RESUMO - PROLIFERAÇÃO CELULAR PB1

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Resumo por Emanuella Fonseca 
PROLIFERAÇÃO CELULAR 
PROBLEMA 1 
 
1) Descrever o ciclo celular destacando suas fases. 
2) Compreender a replicação do material genético. 
3) Elucidar o sistema de correção dos erros no ciclo celular. 
4) Explicar o DNA. 
 
OBJETIVO 4 
A molécula de DNA consiste em duas cadeias de nucleotídeos complementares. 
 Uma molécula de ácido desoxirribonucleico (DNA) consiste em duas longas cadeias 
polipeptídicas compostas por quatro tipos de subunidades nucleotídicas. Cada uma dessas 
cadeias é conhecida como uma cadeia de DNA, ou fita de DNA. As cadeias são antiparalelas entre 
si, e ligações de hidrogênio entre a porção base dos nucleotídeos unem as duas cadeias. 
A estrutura principal alternada de açúcar-fosfato-açúcar-fosfato, chamada de cadeia principal. 
Como apenas a base difere em cada uma das quatro subunidades nucleotídicas, cada cadeia 
polinucleotídica no DNA assemelha-se a um colar de açúcar-fosfato (cadeia principal) do qual os 
quatro tipos de contas se projetam (as bases A, C, G e T). Esses mesmos símbolos (A, C, G e T) 
normalmente são usados para representar as quatro bases. 
 
A forma na qual os nucleotídeos estão ligados confere uma polaridade química à fita de DNA. Se 
imaginarmos cada açúcar como um bloco com uma protuberância (o fosfato 5’) em um lado e 
uma cavidade (a hidroxila 3’) no outro (ver Figura 4-3), cada cadeia completa, formada por 
protuberâncias e cavidades entrelaçadas, terá todas as suas subunidades alinhadas na mesma 
orientação. Além disso, as duas extremidades da cadeia serão facilmente distinguíveis por 
apresentarem, uma delas, uma cavidade (a hidroxila 3’), e a outra, uma protuberância (o fosfato 
5’). Essa polaridade na cadeia de DNA é indicada pela denominação das extremidades como 
extremidade 3’ e extremidade 5’, nomes derivados da orientação do açúcar desoxirribose. Em 
relação à sua capacidade de carregar a informação, a cadeia de nucleotídeos em uma fita de 
DNA, sendo direcional e linear, pode ser lida quase como as letras nesta página. 
 
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Em cada um dos casos, a base mais resistente, com dois anéis (uma purina, ver Painel 2-6, p. 
100-101), forma par com uma base com um anel único (uma pirimidina). A sempre forma par 
com T, e G, com C (Figura 4-4). Esse pareamento de bases complementares permite que os pares 
de bases sejam dispostos em um arranjo energético mais favorável no interior da dupla-hélice. 
Nesse arranjo, cada par de bases possui uma largura similar, mantendo a estrutura de açúcar-
fosfato equidistante 
ao longo da molécula 
de DNA. Para otimizar 
a eficiência do 
empilhamento dos 
pares de bases, as 
duas cadeias 
principais de açúcar- -
fosfato enrolam-se 
um sobre o outro 
formando uma dupla-
hélice orientada à 
direita, completando 
uma volta a cada 10 
pares de base. 
Os membros de cada 
par de bases somente 
encaixam-se na 
dupla-hélice se as 
duas fitas da hélice 
estiverem na posição 
antiparalela – isto é, 
somente se a 
polaridade de uma 
fita estiver em 
orientação oposta à 
da outra fita. 
 
 
A estrutura do DNA fornece um mecanismo para a hereditariedade 
Como? 
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Pela natureza helicoidal dupla da sua 
estrutura: como cada fita de DNA contém 
uma sequência de nucleotídeos que é 
exatamente complementar à sequência de 
nucleotídeos da fita associada, cada fita pode 
atuar como um molde para a síntese de uma 
nova fita complementar. Em outras palavras, 
se designarmos as duas fitas de DNA com S e 
S’, a fita S pode servir como um molde para 
síntese de uma nova fita S’, enquanto a fita S’ 
pode ser usada como molde para fazer uma 
nova fita S. Ou seja, cópias fiéis. 
Processo simples no qual a fita S separa-se da 
fita S e cada fita separada atua como molde 
para a produção de novas fitas 
complementares idênticas a sua fita 
associada. 
 
