação de transcrição reversa (RT).
Em seguida, o tubo será aquecido ou resfriado até a temperatura de extensão pela TR. Diferentemente da PCR
convencional, a RT possui diversas TR de origens diferentes que podem ser usadas. Assim, os protocolos
variam entre diferentes marcas de enzimas. Em alguns casos, a RT pode ter apenas essas duas temperaturas,
de anelamento e extensão, de 25 e 37ºC, respectivamente. O cDNA produzido pode ser armazenado por
meses a anos em geladeira (4ºC) ou freezer (-20ºC), ou usado imediatamente como molde em uma PCR – a
chamada RT-PCR.
Resumo esquemático dos reagentes necessários, das etapas e da amplificação do
cDNA em uma RT-PCR.
Nested-PCR
A PCR convencional é muito útil, mas, às vezes, não consegue amplificar determinada sequência que esteja
presente em pouquíssima quantidade. Quando há dificuldade em se amplificar o DNA alvo na PCR
convencional, o gel de agarose pode não ter capacidade suficiente para evidenciar o amplicon. Nós
chamamos essa capacidade de o resultado representar a realidade de sensibilidade.
A sensibilidade da PCR reflete a capacidade de detecção do sinal do DNA-alvo, em amostras que possuem o
DNA-alvo na realidade. Normalmente, a PCR tem ótima sensibilidade por aumentar exponencialmente a
sequência-alvo. No entanto, em alguns casos, a sensibilidade da PCR convencional pode não ser suficiente,
pois existe uma saturação da reação por volta do 35º ciclo: atingimos um platô em que não há aumento do
número de fitas devido ao esgotamento dos reagentes. Então, ter mais de 40 ciclos em uma PCR não
oferecerá nenhum benefício, porém, pode aumentar as chances de produtos inespecíficos que atrapalharão a
interpretação.
Observe no gráfico que a quantidade de DNA, detectada por fluorescência, aumenta exponencialmente até
chegar a um platô, em que não há mais aumento significativo de DNA a cada ciclo.
Gráfico representativo das qPCR.
A solução para PCR com baixa sensibilidade é relativamente simples: usar uma fração da primeira reação
como molde para uma segunda PCR, em uma técnica conhecida como nested-PCR (ou PCR aninhada). Para
isso, utilizamos dois pares de iniciadores, sendo o par de primers para a primeira reação, chamado de
iniciadores externos, e os primers usados na segunda PCR, conhecidos como internos.
Dessa maneira, a segunda PCR sempre gera um produto menor que a primeira reação, e conseguimos
aumentar o número de ciclos de amplificação de, no máximo, 40 (na PCR convencional) para entre 60 e 80
ciclos no total de ciclos combinados nas duas reações subsequentes. Consequentemente, aumentamos a
quantidade de DNA amplificado obtido ao final da segunda PCR. Caso seja utilizada corretamente, a adição de
etapa nested pode melhorar muito a sensibilidade e a especificidade da PCR.
Para isso, são necessários alguns cuidados especiais. O primeiro deles está no desenho da reação, que deve
ser pensada como um conjunto. A primeira PCR deve possuir oligonucleotídeos que, ao se anelarem a
determinada região, permitam que a polimerase produza um amplicon longo eespecífico o suficiente para ser
usado como DNA-molde na segunda reação.
Saiba mais
Caso desejemos amplificar sequências altamente repetitivas, precisaremos levar em consideração uma
primeira PCR cujo amplicon contenha regiões específicas ao redor das repetições, para que haja uma
boa reação secundária. Isso porque, essa última precisa de iniciadores que se anelem especificamente à
região que foi amplificada anteriormente. 
Contudo, devemos evitar o uso dos mesmos oligonucleotídeos da primeira reação, já que podem reduzir a
eficácia da segunda reação, além de gerar produtos inespecíficos. Outro cuidado recomendável para a
segunda reação é a purificação do produto da primeira reação antes de utilizá-lo na segunda, o que evita
contaminações entre amostras, reduz o risco de inespecificidade e aumenta a eficácia da segunda PCR. Note
o uso de iniciadores externos na primeira reação, amplificando um produto que será usado como molde de
amplificação na segunda reação, que usa iniciadores internos.
Representação esquemática de uma nested-PCR.
PCR quantitativo em tempo real – qPCR
Até agora, todas as técnicas que discutimos precisam da eletroforese em gel de agarose para separação dos
produtos da PCR e posterior revelação das bandas através de agentes intercalantes do DNA que emitem
fluorescência; por exemplo, o brometo de etídio, quando submetido à luz ultravioleta. Esses tipos de PCR são
categorizados como qualitativos e podem ser muito úteis, especialmente, quando o DNA amplificado for
utilizado em outra técnica subsequente. Entretanto, existem situações em que a PCR qualitativa se torna
pouco informativa.
Exemplo
Quando queremos determinar se um tratamento está surtindo efeito na redução de um marcador
genético específico. Nesse caso, a PCR convencional e suas variações vistas até agora não informam o
suficiente para tomada de decisões. Precisamos, assim, de técnicas que revelem a quantidade de certa
sequência específica de DNA com o máximo de precisão possível. Entra em cena a PCR quantitativa -
também conhecida como PCR em tempo real - (qPCR). 
A qPCR tem a capacidade de quantificação da sequência-alvo e de leitura em tempo real dos resultados, sem
necessidade de revelação posterior. Isso porque, ela possui dois fatores adicionais a uma PCR qualitativa: a
adição de fluoróforos à própria reação e o uso de um termociclador capaz de detectar o sinal fluorescente.
Dessa forma, a cada novo ciclo de desnaturação-anelamento-amplificação, ocorre aumento da quantidade de
DNA-alvo e da emissão de fluorescência proporcional à quantidade de DNA sendo sintetizada naquele ciclo.
Para que a fluorescência seja detectada, a qPCR exige a utilização de termocicladores que contenham lasers
para excitação do fluoróforo e detectores da fluorescência. Esse aparelho é mais sofisticado, mais caro e mais
complexo do que um termociclador convencional, porém seus resultados podem ser igualmente mais
informativos e precisos. Outra diferença da qPCR é que, em alguns casos, podemos ter uma temperatura
única para anelamento e extensão: todas as duas acontecem a 60 oC.
Exemplo dos ciclos de temperatura usados em SYBR qPCR contendo a fase de
amplificação e a fase de curva de dissociação.
Existem duas técnicas de qPCR largamente usadas: SYBR Green e TaqMan. Elas diferem especialmente na 
forma como a fluorescência é emitida e na especificidade do sinal fluorescente. As formas de quantificação
são, por outro lado, semelhantes. Vamos explorar as duas em mais detalhes? Vejamos!
SYBR Green
O SYBR é fluoróforo que, como o brometo de etídio, é capaz de intercalar em fitas duplas de DNA. Quando
está associado ao DNA, o SYBR pode ser excitado em comprimento de onda azul, e então emite fluorescência
verde. Quando não está ligado ao DNA fita dupla, o SYBR tem sua fluorescência drasticamente reduzida. Por
sua capacidade de fluorescer quando ligado ao DNA fita dupla, ele também é usado como um sistema
alternativo na revelação da PCR convencional em gel de agarose, já que é menos tóxico que o brometo de
etídio.
Quando adicionado à qPCR, o SYBR emitirá o máximo de fluorescência na fase de extensão, pois esse é o
momento em que há maior número de bases pareadas em fitas duplas. O aparelho termociclador irá incidir um
laser, excitando o SYBR a emitir fluorescência verde. Essa fluorescência será detectada pelo aparelho, que
mostrará a quantidade de fluorescência por ciclo. A cada novo ciclo, maior será a fluorescência emitida, pois
maior será a quantidade de DNA fita dupla sendo sintetizada.
Desse modo, a progressão de fluorescência será proporcional à quantidade de DNA amplificado a cada ciclo,
até que a reação atinja sua saturação, e um platô após a curva de crescimento exponencial será observado.
Repare que, quando não está ligado ao DNA dupla fita, devido à sua desnaturação, o SYBR não emite
fluorescência. Ao ligar-se à fita dupla de DNA, durante a sua extensão, a fluorescência é emitida.
Esquema ilustrando a teoria por trás da fluorescência do SYBR.
É importante considerarmos que essa interação entre o SYBR e a fita dupla de DNA não é controlada:
O SYBR irá se intercalar com qualquer fita dupla de DNA. Isso faz com que a emissão de
fluorescência seja menos específica: como em uma reação convencional, apenas os
oligonucleotídeos iniciadores são responsáveis pela especificidade. Assim, outras formas de
controle da reação foram criadas para garantirmos que o sinal fluorescente usado na quantificação
corresponda apenas ao produto desejado.
Portanto, adicionamos um passo a mais a qPCR: a curva de dissociação (melting curve). Nessa etapa, o
termociclador aquecerá a PCR lentamente, para medir em qual temperatura 50% das fitas duplas de DNA
sintetizadas se dissociam. Essa dissociação será medida, mais uma vez, através da fluorescência pelo SYBR.
Essa temperatura dependerá de dois fatores principais: o conteúdo CG e o tamanho da sequência.
Por isso, reações de SYBR tem amplicons com tamanho limitado em cerca de 100 nucleotídeos em média. Em
uma curva de dissociação boa e específica, todas as moléculas amplificadas irão se dissociar na mesma
temperatura e, assim, só um pico é observado no gráfico. Em uma qPCR por SYBR sem especificidade, mais
de um pico será visto na curva de dissociação, e a reação precisará ser ajustada. Esse é um importante nível
de controle de qualidade da reação que não deverá ser ignorado.
A existência de um único pico (a 76,49 °C) indica que há apenas um produto amplificado, o que confirma a
especificidade da qPCR. Observe:
Exemplo de resultado de uma curva de dissociação dos produtos de uma qPCR por
SYBR Green.
Quantificação absoluta por SYBR
Confira mais detalhes sobre PCR em tempo real pela metodologia SYBR para fazer uma curva de quantificação
absoluta.
Conteúdo interativo
Acesse a versão digital para assistir ao vídeo.
TaqMan
Outra forma bastante comum de qPCR, cujo nome vem da referência ao jogo de videogame dos anos 1980,
PacMan. Assim como na técnica SYBR, a quantificação em tempo real na TaqMan ocorre através da emissão e
detecção de fluorescência a cada ciclo de amplificação. Entretanto, a TaqMan difere do SYBR na forma como
a emissão da fluorescência acontece: Além de todos os reagentes que uma PCR convencional possui, temos a
presença de uma sequência extra, complementar à região interna dos iniciadores. Essa sequência extra é
conhecida como sonda e é curta, com tamanho aproximadamente igual ao dos oligonucleotídeos iniciadores,
e possui temperatura de anelamento pouco superior à deles. A sonda contém uma molécula fluorescente na
extremidade 5’, e outra molécula na extremidade 3’, que bloqueia a emissão de fluorescência.
A existência de uma sonda que se anela à região alvo a ser amplificada não representa muito, se a molécula
fluorescente não for liberada de seu bloqueador. Para isso, a enzima Taq polimerase usada na TaqMan é
diferente das outras Taq polimerases. Ela adiciona nucleotídeos (polimerização), como as demais polimerases,
e remove nucleotídeos (função exonuclease).A remoção de nucleotídeos é fundamental para a detecção da fluorescência, pois, quando a enzima chega ao
nucleotídeo da sonda que contém o fluoróforo e o remove da sequência, o fluoróforo estará livre de seu
bloqueador e poderá emitir fluorescência detectável. A cada novo ciclo da PCR, as fitas duplas serão 
desnaturadas, os iniciadores e a sonda se anelarão, e a TaqMan polimerase fará síntese do DNA. Com
remoção dos nucleotídeos da sonda, o fluoróforo nela contida é liberado para emitir fluorescência
proporcional a cada nova sequência-alvo sintetizada.
Repare na ilustração que a sonda anelada entre os dois iniciadores é clivada pela TaqMan polimerase durante
a extensão do DNA, permitindo a emissão de fluorescência.
Representação esquemática da qPCR pelo método de TaqMan.
A TaqMan apresenta uma vantagem extra para especificidade da reação: o anelamento da sonda é específico
para a região alvo a ser amplificada. A especificidade dada pela sonda é tamanha que diferenças de apenas
um nucleotídeo podem ser detectadas – essas mutações são conhecidas como single nucleotide
polymorphism (SNP).
Assim sendo, a TaqMan dispensa técnica complementar para avaliação da especificidade, como a curva de
dissociação, o que a faz mais rápida do que a técnica de SYBR. Entretanto, as sondas tornam a reação mais
cara. Outra vantagem que a TaqMan traz em relação ao SYBR é a capacidade de múltiplas detecções na
mesma reação com maior precisão e confiabilidade. Veremos mais detalhes à frente.