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Como essa sopa de letrinhas produz mensagens? 
Se os genes são formados por DNA, este deve, de alguma forma, codificar proteínas. 
as propriedades de uma proteína – que são responsáveis pela sua função biológica – são 
determinadas pela sua estrutura tridimensional. Essa estrutura, por sua vez, é determinada pela 
sequência linear de aminoácidos que a compõe. A sequência linear de nucleotídeos em um gene 
deve, portanto, corresponder à sequência linear de aminoácidos em uma proteína. A 
correspondência exata entre as quatro letras do alfabeto de nucleotídeos do DNA e as 20 letras 
do alfabeto dos aminoácidos das proteínas – o código genético – não é óbvia a partir da 
estrutura do DNA e somente foi compreendida uma década após a descoberta da dupla-hélice. 
O conteúdo total da informação de um organismo é o seu genoma, que codifica todas as 
moléculas de RNA e proteínas que o organismo poderá sintetizar durante toda vida. 
 
Em eucariotos, o DNA é limitado ao núcleo celular 
Quase todo o DNA de uma célula eucariótica está contido em um núcleo que ocupa cerca de 
10% do volume celular total. Esse compartimento é delimitado por um envelope nuclear 
formado por duas membranas de bicamada lipídica concêntricas. 
 
O DNA CROMOSSÔMICO E SUA COMPACTAÇÃO NA FIBRA DE CROMATINA 
A função mais importante do DNA é carregar os genes, a informação que especifica todas as 
moléculas de RNA e proteínas que formam um organismo. 
O DNA nuclear dos eucariotos é dividido em cromossomos e, nesta seção, veremos como os 
genes estão organizados em cada cromossomo. 
O desafio do empacotamento do DNA: A complexa tarefa de compactar o DNA é realizada por 
proteínas especializadas que se ligam ao DNA e fazem seu enovelamento, gerando uma série de 
espirais e alças ordenadas com níveis crescentes de organização e evitam que o DNA se torne 
um emaranhado desordenado. 
 
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O DNA eucariótico é compactado em um conjunto de cromossomos 
Cada cromossomo em uma célula eucariótica consiste em uma única e enorme molécula de 
DNA linear juntamente com proteínas que enovelam e empacotam a fina fita de DNA em uma 
estrutura mais compacta. 
Além das proteínas envolvidas na compactação, os cromossomos estão associados a várias 
outras proteínas (e a diversas moléculas de RNA). Estas são necessárias para os processos de 
expressão gênica, replicação e reparo do DNA. 
O complexo que engloba o DNA e as proteínas fortemente associadas é chamado de cromatina 
(do grego, chroma, “cor”, devido às suas propriedades de coloração). 
 
Com exceção dos gametas (óvulos e espermatozoides) e uns poucos tipos celulares altamente 
especializados que não podem se multiplicar ou não possuem DNA (p. ex., os eritrócitos), ou 
tenham replicado seu DNA sem completar o ciclo de divisão celular (por exemplo os 
megacariócitos), cada núcleo celular humano contém duas cópias de cada cromossomo, uma 
herdada da mãe e outra herdada do pai. Os cromossomos maternos e paternos de um par são 
chamados de cromossomos homólogos. O único par de cromossomos não homólogos é o dos 
cromossomos sexuais do macho, onde um cromossomo Y é herdado do pai e um cromossomo 
X é herdado da mãe. Assim, cada célula humana contém um total de 46 cromossomos – 22 pares 
comuns, tanto para indivíduos masculinos quanto femininos – mais os dois cromossomos 
sexuais (X e Y nos indivíduos do sexo masculino e dois X nos indivíduos do sexo feminino). 
 
A representação dos 46 cromossomos mitóticos é chamada de cariótipo humano. Caso partes 
de cromossomos sejam perdidas ou estejam trocadas entre cromossomos, essas alterações 
podem ser detectadas tanto pela alteração no padrão de bandas ou – com maior sensibilidade 
– por alterações no padrão de coloração dos cromossomos. 
Os cromossomos contêm longas sequências de genes 
Os cromossomos carregam os genes – as unidades funcionais da hereditariedade. Um gene 
normalmente é definido como um segmento de DNA que contém as instruções paraproduzir 
uma determinada proteína (ou uma série de proteínas relacionadas), mas essa definição é muito 
limitada. Os genes que codificam proteínas são realmente a grande maioria, e a maior parte dos 
genes com fenótipos claramente mutantes caem nessa categoria. Entretanto, existem diversos 
“genes de RNA” – segmentos de DNA que originam uma molécula de RNA funcionalmente 
importante, em vez de proteínas como produto final. 
Resumo por Emanuella Fonseca 
 