Tanto a técnica de SYBR quanto a TaqMan são capazes de quantificar o DNA ou cDNA. A técnica como a
quantificação é obtida varia, mas a maioria das análises posteriores podem ser usadas igualmente – uma vez
que resultados confiáveis tenham sido obtidos através de rigoroso controle de qualidade.
Quantificação
Na qPCR, cada ciclo desnaturação-anelamento-extensão produzirá fluorescência, que será detectada pelo
aparelho.
Configuração do aparelho
Deve-se ajustar o programa do aparelho para que ele saiba qual laser e quais filtros usar para a
excitação de cada fluoróforo e em qual espectro da emissão ele deverá buscar o sinal para detecção.
Isto é, você é o responsável em dizer ao aparelho o que ele deve fazer.
Detecção de ruído
Deve-se ajustar o aparelho para que ele determine, nos ciclos iniciais de amplificação, qual é o nível
em que o sinal obtido é superior ao sinal de ruído. Como a qPCR utiliza fluoróforos para a
quantificação, por vezes existe um “vazamento” de fluorescência no início da reação que não está
relacionada com a amplificação da sequência-alvo em si.
Definição do limiar
Esse sinal inespecífico, geralmente, obtido nos primeiros ciclos, chamamos de sinal de ruído
(background). O ruído vai ser utilizado para determinar o limiar de detecção (threshold).
O primeiro ciclo em que a fluorescência de determinada amostra ultrapassa o limiar de detecção acima do
ruído (ou da fluorescência de base) é chamado de valor de Ct. Esse valor é importante por estar diretamente
relacionado à quantidade inicial de DNA-alvo da amostra amplificada. A relação entre concentração inicial de
DNA-alvo na amostra e Ct é inversamente proporcional, o que significa que, quanto menor for o Ct de uma
amostra, maior a quantidade de DNA que ela originalmente continha.
Outros dois parâmetros usados pelo aparelho para ajustar (ou normalizar) a reação internamente são
a ROX, um fluoróforo passivo (cuja fluorescência não aumenta de acordo com a amplificação do
DNA) usado como referência, e o Rn, que representa um ajuste (ou normalização) entre o sinal do
fluoróforo de escolha (SYBR ou da sonda TaqMan) e a referência ROX. A maioria dos reagentes para
qPCR já possuem ROX adicionados ao tampão, cabendo a nós apenas a observação para eventual
detecção de anomalias que podem invalidar a reação. Mais uma vez, a qPCR tem que manter
padrões rígidos de controle de qualidade para que diferenças mínimas na quantidade sejam
confiáveis.
Com todos esses fatores ajustados corretamente, os aparelhos mais modernos detectarão o sinal emitido a
cada ciclo e darão, em tempo real, o resultado na tela do computador ao qual ele precisa estar ligado para
funcionar, em um gráfico chamado de curva de amplificação.
Veja o exemplo de gráfico de amplificação para o gene Suc2 da Saccharomyces cerevisae. Note a reta
paralela ao eixo x (horizontal), que representa o valor de limiar de detecção / quantificação. Abaixo dela,
temos o ruído da reação. As curvas amarelas e vermelhas representam a quantificação das amostras e, como
você pode observar, existem 4 amostras em duplicata; a com maior quantidade de DNA é a mais à esquerda
no gráfico, com menor Ct.
Você consegue dizer qual é o Ct da amostra mais concentrada?
Gráfico de amplificação.
Existem duas formas de se quantificar o produto amplificado: pela curva padrão e por quantificação relativa,
ou método de delta-delta-CT (ou ΔΔCt). 
Pela curva padrão
Em muitos casos, a quantificação absoluta do DNA alvo na amostra é necessária. Para isso, devemos ter em
mãos uma curva padrão, com concentrações conhecidas do DNA alvo. Essa curva pode ser comprada de
laboratórios especializados em sua fabricação ou produzida por nós mesmos, através de clonagens e
purificação. A partir da concentração mais alta, faremos uma diluição seriada. Para isso, colocamos uma
fração da solução de maior concentração em um tubo contendo apenas água, e depois deste tubo para outro
com apenas água, e assim sucessivamente até termos pelo menos 5 pontos de curva.
Diluição seriada usando a escala em mililitro (mL) como exemplo, porém para a
nossa metodologia é utilizada a escala em microlitro (µL).
Em seguida, informamos ao aparelho em quais posições cada concentração da curva está, de forma que o
próprio computador calcule os parâmetros de qualidade da curva. Com esses valores, o computador calcula a
quantidade de DNA existente nas nossas amostras de concentração desconhecida. Alguns dos principais
valores dados pela curva padrão que usamos para determinar a concentração da amostra-teste são a 
linearidade da curva e a eficiência de amplificação.
Repare na imagem a seguir que existem 5 quantidades diferentes da curva padrão (em vermelho), obtidas
pela diluição seriada, e três amostras desconhecidas (em azul) cuja quantidade de DNA foi calculada a partir
de seus Cts e com base na linearidade da curva padrão.
Exemplo de curva padrão para quantificação absoluta do DNA.
Linearidade da curva
Matematicamente conhecida como R2, deve ser
superior a 0.985 para que a reação seja
aceitável, e a quantificação de sua amostra-
teste seja calculada com máximo de precisão.
Usando fórmulas de linearidade, calculamos o
valor preciso de DNA-alvo na amostra antes da
amplificação começar, baseado no Ct de cada
uma.
Eficiência de amplificação
Com ela, a cada ciclo, espera-se que a
quantidade de DNA-alvo amplificado dobre, o
que significaria uma eficiência de 100% da
reação. Porém, devido a pequenos erros,
podemos considerar aceitáveis eficiências que
variem entre 90 e 110%. Esses parâmetros
serão mais robustos com uso de replicatas
(repetições da mesma reação em poços
diferentes.).
Por quantificação relativa, ou método de delta-delta-CT (ou ΔΔCt)
Nesse método, você precisará quantificar dois DNA-alvos diferentes: o DNA de interesse, cuja quantidade é
desconhecida na amostra, e o DNA de referência. A determinação da quantidade de um DNA-alvo de
interesse é feita a partir da subtração (ou seja, o delta) do Ct (ciclo em que a amostra ultrapassou o limiar)
pelo Ct do outro DNA quantificado na amostra, o de referência. Isso porque, a quantidade do gene de
interesse pode variar de acordo com diversos fatores biológicos, mas também pode ser devido à quantidade
de material usado na extração.
Nesse caso, o ideal é fazer uma normalização pela quantidade de cDNA total e, para isso, usamos um cDNA
de referência, que, geralmente, é um gene constitutivo expresso em níveis estáveis nas células. O segundo
delta, ou a segunda subtração, é feita entre a diferença da primeira subtraçãona amostra-teste e uma
amostra controle, usada como calibradora. A amostra calibradora também precisará ter passado pela primeira
subtração; ou seja, também terá sido normalizada. Dessa forma, temos:
Essas subtrações são possíveis apenas quando as curvas de quantificação dos dois DNAs-alvo têm eficiência
entre 90-110%, e não devem diferir em mais de 10% entre si. Por isso, curvas-padrão iniciais para cada gene
devem ser construídas para se verificar as eficiências da reação, antes de procedermos para a técnica de
quantificação relativa.
Se quisermos comparar a expressão de dois genes entre uma amostra e um calibrador, usamos um método
especial. Você consegue identificar qual? A pista mais importante é: você está investigando a expressão
gênica, e não a existência do gene em si. Portanto, você não está olhando diretamente o genoma, mas um
produto dele. Qual produto do DNA podemos detectar via PCR?
Atenção
Se você respondeu RNA, acertou! Nesse caso, o nome correto e completo da técnica utilizada é RT-
qPCR: uma reação de transcrição reversa acoplada a uma reação em cadeia da polimerase quantitativa. 
PCR em multiplex
Até agora, falamos sobre detectar apenas um DNA-alvo por reação, seja de PCR convencional, nested-PCR,
RT-PCR ou qPCR. Contudo, podemos detectar mais de um alvo por reação. Precisaremos ajustar as reações
separadamente, utilizando pares de oligonucleotídeos iniciadores específicos para cada produto desejado, e
depois fundir as duas PCRs em uma. Esse tipo de PCR em que mais de um produto alvo é identificado
chamamos de multiplex – múltiplos produtos são detectados, e até quantificados.
Em uma PCR convencional, vamos utilizar todos os reagentes que já conversamos e, é claro, os quatro (ou
mais) oligonucleotídeos necessários, sendo cada par correspondente à sua sequência-alvo. O mais
importante para fazermos um multiplex em uma PCR convencional é que os amplicons tenham tamanhos
distintos o suficiente para serem separados pelo gel de agarose, a fim de que os sinais de ultravioleta não
sejam confundidos. Normalmente, os produtos menores de 1000 pares de base (pb) devem ter mais de 200
pb de diferença. Para produtos maiores de 1000 pb, a diferença entre os produtos também deve ser maior.
Lembre-se de que você deverá levar em consideração o tamanho do maior produto para o tempo de
extensão. Outro fator ao qual você deverá estar atento é a temperatura de anelamento dos múltiplos
pares de iniciadores, que devem ter temperaturas o mais próximas possível.
Em uma qPCR-TaqMan, a amplificação e quantificação de diferentes sequências na mesma reação é possível
ao utilizarmos duas (ou mais) sondas distintas, cada uma capaz de hibridizar especificamente a sua
sequência-alvo, e ambas marcadas com fluoróforos que se excitem e emitam fluorescência em comprimentos
de onda diferentes.
Você poderá usar um fluoróforo que seja excitado no comprimento de onda azul e emita fluorescência no
espectro verde, e outro fluoróforo que seja excitado e floresça no comprimento vermelho, e assim por diante.
Por outro lado, reações multiplex quantitativas usando o sistema SYBR são mais difíceis. Isso porque a
emissão de fluorescência pelo SYBR é inespecífica e ocorre sempre que o fluoróforo intercala com fitas duplas
do DNA. Assim, a reação multiplex fica limitada e, muitas vezes, não é possível distinguirmos entre os sinais
dos diferentes produtos.
Em alguns casos, entretanto, a distinção é possível graças à curva de dissociação. Isso ocorre quando os
produtos distintos têm sequências diferentes o suficiente para terem temperaturas de dissociação de 50%.
Então, observamos dois picos na curva de dissociação, em temperaturas diferentes. No entanto, sequências
distintas sem diferença suficiente em seus conteúdos CG não poderão ser multiplexadas, pois não veremos
diferenças em suas curvas de dissociação.
Vem que eu te explico!
Os vídeos a seguir abordam os assuntos mais relevantes do conteúdo que você acabou de estudar.
Conhecendo nested-PCR
Conteúdo interativo
Acesse a versão digital para assistir ao vídeo.
O que é e qual função de uma sonda TaqMan?
Conteúdo interativo
Acesse a versão digital para assistir ao vídeo.
O que é valor de Ct (cycle threshold)?
Conteúdo interativo
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Verificando o aprendizado
Questão 1
A PCR possui diversas aplicações, sejam elas práticas ou na pesquisa. A respeito da aplicação da PCR e de
suas variações, é correto afirmar que
A
na nested-PCR, fazemos duas reações em um único tubo, amplificando regiões diferentes que geram
produtos de tamanhos distintos.
B
o SYBR é um fluoróforo presente em PCR multiplex que dá maior estabilidade à reação.
C
na RT-PCR, ocorrem duas reações subsequentes: uma de síntese de cDNA a partir de RNA, e outra de
amplificação da sequência-alvo presente no cDNA.
D
uma PCR multiplex consiste em utilizar duas reações subsequentes, sendo que o produto amplificado da
primeira serve como molde para amplificação na segunda.
E
a reação de transcrição reversa utiliza uma polimerase especial, capaz de sintetizar RNA a partir de DNA.
A alternativa C está correta.
A Taq polimerase usada para amplificação de DNA não é capaz de reconhecer e polimerizar RNA. Quando
queremos analisar RNAm, precisamos que o cDNA seja sintetizado pela DNA-polimerase RT dependente,
ou transcriptase reversa. Então, usamos o cDNA sintetizado como molde em uma PCR.
Questão 2
Existem diferentes técnicas de PCR com aplicações variadas. Considerando isso, leia as afirmativas abaixo e,
em seguida, assinale a alternativa correta. 
I – Podemos usar PCR convencional para amplificar um gene e cloná-lo em um vetor, e modificarmos
geneticamente um organismo simples.
II – Pelo uso de diferentes sondas marcadas com sinais diferentes, a qPCR TaqMan pode ser usada na
identificação e quantificação de mutações em diferentes alelos.
III – As técnicas moleculares são de pouca importância na rotina clínica, pois são demoradas e de aplicações
muito restritas.
IV – O tamanho de STRs é relevante no diagnóstico de doenças genéticas.
 