A sequência nucleotídica do genoma humano mostra como nossos genes são organizados Com 
a publicação da sequência completa de DNA do genoma humano em 2004, foi possível ver em 
detalhes como os genes estão dispostos ao longo de cada um dos nossos cromossomos. 
O genoma humano (3,2 × 109 pares de nucleotídeos) é a totalidade da informação genética que 
pertence a nossa espécie. Quase todo esse genoma está distribuído pelos 22 autossomos 
diferentes e dois cromossomos sexuais encontrados dentro do núcleo. Uma fração mínima do 
genoma humano (16.569 pares de nucleotídeos – em cópias múltiplas por célula) é encontrada 
na mitocôndria. 
 
A primeira característica marcante do genoma humano é que apenas uma parte muito pequena 
(somente cerca de 1,5%) codifica proteínas (Tabela 4-1 e Figura 4-16). Também é interessante 
notar que quase metade do DNA cromossômico é formada por segmentos de DNA móveis, que 
se inseriram gradativamente nos cromossomos durante a evolução, multiplicando-se no 
genoma como parasitas. 
 
Para codificar uma proteína de tamanho médio (com cerca de 430 aminoácidos em humanos), 
são necessários apenas cerca de 1.300 pares de nucleotídeos. A maior parte da sequência 
restante no gene consiste em inúmeros segmentos de DNA não codificador que interrompem 
uma sequência relativamente curta de pequenos segmentos de DNA codificador da proteína. 
Como discutido em detalhes no Capítulo 6, as sequências codificadoras são chamadas de éxons; 
as sequências intercalantes, não codificadoras, são denominadas íntrons. 
Além dos éxons e íntrons, cada gene está associado a sequências de DNA regulador, as quais são 
responsáveis por assegurar que cada gene será ativado e desativado no devido tempo, expresso 
no nível adequado e apenas em determinados tipos celulares. 
 
Cada molécula de DNA que forma um cromossomo linear deve conter um centrômero, dois 
telômeros e origens de replicação Para formar um cromossomo funcional, uma molécula de DNA 
deve fazer mais do que simplesmente transportar os genes. Ela deve ser capaz de replicar, e as 
cópias replicadas devem ser separadas e fielmente divididas entre as duas células-filhas a cada 
divisão celular. Esse processo ocorre por meio de uma série de estágios ordenados conhecidos 
coletivamente como ciclo celular, que fornece uma separação temporal entre a duplicação dos 
cromossomos e sua separação entre as duas células-filhas. 
Resumidamente, durante a longa interfase, os genes são expressos e os cromossomos são 
replicados, e as duas réplicas são mantidas unidas formando um par de cromátides-irmãs. 
Durante esse período, os cromossomos estão estendidos e muito de sua cromatina está disposta 
no núcleo na forma de longas linhas enroladas, de modo que os cromossomos individuais não 
podem ser distinguidos facilmente. Apenas durante um período muito breve da mitose, os 
cromossomos são condensados, permitindo que as duas cromátides-irmãs sejam separadas e 
distribuídas aos núcleos-filhos. Os cromossomos altamente condensados nas células em divisão 
são denominados cromossomos mitóticos (Figura 4-18). Essa é a forma na qual os cromossomos 
são mais facilmente visualizados. 
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1. Um tipo de sequência nucleotídica atua como origem de replicação do DNA, o local em 
que a duplicação do DNA é iniciada. Os cromossomos eucarióticos contêm muitas 
origens de replicação para assegurar que todo o cromossomo seja replicado 
rapidamente. 
2. Após a replicação do DNA, as duas cromátides-irmãs que formam cada cromossomo 
permanecem unidas uma à outra e, com a progressão do ciclo celular, são mais 
condensadas para produzir cromossomos mitóticos. A presença de uma segunda 
sequência especializada de DNA, chamada de centrômero, permite que uma cópia de 
cada cromossomo duplicado e condensado seja levada para cada célula-filha no 
momento da divisão celular. Um complexo proteico chamado de cinetocoro é formado 
no centrômero e liga o fuso mitótico aos cromossomos duplicados, permitindo que eles 
sejam separados. 
3. Uma terceira sequência especializada de DNA forma os telômeros, as extremidades 
dos cromossomos. Os telômeros contêm sequências nucleotídicas repetidas que 
permitem que as extremidades dos cromossomos sejam replicadas de maneira 
eficiente. Os telômeros também desempenham uma outra função: as sequências de 
DNA repetidas, juntamente com as regiões adjacentes a elas, formam estruturas que 
evitam que as extremidades cromossômicas sejam confundidas com uma molécula de 
DNA quebrada que necessita de reparo pela célula. 
 
As três sequências de DNA necessárias para produzir um cromossomo eucariótico que pode ser 
replicado e, então, segregado de forma precisa na mitose. 
Resumo por Emanuella Fonseca 
 
As moléculas de DNA estão extremamente condensadas nos cromossomos 
Esse impressionante feito de compressão é realizado por proteínas que enrolam e enovelam o 
DNA sucessivamente em níveis cada vez mais altos de organização. 
Vimos que cada cromossomo sofre um grau de condensação extremo na fase M do ciclo celular. 
Muito menos visível, mas de enorme interesse e importância, regiões específicas dos 
cromossomos de interfase sofrem uma descondensação para permitir o acesso a sequências de 
DNA específicas para a expressão gênica, o reparo e a replicação de DNA – e então se 
recondensam após o término desses processos. 
 
Os nucleossomos são as unidades básicas da estrutura dos cromossomos eucarióticos 
As proteínas que se ligam ao DNA e formam os cromossomos eucarióticos são divididas em duas 
classes: as histonas e as proteínas cromossômicas não histonas, cada uma contribuindo com 
cerca da mesma massa no cromossomo que o DNA. O complexo dessas duas classes de proteínas 
com o DNA nuclear eucariótico é conhecido como cromatina. 
 
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As histonas são responsáveis pelo primeiro e mais básico nível de organização cromossômica, o 
nucleossomo, um complexo de DNA-proteína descoberto em 1974. Quando o núcleo interfásico 
é delicadamente rompido, e seu conteúdo examinado sob microscópio eletrônico, a maior parte 
da cromatina parece estar na forma de uma fibra com 30 nm de diâmetro (Figura 4-21A). Se essa 
cromatina for submetida a um tratamento que a desenrole parcialmente, observa-se, ao 
microscópio eletrônico, uma série de “contas em um colar” (Figura 4-21B). O colar é o DNA, e 
cada conta é uma “partícula do cerne do nucleossomo”, que consiste em DNA enrolado em um 
núcleo de histonas. 
O octâmero de histonas forma um cerne proteico ao redor do qual a fita dupla de DNA é 
enrolada. 
 