A
Somente as afirmativas I, II e IV estão corretas.
B
Somente as afirmativas I e IV estão corretas.
C
Somente as afirmativas III e IV estão corretas.
D
Somente as afirmativas I e II estão corretas.
E
Somente as afirmativas I, III e IV estão corretas.
A alternativa A está correta.
A PCR convencional pode ser utilizada para clonar um gene através de um vetor, como plasmídeo. Na
qPCR-TaqMan, as sondas auxiliam na quantificação de mutações de alelos diferentes. O tamanho e
conteúdo das STRs oferecem grande precisão na identificação de indivíduos. As técnicas moleculares,
como a PCR e as suas variações, têm ganhado muito espaço na rotina clínica. Há situações em que o
diagnóstico por amplificação de ácidos nucleicos é o padrão-ouro e, às vezes, é a única opção. Suas
aplicações vão de diagnóstico de doenças genéticas e infecciosas ao acompanhamento da evolução e
tratamento de cânceres e infecções crônicas, assim como determinação de riscos genéticos e
aconselhamentos.
3. Aplicações apropriadas ao uso de cada método
Aplicações da PCR
Até agora, vimos os reagentes necessários à amplificação exponencial de uma sequência específica de DNA
até termos milhões e bilhões de cópias da mesma exata sequência, ou amplicon, que pode ser visualizada a
partir de técnicas especiais. Também vimos algumas variações da PCR que a tornam ainda mais relevante e
útil em diversos contextos.
Mas, afinal, para que precisamos de tantas sequências idênticas? Quais são as aplicações disso? Para ilustrar
melhor o quão útil a PCR é, veremos alguns exemplos a seguir.
A PCR e as suas variantes em ciências forenses
A primeira, e talvez uma das mais famosas para o grande público, é a aplicação forense. Você já deve ter
entrado em contato com a identificação de um criminoso a partir do seu DNA deixado na cena do crime, seja
por ter assistido a alguma série policial, seja por ter lido alguma reportagem da vida real. Isso só é possívelporque cada ser humano possui um genoma completamente único, exceto de gêmeos idênticos.
Em nosso genoma, temos regiões especiais nas quais um cientista forense pode olhar para confirmar a origem
do DNA. Denominadas marcadores moleculares, elas são conhecidas pela alta frequência de polimorfismos
genéticos – regiões com grande variação na sequência de DNA entre indivíduos sem causar nenhum tipo de
interferência funcional, pois são mais frequentes em regiões não codificantes.
Um dos principais marcadores moleculares utilizados em análises forenses são as repetições curtas em
tandem (ou STRs – short tandem repeats).
As STRs variam em tamanho e em conteúdo entre as pessoas e oferecem grande precisão na
identificação de indivíduos se a detecção de várias STRs for usada em conjunto.
As regiões de interesse são amplificadas por PCR e, em seguida, o perfil genético pode ser visualizado por
separação das bandas em gel de agarose e coloração por brometo de etídio.
Existem casos em que é necessário aumentar o material genético a ser usado para, assim, aumentarmos o
sinal durante a revelação. Nesse caso, o perito pode optar pelo uso de uma nested-PCR, lembrando que os 
primers externos e interno precisam de regiões não repetidas para se anelarem. Um cientista forense, além de
fazer a extração do DNA e sua amplificação por PCR, fará a identificação de indivíduos através do seu perfil
genético.
Ilustração de um gel de agarose mostrando múltiplas bandas e representando os
marcadores moleculares.
A PCR e as variações usadas no diagnóstico de doenças genéticas
Existe uma gama de aplicações de PCR e suas variações na Medicina, de prevenção ao diagnóstico,
acompanhamento e prognóstico, ou evolução, de doenças. Ao amplificarmos certas regiões do DNA, podemos
identificar a presença ou ausência de sequências que deveriam ou não existir em determinado contexto. Seu
uso pode auxiliar, ou até mesmo determinar, o diagnóstico de diversas doenças que variam desde genéticas a
infecciosas. As doenças genéticas podem ser muito complexas em sua apresentação e possuir diferentes
perfis – autossômico dominante ou recessivo, ligado ao cromossomo X, multifatoriais e multigênicas. O uso da
PCR no diagnóstico dessas doenças pode ser feito de diversas maneiras, dependendo de qual é a doença e
de seu perfil genético.
O PCR multiplex pode ser utilizado para
verificar qual alelo está sendo expresso, dentre
dois alelos distintos, em uma mesma reação e
assim ajudar no reconhecimento de pequenas
mutações que levariam ao desenvolvimento de
uma doença genética. Mas temos outras
aplicações, usando PCR convencional.
Vamos usar a doença de Huntington como
exemplo. Nessa doença genética autossômica
dominante, ocorre um excesso de repetição de
três nucleotídeos (CAG) do DNA que codifica
uma proteína chamada Huntingtina. Esse excesso leva a uma doença neurodegenerativa sem cura que causa
perdas motoras, cognitivas e psiquiátricas ainda na idade adulta, apesar de poder aparecer em forma juvenil
também. A PCR torna-se uma importante ferramenta diagnóstica, pois, ao amplificar sequências próximas da
região de repetição, pode nos dizer seu tamanho e, assim, informar o risco e até o prognóstico da doença em
si.
Em um gene saudável, é normal ter cerca de 20 repetições (CAG); em pessoas portadoras de Huntington, o
número de repetições aumenta para 35 ou mais. De modo geral, quanto maior o número de repetições, maior
o risco de aparecimento e de progressão da doença. Essa gradação de fenótipo – no caso da doença de
Huntington, de sintomas – é algo conhecido em genética como penetrância.
Atenção
Lembre-se de que, para regiões repetitivas, é necessário usar iniciadores que se anelem próximo a STRs,
mas não nas STRs em si, pois isso geraria inespecificidade e muitas bandas em um gel de agarose. 
A PCR e as variações usadas no diagnóstico de doenças infecciosas
Outro exemplo diagnóstico que você já pode ter ouvido falar é o uso da PCR para diagnóstico de doenças
infecciosas. Ao utilizar a técnica para amplificar o DNA (ou RNA) de algum agente infeccioso, podemos
diagnosticar uma infecção, já que o material genético de tal agente não deveria estar presente naquela
amostra biológica. Sua simples presença pode indicar o agente etiológico e, assim, descobrir a causa da
doença.
A PCR é especialmente útil no diagnóstico de organismos fastidiosos, que não crescem bem em cultivo, como
o Mycobacterium tuberculosis, por possuir alta sensibilidade e especificidade. Em outros casos, a presença do
material genético de determinado microrganismo não é suficiente para seu diagnóstico como agente causador
da doença, e testes complementares a PCR podem ser necessários, assim como técnicas de PCR mais
elaboradas que darão maiores informações.
Temos, como exemplo, o diagnóstico molecular da covid-19. O SARS-CoV2 (severe acute respiratory
syndrome coronavirus 2), assim como os demais coronavírus, tem RNA fita simples como material genético.
Dessa forma, usamos a transcrição reversa para sintetizarmos um cDNA viral, e o utilizamos em qPCR – ou
seja, fazemos uma RT-qPCR.
Esse é considerado o melhor teste, ou padrão-ouro, para a identificação de casos ativos de infecção pelo
SARS-CoV2. Isso porque, o material genético viral é identificado de forma relativamente rápida – entre coleta,
extração, RT e qPCR, o resultado pode sair em algumas horas. Além disso, esse método é muito sensível e
específico, conseguindo detectar nas amostras pequenas concentrações do vírus (carga viral).
A RT-qPCR também é utilizada no diagnóstico e acompanhamento de outras infecções virais. A efetividade do
tratamento para HIV pode ser monitorada através de RT-qPCR, sendo esperadas reduções drásticas na carga
viral após introdução da terapia. O mesmo princípio de quantificação de cDNA obtido por transcrição reversa
também é aplicado em tratamentos oncológicos, especialmente, em leucemias e linfomas: o oncologista pode
requerer uma RT-qPCR para acompanhamento de determinado marcador gênico do câncer em questão.
Nos dois casos, a redução (ou não) das sequências alvo na RT-qPCR ao longo do tempo podem ser cruciais no
tratamento e evolução do paciente. A PCR convencional multiplex também pode ser utilizada no diagnóstico
diferencial entre dois patógenos que possam causar os mesmos sintomas, mas que exigem abordagens
clínicas diferentes.
Exemplo
Um paciente transplantado renal pode apresentar alteração em exames bioquímicos que levem o
nefrologista a pensar em duas possibilidades: na primeira, uma infecção por um vírus sem gravidade
pode estar acontecendo no órgão, e nenhum tratamento seria necessário; na segunda, pode estar
acontecendo uma infecção viral grave no rim transplantado que poderia rapidamente levar à perda do
órgão e até mesmo ao óbito do paciente. 
A PCR e as suas variantes em pesquisa científica
Outro campo que utiliza a PCR é a pesquisa científica. Em diversas ocasiões, a PCR pode ser utilizada para
manipulação genética de organismos simples, como bactérias, leveduras e células em cultivo. Nesse contexto,
podemos usar a PCR para, por exemplo, clonarmos um gene. Fazemos isso ao amplificarmos a sequência
gênica que desejamos clonar usando oligonucleotídeos longos que têm duas regiões distintas. A primeira
região liga-se ao gene que queremos manipular – deletar, adicionar ou mutar – no organismo alvo; a segunda é
a região que se liga ao DNA molde do vetor dentro do qual queremos colocar nosso gene clonado.
O vetor é, em muitos casos, uma sequência independente do genoma do organismo alvo, mas que é capaz de
se replicar autonomamente quando inserido na célula. Um exemplo de vetores muito usados são os
plasmídeos, pequenos DNA circulares autorreplicantes e transferíveis de uma célula a outra, comuns em
bactérias.
Representação esquemática de uma técnica de clonagem por restrição, com a
inserção (ou clonagem) de um gene de origem diferente, que foi amplificado por
PCR, ao vetor original.
Normalmente, usamos a clonagem por PCR em duas etapas: uma para amplificarmosa partir do acoplamento
da RNA polimerase em uma sequência de
DNA, chamada de região promotora. Todos
os genes (sequências de DNA codificantes)
possuem uma região promotora.
Região promotora 
Essa região pode inclusive favorecer
uma maior ou menor expressão gênica,
fazendo um controle negativo ou 
positivo, dependendo da ligação de
determinadas proteínas conhecidas
como fatores transcricionais, que 
inibem ou ativam a expressão gênica.
Regulação da expressão gênica negativa (esquerda) e positiva (direta).
Antes de continuarmos, vamos relembrar a jornada que se inicia na molécula de DNA até a formação de uma
proteína. Um complexo proteico chamado RNA polimerase (existem diferentes subtipos de polimerases, para
fins didáticos, vamos considerar apenas como RNA polimerase) acopla na região promotora de um gene e
começa a construção de um RNAm. Nos procariotos, a região codificante é chamada de operon e é composta
por mais de um gene, geralmente, com função final relacionada (de uma mesma via metabólica), ou seja,
todos os genes de um determinado operon irão formar proteínas com funções de alguma forma vinculadas
umas às outras, como veremos em breve. O RNAm oriundo da transcrição de um operon é formado por mais
de um gene e é chamado de RNAm policistrônico.
De modo diferente, nos eucariotos, todas as regiões promotoras estão associadas a apenas um gene, logo o
RNAm final possui informações apenas deste gene, sendo chamado de RNAm monocistrônico; apesar do
RNAm dos eucariotos ser formado por apenas um gene, ele precisa ser processado para continuar a sua
jornada .
Diferenças no RNAm de eucariontes e procariontes. UTR é uma sigla do termo inglês
que significa região não codificante.
Após a formação e o processamento do RNAm nos eucariotos, ele precisa sair do núcleo para encontrar o
ribossomo. Nos procariotos, por não possuir carioteca, o RNAm encontra-se no citoplasma, e um RNAt (RNA
transportador) é responsável por levar o RNAm contendo as informações do DNA para o ribossomo, local onde
iniciará a tradução. O processo de tradução inicia a partir de um código de leitura presente no RNAm
(conhecido como códon) e segue com a leitura das bases de três em três nucleotídeos até um determinado
ponto onde teremos um códon de parada (Stop códon). Um conjunto de 3 bases de nucleotídeos traduzidas
corresponde a 1 aminoácido, e a união dos aminoácidos origina uma cadeia polipeptídica, que é modelada por
proteínas conhecidas como chaperonas, dando origem a uma proteína funcional.
Vamos entender mais a fundo como o ribossomo traduz 3 bases de nucleotídeos em um aminoácido
verificando o exemplo a seguir: quando um ribossomo identifica os nucleotídeos UUA, insere um aminoácido a 
leucina a cadeia peptídica que está sendo formada. Os códons e seus respectivos aminoácidos são os mesmo
para qualquer organismo, o código genético é universal.
Atenção
Todos os seres vivos compartilham o mesmo código de códons. Esse é mais um indício da teoria da
evolução, segundo a qual todos nós viemos de um mesmo ancestral comum. 
Agora, podemos continuar falando sobre a regulação gênica dos procariotos. Para facilitar a compreensão,
vamos ver um exemplo prático: a regulação do operon Lac da bactéria Escherichia coli.
Esse operon é responsável pelo metabolismo da lactose, um açúcar importante para a nutrição dessas
bactérias. O operon Lac é composto de diferentes trechos, em sequência, temos:
P1, Promotor 1 (promotor do gene I).
Gene I (gene repressor).
O2, Operador 2 (operador secundário).
P2, Promotor 2 (promotor dos genes Z, Y e A).
O1, Operador 1 (operador secundário).
Gene Z.
O3, Operador 3 (operador secundário).
Gene Y.
Gene A.
Os promotores são responsáveis por iniciar a transcrição do gene adjacente. Os operadores são regiões
regulatórias, onde podem ativar ou reprimir a transcrição do operon. Nesse caso, o O1 é um sítio em que o
repressor Lac se liga e O2 e O3 são operadores secundários. Os operadores sempre se localizam próximos
aos genes que regulam. Temos ainda os três genes estruturais LacZ (gene Z), LacY (Gene Y) e LacA (Gene A),
que codificam as enzimas β-galactosidase, permease e transacetilase e o Gene I, que codifica o inibidor do
próprio operon, este possui uma região promotora exclusiva para ele.
Trechos do Operon Lac da Escherichia coli..
Por ser um recurso muito valioso, as células tentam tornar o consumo de energia o mais eficiente possível.
Na ausência de lactose, não existem motivos para que os genes Z, Y e A sejam expressos, uma vez que são
ligados ao metabolismo da lactose, mas a expressão do gene I é constitutiva, ou seja, ele é sempre expresso
mesmo quando não tem presença de lactose intracelular. O gene I dá origem a uma proteína repressora do
promotor 2 (repressor Lac) que se liga à região do O1, inibindo a expressão de Z, Y e A, mesmo que a RNA
polimerase acople em P2 os genes não são expressos.
A lactose não atua diretamente no operon Lac, entretanto, quando algumas moléculas de galactose entram na
célula, as poucas enzimas β-galactosidase conseguem converter a galactose em alolactose; essa se liga ao
repressor Lac, favorecendo uma mudança conformacional da proteína, que leva à desassociação entre o
repressor e o operador 1, liberando o funcionamento da RNA polimerase, que transcreve os genes Z, Y e A.
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Alolactose
É um isômetro da lactose responsável justamente por induzir a expressão do operon Lac.
Esquema de regulação do mediado pela lactose. Pol: RNA polimerase, mRNA lac:
RNA mensageiro lactose.
Outra forma de regulação é a dependente de glicose, cuja presença inibe o operon Lac, pois a célula deve
priorizar o metabolismo da glicose antes dos outros carboidratos. Quando os níveis de glicose estão baixos,
ocorre a ativação do operon Lac, a indução é feita por uma pequena molécula efetora, o cAMP (AMP cíclico), e
uma proteína regulatória chamada de CRP (sigla para cAMP receptor protein, ou seja, proteína receptora de
cAMP, CRP, também pode ser chamada de CAP, catabolite activator protein).
Vamos entender como esse processo acontece?
Na ausência de glicose, a concentração de cAMP aumenta e essa molécula se liga ao CRP (CAP), formando o
complexo CRP-cAMP (ou CAP-cAMP). O complexo se liga ao DNA em uma região operadora dependente de
CAP-cAMP próxima ao operador 3, ativando a transcrição dos genes Z, Y e A, para a metabolização da
lactose. Na presença de glicose, os níveis de cAMP diminuem e não é formado o complexo CAP-cAMP, logo o 
operon Lac fica inibido. É importante destacar que, quando os níveis de glicose estão altos, a presença de
lactose, não leva à expressão dos genes Z, Y, A, devido à ausência do indutor CAP-cAMP. Esse fato é
justificado pela necessidade do consumo de glicose antes da lactose.
Regulação do mediado por glicose. cAMP: AMP cíclico; CAP: proteína receptora de
cAMP; Pol: RNA Polimerase; ATP: adenosina trifosfato; P: região promotora.
A regulação gênica do metabolismo de lactose para as bactérias E. coli é de grande importância para a
sobrevivência. Elas se adaptam ao meio e à presença de diferentes nutrientes, consumindo-os de modo
inteligente. Estudar o operon Lac nos possibilita entender os principais métodos de regulação gênica em
procariotos, pois ele engloba fatores repressores e efetores em diferentes estratégias e meios nutricionais.
Agora, podemos ir adiante e aprender sobre a regulação gênica nos eucariotos.
Operons
Reflita agora sobre operons, sua importância e exemplos.
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Mecanismos de regulação gênica em eucariotos
Os organismos eucariontes podem ser multicelulares, com cada célula com funções diferentes e atuando em
locais diferentes. Entretanto, todas as células possuem o mesmo DNA.
Vamos a um exemplo?
Ao pensarmos em especialização celular, uma célula do seu intestino precisa absorver e transportar nutrientes
com muita eficiência. Já uma célula da sua pele tem que se multiplicar mais, conferir resistência eo gene alvo que
queremos clonar; na segunda etapa, usamos o produto amplificado, juntamente com o vetor, para inserirmos o
gene clonado no vetor. Outra forma de clonagem inclui o uso de enzimas de restrição para cortar o DNA em
pontos específicos, após amplificação por PCR.
A pesquisa científica é uma área de atuação muito grande e, por vezes, ela está interessada em
entender mecanismos complexos de regulação genética sob diversas condições. A RT-qPCR é uma
ferramenta muito útil nesse caso, para a avaliação dos níveis de expressão de genes em células
submetidas a diversas condições diferentes.
É comum utilizarmos a quantificação relativa (em que comparamos a quantidade de um gene de interesse com
um gene constitutivo de expressão estável) para avaliarmos como o metabolismo celular pode mudar
mediante o meio que se encontra. Em geral, você pode considerar que qualquer aplicação que determinado
método ou técnica tenha em rotinas laboratoriais das mais diversas áreas não apenas é usada em pesquisa
científica, como, provavelmente, foi originada de uma.
Quantificação relativa de genes por RT-qPCR e seu uso em pesquisa
Veja mais sobre quantificação relativa usando RT-qPCR pelo método de SYBR. 
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Vem que eu te explico!
Os vídeos a seguir abordam os assuntos mais relevantes do conteúdo que você acabou de estudar.
Diagnóstico molecular de covid-19 por PCR
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A PCR e as variações usadas no diagnóstico de doenças genéticas
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A PCR e as suas variantes em pesquisa científica (plasmídeos)
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Verificando o aprendizado
Questão 1
A PCR possui diversas aplicações, sejam elas práticas ou na pesquisa. A respeito da aplicação da PCR e de
suas variações em ciências forenses, é correto afirmar que:
A
a nested-PCR não é útil, uma vez que o material genético é encontrado em abundância em situações forenses.
B
a PCR pode nos dar informações importantes, mas não pode determinar a identidade de indivíduos.
C
as STRs são regiões cuja variabilidade as tornam úteis para distinguir indivíduos geneticamente.
D
a qPCR é uma ferramenta necessária para amplificação do material genético de uma amostra antes de seu
sequenciamento.
E
o sequenciamento do genoma não é uma ferramenta viável para a identificação de indivíduos, além de ser
trabalhoso e caro.
A alternativa C está correta.
Short tandem repeats (STRs) apresentam grande variação de sequência e de tamanho entre indivíduos.
Pela identificação de diferentes padrões de um conjunto de STRs, podemos correlacionar amostras com
grande precisão, além ser possível também estabelecer grau de parentesco.
Questão 2
A técnica de PCR e suas variações são metodologias importantes para amplificações na pesquisa e
diagnósticos. Sobre a PCR, escolha a alternativa correta:
A
Um dos principais métodos utilizados em análises forenses é o sequenciamento de genes conservados dentro
de um DNA.
B
As STRs variam em tamanho e em conteúdo entre genes diferentes dentro de um mesmo organismo e
oferecem grande precisão na identificação de cromossomos se a detecção de várias STRs for usada em
conjunto.
C
Ao utilizar a técnica para amplificar o DNA (ou RNA) de algum agente infeccioso, podemos diagnosticar uma
infecção, já que o material genético de tal agente não deveria estar presente naquela amostra biológica.
D
Normalmente, para usarmos a clonagem por PCR basta a amplificação do gene alvo que queremos clonar.
E
O diagnóstico molecular da covid-19, o SARS-CoV2, assim como os demais coronavírus, tem o DNA como
material genético. Isso facilita o processo de laboratório porque o material já está disponível para qPCR.
A alternativa C está correta.
Um dos principais marcadores moleculares utilizados em análises forenses são as repetições curtas em
tandem e não sequências conservadas. As STRs variam em tamanho e em conteúdo entre as pessoas e
oferecem grande precisão na identificação de indivíduos se a detecção de várias STRs for usada em
conjunto. Este processo não compara genes entre cromossomos de um único indivíduo, mas vários.
Normalmente, usamos a clonagem por PCR para amplificar o gene alvo e depois inserir o gene clonado no
vetor. O diagnóstico molecular da covid-19, o SARS-CoV2, assim como os demais coronavírus, tem RNA fita
simples como material genético. Dessa forma, usamos a transcrição reversa para sintetizarmos um DNA
viral, e o utilizamos em qPCR – ou seja, fazemos uma RT-qPCR.
4. Conclusão
Considerações finais
Vimos que a amplificação de DNA in vitro é feita pela reação em cadeia da polimerase, em que a variação
cíclica de temperatura permite a desnaturação, o anelamento e a extensão de sequências-alvo específicas, de
acordo com aquelas que desejamos detectar. Como estudado, os oligonucleotídeos iniciadores se ligam à fita
simples de DNA que foi aberta por desnaturação por complementariedade entre as bases nitrogenadas. Essas
últimas são elementos fundamentais dos nucleotídeos por conterem a informação genética.
As variações da PCR são úteis de diferentes formas, e devemos conhecê-las para podermos escolher qual a
melhor técnica para cada caso: para aumentar a quantidade final de DNA-alvo amplificado; para síntese de
cDNA a partir de RNA polaridade positiva; para quantificação de DNA ou cDNA; e para diferenciação rápida
entre diferentes produtos de amplificação.
Além disso, aprendemos algumas das diversas aplicações que a PCR e as suas variações têm em áreas da
ciência, como na forense, na pesquisa e na clínica, participando do diagnóstico, acompanhamento e
prognóstico.
Agora você está pronto para continuar progredindo no conhecimento da Biologia Molecular, uma área
empolgante e que se torna, a cada dia, mais importante para diversas áreas das ciências biológicas.
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variabilidade genética estudada em análises forenses e em testes de paternidade.
 