 
A estrutura da partícula do cerne do nucleossomo revela como o DNA é compactado 
As quatro histonas que formam o cerne são relativamente pequenas (contendo de 102 a 135 
aminoácidos) e apresentam um motivo estrutural comum, conhecido como enovelamento de 
histonas, formado por três a-hélices ligadas por duas alças (Figura 4-24). Na formação do 
nucleossomo, primeiro as histonas ligam-se umas às outras para formar os dímeros H3-H4 e 
H2A-H2B, e os dímeros H3-H4 combinam-se para formar tetrâmeros. Então, um tetrâmero H3-
H4 se combina a dois dímeros H2A-H2B para formar o octâmero compacto do cerne, ao redor 
do qual o DNA é enrolado. 
Quase metade dessas ligações forma-se entre os aminoácidos da estrutura das histonas e a 
cadeia principal açúcar- -fosfato do DNA. Numerosas interações hidrofóbicas e pontes salinas 
também mantêm o DNA ligado às proteínasno nucleossomo. 
Mais de um quinto dos aminoácidos em cada cerne de histonas são lisina ou arginina (dois 
aminoácidos com cadeias laterais básicas), e suas cargas positivas neutralizam a carga negativa 
da cadeia principal fosfodiéster do DNA. Essas múltiplas interações explicam, em parte, por que 
praticamente qualquer sequência de DNA pode ser ligada a um octâmero de histonas. 
Os nucleossomos possuem uma estrutura dinâmica e frequentemente estão sujeitos a 
alterações catalisadas pelos complexos de remodelagem da cromatina dependentes de ATP 
Isso ocorre porque é preciso fazer leitura e reparo. Também prejudicaria a rápida passagem das 
maquinarias de transcrição e replicação de DNA pela cromatina. Porém, experimentos de 
cinética mostraram que o DNA em um nucleossomo isolado é desenrolado a partir de cada 
extremidade a uma taxa de cerca de quatro vezes por segundo, permanecendo exposto por 10 a 
50 milissegundos antes que a estrutura parcialmente desenrolada se feche novamente. Há um 
“afrouxamento”. 
Esses complexos incluem uma subunidade que hidrolisa ATP (uma ATPase relacionada 
evolutivamente às DNA-helicases discutidas no Capítulo 5). Essa subunidade liga-se tanto à 
proteína do cerne do nucleossomo como à dupla-fita de DNA enrolada nele. Usando a energia 
da hidrólise do ATP para deslocar o DNA do cerne, esse complexo de proteínas altera, 
temporariamente, a estrutura do nucleossomo, tornando a ligação do DNA ao cerne mais livre. 
Por meio de ciclos repetidos de hidrólise de ATP que impulsionam o cerne do nucleossomo ao 
longo da dupla-hélice de DNA, os complexos de remodelagem podem catalisar o deslizamento 
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dos nucleossomos. Dessa forma, eles podem reposicionar os nucleossomos para expor regiões 
específicas do DNA, tornando-as acessíveis a outras proteínas na célula (Figura 4-26). Além disso, 
pela cooperação com uma variedade de outras proteínas que ligam-se às histonas e atuam como 
chaperonas de histonas, alguns complexos de remodelagem são capazes de remover todo ou 
partes do cerne do nucleossomo. 
Normalmente, os nucleossomos são condensados para formar uma fibra de cromatina 
compacta Embora cordões de nucleossomos extremamente longos sejam formados no DNA 
cromossômico, a cromatina de uma célula viva raramente apresenta a forma de “colar de 
contas”. Na verdade, os nucleossomos são compactados uns em cima dos outros, produzindo 
arranjos nos quais o DNA encontra-se altamente condensado. Assim, quando o núcleo é 
delicadamente lisado e colocado na tela de microscopia eletrônica, uma grande parte da 
cromatina é vista na forma de uma fibra. 
 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DA CROMATINA 
Como a memória celular resultante é fundamentada em uma estrutura de cromatina herdada e 
não em alterações da sequência de DNA, essa é uma forma de herança epigenética. O prefixo 
epi, do grego “em cima”, é apropriado porque a epigenética representa uma forma de herança 
que se sobrepõe à herança genética com base no DNA. 
 
A heterocromatina é altamente organizada e restringe a expressão gênica 
: uma forma altamente condensada, chamada de heterocromatina, e todo o resto, uma forma 
menos condensada, chamada de eucromatina. A heterocromatina representa uma forma 
compacta especial (ver Figura 4-9), e ainda há muito a ser entendido sobre suas propriedades 
moleculares. Ela é grandemente concentrada em algumas regiões especializadas, 
particularmente nos centrômeros e telômeros 
Portanto, a heterocromatina não deve ser considerada simplesmente como uma forma de 
isolamento do DNA “morto”, e sim como um modo de descrever domínios compactos de 
cromatina que possuem em comum a característica de ser anormalmente resistentes à 
expressão gênica. 
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O estado da heterocromatina é autopropagável 
observações, juntas, levam a uma estratégia fundamental da formação da heterocromatina: 
heterocromatina gera mais heterocromatina. Esse mecanismo de retorno positivo pode atuar 
tanto no espaço, causando a propagação do estado de heterocromatina pelo cromossomo, 
como no tempo, por meio das gerações, propagando o estado de heterocromatina da célula-
mãe às células-filhas. O desafio é explicar os mecanismos moleculares que dirigem esse 
surpreendente comportamento. 
As histonas do cerne são modificadas covalentemente em vários sítios diferentes 
A cromatina adquire mais variedade pela inserção sítio-específica de um pequeno conjunto de 
variantes de histonas 
Além das quatro histonas-padrão do cerne altamente conservadas, os eucariotos contêm 
algumas variantes de histonas que podem formar os nucleossomos. Essas histonas estão 
presentes em quantidades muito pequenas comparadas às histonas principais e foram bem 
menos conservadas durante a evolução. Variantes de histonas são conhecidas para todas as 
histonas do cerne, exceto H4. 
As histonas principais são sintetizadas especialmente durante a fase S do ciclo celular e 
montadas nos nucleossomos das duplas-hélices de DNA das células-filhas logo atrás da forquilha 
de replicação. 
Em contraste, a maior parte das variantes de histonas é sintetizada durante a interfase. Elas 
normalmente são inseridas na cromatina já formada, o que requer um processo de troca de 
histonas catalisado pelos complexos de remodelagem dependentes de ATP. 
 
A ESTRUTURA GLOBAL DOS CROMOSSOMOS 
A estrutura da cromatina interfásica é fluida e frequentemente sofre alterações em resposta às 
necessidades da célula. 
Os cromossomos são dobrados em grandes alças de cromatina 
Entretanto, a maior parte do DNA não está nas alças, mas condensada no eixo do cromossomo, 
onde os genes normalmente não são expressos. Parece que os cromossomos de interfase de 
todos os eucariotos estão organizados em alças de maneira semelhante. Embora essas alças em 
geral sejam muito pequenas e frágeis para serem observadas ao microscópio óptico, outros 
métodos podem ser usados para inferir sua presença. 
Os cromossomos politênicos de Drosophila fornecem um bom ponto de partida para a análise 
de como a cromatina é organizada em larga escala. Na seção anterior, vimos que existem várias 
formas de cromatina, cada uma contendo nucleossomos com diferentes combinações de 
histonas modificadas. Grupos específicos de proteínas não histonas se associam aos 
nucleossomos e afetam a função biológica de várias maneiras. 
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As alças de cromatina são descondensadas quando os genes nelas contidos são expressos 
A cromatina pode se mover para sítios específicos dentro do núcleo para alterar a expressão 
gênica Uma variedade de diferentes tipos de experimentos concluiu que a posição de um gene 
no interior do núcleo é alterada quando este é muito expresso. Assim, uma região que torna-se 
ativamente transcrita às vezes é encontrada fora de seu território cromossômico, como se fosse 
uma alça distendida. 
O nucléolo é o local da célula destinado à formação da subunidade ribossômica, bem como o 
sítio onde muitas outras reações especializadas ocorrem (ver Figura 6-42): ele consiste em uma 
rede de RNAs e proteínas concentradas em torno dos genes de RNA ribossômico que estão 
sendo ativamente transcritos. Em eucariotos, o genoma contém inúmeras cópias dos genes de 
RNA ribossômico, que, embora normalmente apresentem-se juntos em um único nucléolo, 
estão muitas vezes separados em diversos cromossomos. Uma diversidade de organelas menos 
óbvias também está localizada no núcleo. Por exemplo, estruturas esféricas chamadas de corpos 
de Cajal e aglomerados de grânulos de intercromatina são encontrados na maior parte de células 
de plantas e animais (Figura 4-57). Da mesma forma que o nucléolo, essas organelas são 
compostas por proteínas específicas e moléculas de RNA que se ligam entre si formando redes 
altamente permeáveis a outras proteínas e moléculas de RNA no nucleoplasma das 
proximidades. 
Tais estruturas podem originar ambientes bioquímicosdistintos pela imobilização de 
determinados tipos de macromoléculas, assim como fazem as proteínas e moléculas de RNA 
associadas aos poros nucleares e ao envelope nuclear. 
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Alterações no genoma são causadas por falhas nos mecanismos normais que copiam e mantêm 
o DNA e por elementos de DNA transponíveis 
A evolução depende de acidentes e erros seguidos de sobrevivência não aleatória. A maioria das 
alterações genéticas que ocorrem simplesmente resulta de falhas nos mecanismos normais 
pelos quais os genomas são copiados e corrigidos quando danificados, embora o movimento 
dos elementos transponíveis de DNA (discutidos abaixo) também desempenhe uma função 
importante. 
Erros na replicação do DNA, na recombinação ou no reparo do DNA podem causar tanto 
alterações locais simples na sequência de DNA – as chamadas mutações pontuais, como a 
substituição de um par de base por outro – quanto rearranjos genômicos de larga escala, como 
as deleções, duplicações, inversões e translocações de DNA de um cromossomo para outro. 
 