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Você irá conhecer o passo a passo da técnica de PCR.
 
Para conhecer mais sobre a história do PCR, leia o texto O desenvolvimento da reação em cadeia pela
polimerase (PCR).
 
Para conhecer mais sobre as técnicas de PCR, leia Outras aplicações da PCR e as suas variações.
Referências
ASSOCIAÇÃO BRASIL HUNTINGTON. O que é a Doença de Huntington. ABH. Consultado na internet em: 18
out. 2020.
• 
• 
• 
• 
• 
 
CABELLO, G. M. K. Genética Clínica: Métodos de diagnóstico. DBBM FIOCRUZ. Consultado na internet em: 18
out. 2020.
 
DOLINSKY, L. C.; PEREIRA, L. M. C. V. DNA forense: Artigo de revisão. Saúde & Ambiente em Revista, 2(2), p.
11-22, 2007.
 
NELSON, D. L. Princípios de bioquímica de Lehninger. Porto Alegre: Artmed, 2014.
 
NEW ENGLAND BIOLABS’ FEATURE ARTICLES. Polymerase Fidelity: What is it, and what does it mean for your
PCR? NEB. Consultado na internet em: 18 out. 2020.
 
REAL-TIME PCR BASICS. TaqMan vs. SYBR Chemistry for Real-Time PCR. ThermoFisher Scientific website.
Consultado na internet em: 18 out. 2020.
 
VANDESOMPELE, J. Q. PCR Guide por Eurogentec – plataforma GenEx. Gene Quantification. Consultado na
internet em: 18 out. 2020.
 
ZHAO, M.; et al. Improved high sensitivity screen for Huntington disease using a one-step tripletprimed PCR
and melting curve assay. PLoS ONE. Consultado na internet em: 18 out. 2020.
Controle da expressãoacumular
queratina. No entanto, ambos os tipos celulares têm os mesmos genes, praticamente todo o DNA é igual. Mas
como isso é possível?
O segredo desse paradoxo é a regulação gênica e o processamento do RNAm. Para podermos
transcrever uma fita de DNA, primeiro, temos o acoplamento da RNA polimerase na fita dupla. Esse
DNA precisa estar acessível à maquinaria de transcrição, logo em um estado descompactado.
A compactação e descompactação do DNA em eucariotos são dadas pelas proteínas histonas, sendo um tipo
de regulação gênica. As histonas ditam a compactação da cromatina e são moduladas por pequenas
alterações químicas em sua estrutura, sendo elas: metilação (adição de grupamentos metila favorecem a
compactação do DNA pelas histonas, impossibilitando a atuação da maquinaria transcricional) e a acetilação
(a adição de grupamentos acetil favorecem a descompactação do DNA, possibilitando a atuação da
maquinaria de transcrição. Esse mecanismo é catalisado pelas proteínas histona acetil transferase (HAT) e é
reversível). Assim, uma das maneiras de regular o que vai ser expresso é dependente do padrão de acetilação/
metilação de histonas.
Acetilação de histonas mediada por histona acetil transferase (HAT).
Voltando ao exemplo dado anteriormente, as células do seu intestino certamente possuem trechos do DNA
menos compactados do que as células da sua pele. Esses trechos expressarão proteínas responsáveis pela
absorção dos nutrientes. Nas células da pele, os mesmos trechos estarão com as suas respectivas histonas
metiladas, ou seja, mais compactadas.
Determinados fatores transcricionais podem promover a acetilação e a metilação das histonas de maneira
direcionada, gerando especializações celulares. Em resumo, o padrão de histonas do seu DNA é um dos
fatores que faz com que diferentes células tenham funções diferentes.
Procariotos 
Aqui, vamos considerar a estrutura e a
organização dos procariotos, seres
unicelulares cujo material genético quase
todo é codificante, têm os operons gerando
RNAm policistrônico (não existem operons em
organismos eucariontes), proteínas
interligadas de uma mesma via metabólica
sendo expressas, regulações básicas de
ativação ou repressão genética e os
promotores. As células procariontes
funcionam muito bem ao pensar que são
unidades individuais, buscando a
sobrevivência.
Organismos multicelulares 
Aqui, de modo diferente, se
considerarmos os organismos
multicelulares, temos que eles possuem
maior nível de complexidade e, ao
mesmo tempo, o percentual de gene
codificante e não codificante é muito
menor. Nos humanos, cerca de 2% do
DNA é codificante. É um pouco
contraintuitivo pensar que um
organismo mais complexo, onde todas
as células, mesmo com funções variadas,
possuam o mesmo DNA, e este ainda
por cima tem proporcionalmente menor
porcentagem de genes codificantes.
Outro mecanismo de inibição da expressão gênica é dado pela metilação do próprio DNA, mais
especificamente na posição 5 do anel de citosina, que dificulta a interação com a RNA polimerase, impedindo
a transcrição.
Citosina metilada na posição 5 do anel pirimidina. A metilação é a adição de um
grupo metil (CH3) de forma covalente. Enzima responsável DNA metiltransferase
(DNMT).
As citosinas metiladas formam as chamadas ilhas CpG ou ilhas CG (ilhas citosina- guanina); essa metilação
não é reparada pela maquinaria de reparo celular, não sendo transcrita e traduzida, constituindo assim partes
não codificantes. No entanto, essa metilação pode ser passada para as células filhas no processo de
replicação durante a multiplicação celular, garantido a sua hereditariedade. Elas se localizam, principalmente,
próximas do sítio de início da transcrição de genes constitutivos.
Maquinaria de reparo
A maquinaria de reparo é fundamental para a manutenção do DNA. É capaz de consertar pares de bases
que foram colocados em lugares errados, reparar danos causados à fita, reajustar ligações erradas etc.
Ela serve para minimizar as mutações, impedindo erros na replicação.
Nos eucariotos, ainda levando em consideração a regulação da transcrição, existem ainda as sequências
reguladoras, bastante semelhante aos operadores dos procariotos. No entanto, nos eucariotos, essas
sequências podem estar localizadas a milhares de pares de bases de distância do promotor.
Até agora vimos alguns fatores de regulação associados à transcrição do DNA, mas a expressão gênica dos
eucariotos pode ser regulada em diversos outros pontos, como:
No processamento pós-transcricional.
Na degradação do RNAm.
Na tradução.
No processamento pós-traducional.
Na degradação e no transporte da proteína gerada.
Como sabemos, os eucariotos são organismos bastante complexos, existem milhares de diferentes interações.
A cada dia, os cientistas descobrem novos conceitos e novas formas de regulação gênica. Por isso, vamos
focar em algumas das regulações mais relevantes, como o splicing alternativo e a maturação do RNAm, a nível
de processamento pós-transcricional, e nos recém-descobertos miRNA (microRNA) e siRNA (small
interference RNA), para degradação do RNAm.
Agora, já sabemos por que todas as células, mesmo possuindo o mesmo DNA, têm especializações
diferentes. Entretanto, falta ainda entender a proporção de DNA codificante e não codificante. 
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Temos apenas 2% de DNA codificante, será que é suficiente para dar conta de toda complexidade de um
organismo multicelular? A resposta é sim. Afinal, estamos vivos, não é?
A chave para entender esse dilema está no splicing alternativo . Cada célula possui um padrão de splicing
(conjunto de informação de como vai realizar esse processo) de acordo com suas funções, originando assim
proteínas diferentes a partir do mesmo gene. 
Splicing alternativo
O termo inglês splicing significa emendar, e “alternativo” se refere ao fato de serem íntrons e éxons ,
logo, são emendados de forma alternada.
Após a transcrição do gene, é formado um pré-RNAm, o qual é processado por um complexo de RNA e
proteínas chamado de spliceossomo, onde, dependendo do padrão de splicing celular no momento da
transcrição, alguns trechos do pré-RNAm são considerados éxons (trechos do pré-RNAm que serão
aproveitados para o RNAm maduro) e outros são considerados íntrons (trechos do pré-RNAm que serão
removidos do RNAm maduro). Os trechos íntrons são removidos do pré-RNAm e os trechos éxons são ligados
pelo spliceossomo, gerando um pré-RNAm formado apenas com éxons, de acordo com o padrão de splicing.
Diferentes isoformas do RNAm.
Um mesmo gene pode dar origem a uma enorme quantidade de diferentes RNAm e, por consequência,
proteínas diferentes. Desse modo, os eucariotos conseguem com uma quantidade relativamente baixa de
genes codificantes gerar um número muito elevado de diferentes proteínas.
Junto ao splicing alternativo, o pré-RNAm também precisa passar por um processamento, que o torna capaz
de sair do núcleo para chegar ao ribossomo onde será traduzido. O pré-RNAm passa por duas etapas, uma
adição do cap 5’, ou seja, pela ligação de um nucleotídeo alterado, e o GMP metilado (Guanosina monofosfato
metilada), na ponta 5’ do RNAm, por uma ligação trifosfato. O cap 5’ é fundamental para o reconhecimento do
RNAm maduro, a exportação do RNAm para fora do núcleo e o endereçamento do RNAm em direção ao
ribossomo. Ele promove a ligação na organela, além de também ter ação protetora.
Saiba mais
A palavra cap significa boné e, nesse caso, pode ser traduzida para capacete 5’. Por isso, o nome cap 5’
ou capacete 5’, uma vez que esse nucleotídeo alterado, protege a perda de informação contida no RNAm
oriunda da degradação pela ação de ribonucleases e fosfatases. 
A segunda etapa do processamento do RNAm é uma adição de uma cauda chamada de “poliA” na
extremidade 3’ do RNA. A cauda tem esse nome por ser formada de 80 a 250 resíduos de adenina. A cauda
também serve para proteger o RNAm de degradação enzimática durante todo o processo de locomoção em
direção ao ribossomo, a cauda poliA é clivada por endonucleases quando o RNAmencontra o ribossomo.
Uma vez com a adição do cap 5’ e da cauda poliA, o RNAm se torna maduro e pode ser traduzido pelo
ribossoma no citoplasma. A regulação desse processo se dá pela remoção de uma dessas adições. Caso a
célula não precise mais de determinada proteína, sinalizações regulatórias são enviadas para o núcleo, onde
são removidas e o RNAm agora “não maduro” é degradado.
Processamento do RNAm. Pré-RNAm recebe cap5' e cauda poliA, em seguida tem
seus íntrons removidos, originando RNAm maduro.
A última regulação genética que iremos estudar é a mediada por pequenos RNAs: os miRNAs e os siRNA.
Os miRNAs apresentam cerca de 19 a 28 pb (pares de base), são endógenos e formados a partir do
pareamento imperfeito de uma fita dupla de RNA (double stranded RNA, conhecido como dsRNA). Esse
pareamento gera uma estrutura em forma de grampo de cabelo, conhecida como hairpin, que é clivada por
uma endonuclease dicer (endonucleases são proteínas que cortam a fita de RNA ou DNA de forma precisa)
formando os miRNAs.
Os siRNAs, com cerca de 22 a 23 pb, são exógenos (oriundos do RNA viral) ou endógenos (oriundos de 
retrotransposons) e formados a partir de um pareamento perfeito de uma dsRNA. Também são clivados pela
endonuclease dicer, gerando esses fragmentos de siRNA. A regulação é dada pela ligação entre o miRNA ou
siRNA no RNAm induzindo a degradação deste ou impedindo sua tradução.
Retrotransposons
Componentes genéticos com capacidade de autorreplicação, convertendo RNA em DNA. Estão
presentes em eucariotos, porém, sua possível origem é viral. Os retrotransposons ao longo da evolução
se estabeleceram no genoma eucarionte.
Mecanismo de ação do miRNA e siRNA.
Os siRNA e miRNA foram recentemente descobertos e possuem um papel muito importante no controle da
expressão gênica em eucariotos. No entanto, ainda estamos tentando entender melhor como funcionam,
embora suas aplicações médicas pareçam ser muito promissoras. Imagine, por exemplo, uma pessoa que
tenha o metabolismo alterado para produzir grandes quantidades de colesterol endógeno. Ela pode ter
diversos problemas de saúde oriundos do alto colesterol. No futuro, talvez seja possível construir siRNAs
específicos para silenciar a expressão de HMG-CoA redutase, principal enzima da síntese de colesterol
endógeno, abrindo possibilidades para uma nova terapia genética.
Epigenética
A genética é o estudo dos genes, das características hereditárias de determinados organismos, guardadas
nas moléculas de DNA. A epigenética é o estudo das características que vão acima dos genes, pois “epi”
deriva do radical grego que indica a posição superior. Essa ciência estuda as variações nos traços fenotípicos
pela ação de fatores externos ou ambientais que afetam a expressão gênica de modo reversível. A
compreensão da epigenética pode nos ajudar a estabelecer relações entre a forma com que vivemos e o
surgimento de determinadas doenças.
Relembrando o que estudamos anteriormente, como um neurônio sabe que tem que ser um neurônio
e não um osteoblasto durante o desenvolvimento embrionário?
A resposta está nos fatores de transcrição específicos de cada linhagem celular que leva a especialização
destas células para a sua forma final e nas marcas epigenéticas no DNA. As marcas epigenéticas são
características do material genético que possibilitam ou não sua expressão, seja por metilação do DNA,
modificação de histonas (metilação ou acetilação) ou presença de mi e siRNA, que degradam o RNAm.
A epigenética é tudo que está acima dos genes e estuda alterações na expressão gênica que não alteram a
estrutura primária da sequência de nucleotídeos. Na verdade, explora modificações no DNA decorrentes da
interação do indivíduo com o ambiente.
Exemplo
Um indivíduo fumante consome grandes quantidades de nicotina, cuja molécula modifica o padrão
metilação em diversos genes. Então, os genes que, em condições normais, não estariam sendo
expressos passam a ser. E quais são as consequências dessa alteração na expressão gênica? É difícil
precisar todas as alterações causadas por determinada substância no nosso organismo, temos milhares
de diferentes células expressando diferentes proteínas. Entretanto, a comunidade científica estuda
incansavelmente as diversas modificações genéticas causadas por alimentos, comportamentos, drogas
etc. 
Agora, ainda utilizando o caso da nicotina como exemplo, é sabido que o cigarro faz mal à saúde e, segundo
estudos, podem reduzir em cerca de 14 anos a expectativa de vida de adultos fumantes. Apenas nos Estados
Unidos, o cigarro tem algum tipo de relação com a morte de 400 mil pessoas por ano. As consequências de
fumar incluem câncer, doenças cardiovasculares e respiratórias. Muitas grávidas continuam fumando durante
a gestação, sendo a causa de morte infantil evitável mais importante. O cigarro consumido pelas mães atrasa
o desenvolvimento neural e cardiopulmonar do embrião. Essas crianças também tendem a ter uma maior
frequência de doenças respiratórias como asma. No entanto, estudos recentes mostram que mães fumantes
podem não só ter os filhos com asma, como também os netos, mesmo que as filhas não fumem. Além disso,
foram encontrados alguns mecanismos epigenéticos nos filhos e netos de fumantes.
Os conceitos sobre hereditariedade genética evoluíram com o passar dos anos, não apenas os genes são
responsáveis por transmitir as informações dos pais para os filhos, mas também os padrões epigenéticos são
fundamentais, os quais podem ser passados através de gerações. Marcações no DNA e nas histonas
(acetilações e metilações) modificam o padrão de expressão genética, principalmente, no período de
desenvolvimento embrionário, causando uma reprogramação gênica.
As modificações epigenéticas ocorrem não apenas pela exposição recorrente a determinadas substâncias
químicas, mas também devido a fatores ambientais e comportamentais. O holocausto durante a Segunda
Guerra Mundial deixou marcas visíveis e invisíveis tanto nos que sofreram o horror nazista quanto em seus
filhos e netos. As marcas invisíveis foram reveladas nos cromossomos, que representam um tipo de memória
biológica do nosso organismo. Os sobreviventes do holocausto tinham pesadelos frequentes, ansiedade,
depressão, dificuldade de ressocialização, entre outros distúrbios psicológicos. De alguma maneira, esses
traumas se internalizaram e foram passados adiante, pois os descendentes da guerra tendem a ser mais
vulneráveis ao stress e propensos a desordens mentais, evento conhecido como transmissão transgeracional
de trauma (TTT). A TTT também já foi descrita na literatura a partir de indivíduos que sofreram abusos,
refugiados, vítimas de tortura etc. 
A compreensão da TTT trouxe avanços na vida de diversas crianças e adultos que passaram por eventos
traumáticos, permitindo o diagnóstico e tratamento precoce das consequências do trauma, uma espécie de
medicina epigenética. É importante lembrarmos que os mecanismos epigenéticos são maleáveis e podem ser
alterados durante a nossa vida, dependendo de fatores químicos e socioambientais, que nos leva a boas
perspectivas de tratamento.
Diversas outras associações epigenéticas têm sido testadas. Compreender os ajustes finos desses
mecanismos pode gerar uma revolução na maneira com que enxergamos a medicina e a genética.
A terapia genética, com o uso de miRNA, siRNA e edição genética parece muito promissora, mas ainda são
estudos preliminares e temos muitos mistérios a desvendar.
Vem que eu te explico!
Os vídeos a seguir abordam os assuntos mais relevantes do conteúdo que você acabou de estudar.
Regulação da expressão gênica em eucariotos
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Diferença do RNAm de procariotos e eucariotos
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Epigenética
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Regulação gênica e o processamento do RNAm eucarionte
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Verificandoo aprendizado
Questão 1
Estudamos as regulações gênicas nos procariotos e vimos que existem operons, que são trechos
responsáveis por alguma função biológica. Leia as afirmativas abaixo e responda.
 
I. Considerando o operon Lac, a expressão do gene I é constitutiva, uma vez que não temos lactose sempre no
meio intracelular.
II. Em procariotos, os genes com funções de uma mesma via metabólica estão localizados próximos uns aos
outros em um operon e transcrevem para um RNAm monocistrônico.
III. O RNAm monocistrônico é capaz de ser traduzido em diferentes proteínas de uma mesma via metabólica.
IV. O operon Lac tem seu funcionamento reprimido na presença de glicose, mesmo que com altas
concentrações de lactose.
 
Estão corretas as afirmativas:
A
I, II e III.
B
II e III.
C
II, III e IV.
D
I e IV.
E
Apenas IV.
A alternativa D está correta.
O operon Lac é responsável por expressar as proteínas da via metabólica de degradação da lactose,
quando esta não está presente o gene I é expresso para não ter gasto fútil de energia. O RNAm dos
eucariotos, transcrito a partir de diferentes genes de uma mesma via, é chamado de RNAm policistrônico e
é capaz de ser traduzido em diferentes proteínas de uma mesma via metabólica. A presença de glicose
impossibilita a formação indutor CRP-cAMP, logo, não ocorre a transcrição do operon Lac, mesmo quando
temos a lactose.
Questão 2
A epigenética estuda como componentes externos e ambientais modificam nosso genoma através de
determinadas marcações. São exemplos de marcadores epigenéticos que podem modificar a expressão de
genes:
 
I. Metilação do DNA, metilação de histonas e presença de miRNAs.
II. Acetilação do DNA, splicing alternativo e presença de miRNAs.
III. Ubiquitinação de proteínas, metilação de histonas e nicotina.
IV. Metilação do DNA, stress e presença de miRNAS.
 
Estão corretas as sentenças:
A
I e II.
B
I.
C
III e IV.
D
II.
E
II, III e IV.
A alternativa B está correta.
Metilação da citocina, presente no DNA, na posição 5' pode silenciar trechos do DNA. A metilação das
histonas torna a região condensada, impedindo a transcrição, e a presença de miRNAs induz degradação
do RNAm, impedindo a tradução. São três diferentes vias de controle epigenético. A acetilação do DNA não
é uma estratégia de controle de expressão genética. A nicotina não pode ser considerada um marcador
epigenético. O stress também pode alterar controle de expressão gênica através de mudanças
epigenéticas, porém ele próprio não é um marcador epigenético.
3. Conclusão
Considerações finais
Conhecemos como a Biologia Molecular foi estabelecida como ciência a partir da descoberta do DNA e do
RNA, explorando principalmente a sua estrutura e a sua função. Além disso, vimos a teoria mais aceita,
atualmente, para explicar como a vida surgiu no nosso planeta. Aprendemos como o material genético nos
eucariotos e procariotos e como esses grupos se organizam e os diferentes mecanismos de regulação da
expressão gênica. Por fim, todos os conceitos aprendidos sobre os eucariotos foram concatenados para
termos uma noção sobre o que é a epigenética. A epigenética é uma ciência recente que estuda o
comportamento de todos os componentes que estão presentes influenciando no genoma e, por
consequência, influenciando na expressão gênica.
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Para explorar mais os seus conhecimentos a respeito do assunto, recomendamos as seguintes leituras:
 
Cientistas encontram possível sinal de vida em Vênus, matéria de divulgação científica da revista Exame,
escrita pela jornalista Tamires Vitorino. Nessa matéria, é abordada a descoberta do gás fosfina metabólito
bacteriano em Vênus, indicando possível sinal de vida.
 
Michael Russell demonstrou que existem fontes de águas termais no fundo dos oceanos, aquecidas pelo
manto da Terra, que jorram água alcalina. Essas fontes são ricas em minérios de ferro, níquel e enxofre
dissolvidos. Para conhecer mais, leia o livro Questão vital: Por que a vida é como é?, de Nick Lane e Talita
Rodrigues.
 
Para conhecer um pouco mais sobre os avanços da epigenética na área biomédica, leia o livro Epigenética
aplicada à saúde e a doença de Elsner e Siqueira.
 
Para conhecer um pouco mais sobre a história da Biologia Molecular, visite a matéria do Rogerio Meneghini Os
genes e o gene, publicada na revista FAPESP.
 
Qual foi papel de Roselind Franklin no modelo da dupla hélice do DNA de Watson e Crick? Para saber mais,
visite o artigo As controvérsias a respeito da participação de Rosalind Franklin na construção do modelo da
dupla hélice, de Marcos Rodrigues da Silva.
Referências
AL MUFTAH, W. A. et al. Epigenetic associations of type 2 diabetes and BMI in an Arab population. Clinical
epigenetics, v. 8, n. 1, p. 13, 2016.
 
ALBERTS, B. Molecular biology of the cell. 2018.
 
BETZ, F. Managing Science: Innovation, Technology, and Knowledge Management. 2011.
 
BORGES-OSÓRIO, M. R.; ROBINSON, W. M. Genética Humana. 3. ed. Artmed, 2013.
 
COSTA, E. de B. O.; PACHECO, C. Epigenética: regulação da expressão gênica em nível transcricional e suas
implicações. Ciências Biológicas e da Saúde, v. 34, n. 2, p. 125-136, 2013.
 
DUBEY, R. C. D. K. ATB of microbiology. New Delhi: S. Chand & Company, 2015.
 
HICKMAN, A. B.; DYDA, F. Mechanisms of DNA transposition. Mobile DNA III, p. 529-553, 2015.
 
KELLERMANN, N. PF. Epigenetic transmission of holocaust trauma: can nightmares be inherited. Isr J
Psychiatry Relate Sci, v. 50, n. 1, p. 33-39, 2013.
 
LANE, N. The vital question: energy, evolution, and the origins of complex life. WW Norton & Company, 2015.
 
LEHMAN, N. Cold-hearted RNA heats up life. Nature chemistry, v. 5, n. 12, p. 987-989, 2013.
 
LESLIE, F. M. Multigenerational epigenetic effects of nicotine on lung function. BMC medicine, v. 11, n. 1, p. 1-4,
2013.
 
MELAS, P. A. et al. Genetic and epigenetic associations of MAOA and NR3C1 with depression and childhood
adversities. International Journal of Neuropsychopharmacology, v. 16, n. 7, p. 1513-1528, 2013.
 
NELSON, D. L.; LEHNINGER, A. L.; COX, M. M. Lehninger principles of biochemistry. Macmillan, 2008.
 
VÁZQUEZ-SALAZAR, A.; LAZCANO, A. Early life: Embracing the RNA world. Current Biology, v. 28, n. 5, p.
R220-R222, 2018.
 
WATSON, J. D.; CRICK, F. H. C. Molecular structure of nucleic acids: a structure for deoxyribose nucleic acid.
Nature, v. 171, n. 4356, p. 737-738, 1953.
Conceitos iniciais da biologia molecular
A construção histórica da biologia molecular e seu emprego no estudo das biomacromoléculas, como o
DNA, o RNA e as proteínas, que estão presentes nas células e são responsáveis pela manutenção da vida.
Prof. Eldio G. Santos
1. Itens iniciais
Propósito
A compreensão da descoberta do RNA e do DNA, a importância dessas moléculas para as células
procariontes e eucariontes e o fluxo de informação dado pelo dogma central da Biologia.
Objetivos
Descrever a história da biologia molecular, a origem da vida e a organização gênica nos organismos.
Descrever as funções do DNA e o dogma central da Biologia.
Introdução
A biologia molecular é a área da Biologia que estuda as moléculas presentes nas células responsáveis pela
manutenção da vida. Vamos iniciar nosso aprendizado sobre as moléculas possivelmente mais importantes
para a existência da vida na Terra. Estamos falando dos ácidos nucleicos: RNA e DNA. 
Você sabia que até mesmo os vírus, microrganismos intracelulares obrigatórios, apresentam ácidos nucleicos?
Não existe sequer um ser vivo que não tenha moléculas de RNA ou DNA.
Faremos um breve histórico sobre como começaram os estudos da biologia molecular, passando pela provável
origem da vida na Terra, conhecendo as estruturas e composições dos ácidos nucleicos e observando como é
dada a organização desse material em diferentes seres vivos. Aprenderemos ainda comoo armazenamento e
o fluxo de informação genética nos seres vivos ocorrem.
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Friedrich Miescher.
1. Histórico da biologia molecular e organização gênica
Histórico da biologia molecular
Componentes do núcleo celular
Nosso histórico começa em 1869 com um bioquímico suíço chamado Johannes Friedrich Miescher. Em seus
estudos, ele buscava determinar quais componentes químicos existiam dentro dos glóbulos brancos
(leucócitos) presentes no pus de feridas. 
De modo geral, tais glóbulos possuem um núcleo grande e
bem definido. No interior desse núcleo, Miescher observou
uma grande quantidade de um composto ácido com átomos
de nitrogênio e fósforo, nomeando-o de nucleína por estar
localizado no núcleo. Mal ele sabia da importância dessa
descoberta!
Diversos outros cientistas continuaram investigando o tal
composto – entre eles, Albrecht Kossel, que, em 1880,
demonstrou que nela havia diferentes bases nitrogenadas.
Richard Altmann, nove anos depois, conseguiu purificar a
nucleína e chamou o purificado de ácido nucleico.
Com o tempo, os ácidos nucleicos era cada vez mais estudados. Eles pareciam muito importantes, já que
praticamente todas as células possuíam esse material. Foram descobertas quatro diferentes bases
nitrogenadas: 
Bases púricas
Adenina (A) e guanina (G).
Bases pirimídicas
Citosina (C) e timina (T).
Todas elas estão associadas com uma pentose (basicamente, um carboidrato monossacarídeo formado por
cinco átomos de carbono) do tipo ribose ou desoxirribose (a desoxirribose perde a hidroxila do carbono 2) e
um grupamento fosfato.
Nucleotídeo contendo a base nitrogenada, o fosfato e a pentose.
Essas bases estão ligadas entre si, sempre obedecendo a um padrão, em que a adenina se associa à timina
por duas ligações de hidrogênio e a guanina se associa à citosina por três ligações, sendo a segunda
interação a mais estável devido à maior quantidade de ligações.
Bases nitrogenadas e suas interações por ligação de hidrogênio. O grupamento R,
nas riboses, consiste em um OH e, nas desoxirriboses, em um H.
Entretanto, havia um fato curioso: a presença de uma base diferente, chamada de uracila, em alguns desses
materiais. Essa base apresentava uma ribose no lugar da desoxirribose e se ligava à timina no lugar da
adenina.
 
As moléculas com desoxirribose foram denominadas ácido desoxirribonucleico (ADN). Seu nome, em
inglês, é deoxyribonucleic acid: trata-se do famoso DNA.
As moléculas com ribose como pentose foram nomeadas ácido ribonucleico (ARN), o qual, em inglês, é
chamado de ribonucleic acid, conhecido como RNA.
Todas as bases nitrogenadas.
Vamos agora juntar todos os conceitos estabelecidos para entender como é a estrutura do DNA e do RNA.
Um nucleotídeo é um conjunto formado por uma base nitrogenada, que pode ser uma purina ou pirimidina.
Entre as purinas, há a adenina e a guanina; entre as pirimidinas, a citosina e a timina, no caso de uma molécula
de DNA, e o uracil(a), em uma molécula de RNA.
Além das ligações de hidrogênio realizadas entre as bases nitrogenadas, também se observou outro tipo de
ligação que ocorria numa outra porção do nucleotídeo. Uma ligação vertical entre as bases, formando uma
longa cadeia chamada de fita, é realizada entre a molécula de açúcar (pentose) de uma ribose para o RNA ou
de uma desoxirribose para o DNA e o grupamento fosfato da base adjacente, realizando uma reação
conhecida como ligação fosfodiéster.
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Ligação fosfodiéster entre nucleotídeos da mesma fita de DNA.
O DNA é formado por diversos nucleotídeos, que possuem uma sequência (A, T, C, G) específica. Mais à
frente, veremos como essa sequência funciona e para que serve. 
Saiba mais
A estrutura do DNA se encontra em uma fita dupla. A união entre as duas fitas se dá por ligações de
hidrogênio entre as bases nitrogenadas. O RNA pode estar em fita simples ou dupla a depender da sua
função. 
Entretanto, considerando que os seres eucariotos, na maior parte do tempo, estão em fita simples, não
possuindo interações de hidrogênio entre as bases nitrogenadas, o RNA, por conta disso, é
consideravelmente mais suscetível à degradação mecânica ou por calor que o DNA. Ele é muito mais frágil e
tende a ter funções diferentes do DNA, como veremos em outro momento.
Teorias sobre a estrutura do DNA
Vamos voltar para a história. Em 1953, uma dupla de cientistas, James Watson e Francis Crick, publica um
artigo na revista Nature denominado Molecular structure of nucleic acids que apresenta uma nova proposta de
estrutura do DNA. Eles eram contrários às ideias existentes na época a respeito da estrutura.
Entre os modelos antigos, o que mais se destacou foi o de Linus Pauling. Ele acreditava que o DNA era
interligado pelos grupamentos fosfatos, formando uma coluna.
Linus Pauling
Esta é a foto tirada utilizando difração de raio-X, técnica na qual um feixe de raios atravessa uma
molécula cristalizada e mancha um filme atrás, revelando, assim, uma imagem em que esses raios X
foram difratados. É semelhante ao nosso raio-X atuais de ossos, só que com pequenas moléculas.
Já Watson e Crick, baseados em uma foto tirada por Rosalind Franklin, propuseram uma nova estrutura para
essa molécula. A estrutura era uma dupla hélice cujas bases nitrogenadas purinas se ligavam às pirimidinas no
centro da hélice espiralada, sendo muito parecida com a que usamos até hoje.
Raio-X, responsável pelas conclusões de Watson e Crick.
A estrutura tridimensional montada por Watson e Crick.
Com a estrutura do DNA resolvida e o conhecimento sobre a química dessas biomacromoléculas, faltava
agora entender a atuação e a organização delas nas células e por que eram tão importantes para justificar sua
presença no núcleo de basicamente todas as células. 
Ao longo dos anos, o conhecimento sobre o DNA e o RNA vem crescendo. 
Hoje em dia, com técnicas de sequenciamento do DNA, podemos, por exemplo, ver rapidamente se algum
indivíduo possui propensão a determinado câncer analisando a sua sequência de DNA. Começamos a ter mais
segurança e menor custo na edição genética.
No futuro, possivelmente poderemos curar doenças que sequer se manifestaram. Atualmente, inúmeras
técnicas utilizando o DNA são amplamente usadas no dia a dia. Eis alguns exemplos:
 
Quantificar o material genético que expressamos para diagnosticar doenças, como a Covid-19.
Realizar perícias criminais.
Fazer testes de ancestralidade.
Modificar outros organismos para que produzem nossas proteínas.
Existem, portanto, inúmeras possibilidades decorrentes do desenvolvimento da biologia molecular.
A origem da vida
A origem da vida sempre despertou curiosidade. Ao longo dos anos, houve diversas teorias. Enquanto
algumas se provaram erradas, outras se mantêm até hoje.
Você imagina como a vida começou? Vamos conhecer um pouco essas teorias? 
Teoria de Oparin e Haldane
Sabemos que os átomos podem fazer ligações de maneira espontânea desde que estejam em um ambiente
favorável e tenham afinidade um pelo outro, ou seja, após se ligarem, encontram uma estabilidade maior do
que a existente quando estavam separados. Assim são construídas as moléculas. 
Saiba mais
Das teorias existentes, uma delas, a de Oparin e Haldane, defendia justamente a ideia da formação
espontânea de pequenas moléculas orgânicas, as quais, com o tempo, passaram a se organizar de
maneira cada vez mais complexa até se replicarem e evoluírem, formando as células primitivas. 
Em 1953, Stanley Miller tentou provar que, desde que o ambiente fosse favorável, era possível existir a criação
espontânea de moléculas orgânicas na Terra. Ele fez um experimento no qual simulava a provável atmosfera
primitiva do planeta há cerca de 4 bilhões de anos.
No seu experimento, havia moléculas, como gás hidrogênio, metano e vapor de água, bastante comuns no
ambiente primitivo. Na presença de uma descarga elétrica, como um raio, esses gases se ligavam entre si,
formando diversas moléculas orgânicas – entre elas, os aminoácidos alanina, glicina e ácido aspártico.
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Fonte termal vulcânica,