OBJETIVO 3 
Replicação, reparo e recombinação do DNA 
MANUTENÇÃO DAS SEQUÊNCIAS DE DNA 
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Como mencionado anteriormente, embora alterações genéticas ocasionais aumentem a 
sobrevivência em longo prazo de uma espécie durante a evolução, a sobrevivência de um 
indivíduo necessita de alto grau de estabilidade genética. Raramente os processos de 
manutenção do DNA celular falham, resultando em uma alteração permanente no DNA. Tal 
alteração é chamada de mutação, podendo destruir um organismo se ocorrer em uma posição 
vital na sequência do DNA. 
As taxas de mutação são extremamente baixas. 
Taxas de mutação baixas são necessárias à vida que conhecemos. Como a maioria das mutações 
é prejudicial, nenhuma espécie pode permitir seu acúmulo em altas taxas nas células 
germinativas 
As células de um animal ou planta com reprodução sexual são de dois tipos: células germinativas 
e células somáticas. As células germinativas transmitem a informação genética do progenitor 
aos seus descendentes; as células somáticas formam o corpo do organismo 
As alterações nucleotídicas em células somáticas podem gerar células variantes, algumas das 
quais, pela seleção natural “local”, proliferam-se rapidamente às custas do resto do organismo. 
Em casos extremos, o resultado é a proliferação celular descontrolada conhecida como câncer 
MECANISMOS DE REPLICAÇÃO DO DNA 
Esse processo exige a separação da hélice de DNA em duas fitas-molde e implica no 
reconhecimento, de cada nucleotídeo nas fitas-molde de DNA, por um nucleotídeo 
complementar livre (não polimerizado). Essa separação expõe os grupos doador e aceptor das 
ligações de hidrogênio em cada base do DNA, permitindo o pareamento com o nucleotídeo livre 
a ser incorporado e alinhando-o para a polimerização catalisada pela enzima na nova cadeia de 
DNA. A primeira enzima que polimeriza nucleotídeos, a DNA-polimerase, foi descoberta em 
1957. Os nucleotídeos livres que servem como substratos para essa enzima são 
desoxirribonucleosídeos trifosfato, e sua polimerização requer um molde de DNA de fita 
simples. 
 
A forquilha de replicação de DNA é assimétrica Durante a replicação do DNA na célula, cada 
uma das duas fitas originais atua como um molde para a formação de uma fita inteiramente 
nova. Como cada uma das duas células- -filhas resultantes da divisão celular herda uma nova 
dupla-hélice de DNA formada por uma fita original e uma fita nova (Figura 5-5), diz-se que a 
replicação da dupla-hélice de DNA é produzida de forma “semiconservativa”. 
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Na forquilha de replicação, um complexo multienzimático que contém a DNA-polimerase 
sintetiza o DNA das duas fitas novas. Inicialmente, o mecanismo mais simples para a replicação 
do DNA parecia ser o crescimento contínuo das duas fitas, nucleotídeo a nucleotídeo, na 
forquilha de replicação, à medida que esta se desloca de uma extremidade à outra de uma 
molécula de DNA. No entanto, devido à orientação antiparalela das duas fitas de DNA na dupla-
hélice (ver Figura 5-2), esse mecanismo necessitaria que uma das fitas fosse polimerizada na 
direção 5 -3 e a outra na direção 3 -5 . Uma forquilha desse tipo requer duas enzimas DNA-
polimerase diferentes. Entretanto, apesar de ser um modelo atraente, as DNA-polimerases nas 
forquilhas de replicação somente podem sintetizar na direção 5 -3 . 
Esse experimento revelou a existência de segmentos transitórios com 1.000 a 2.000 
nucleotídeos de comprimento, geralmente conhecidos como fragmentos de Okazaki, presentes 
na forquilha de replicação crescente 
Foi demonstrado que os fragmentos de Okazaki são polimerizados apenas na cadeia de direção 
5 -3 e são unidos após sua síntese, formando longas cadeias de DNA. Assim, a forquilha de 
replicação possui uma estrutura assimétrica (Figura 5-7). A fita-filha de DNA sintetizada 
continuamente é denominada fita-líder, ou fita contínua. Sua síntese precede levemente a 
síntese da fita-filha sintetizada de modo descontínuo, conhecida como fita retardada, ou fita 
descontínua. Na fita retardada, a direção da polimerização dos nucleotídeos é oposta à direção 
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do crescimento da cadeia de DNA. A síntese dessa fita pelo mecanismo descontínuo e “ao 
contrário” significa que apenas o tipo de DNA-polimerase 5 para 3 é utilizado na replicação 
de DNA 
A alta fidelidade da replicação do DNA requer diversos mecanismos de correção 
Se a DNA-polimerase não fizesse nada quando um pareamento errado ocorresse entre o DNA-
molde e o desoxirribonucleotídeo recém-polimerizado, o nucleotídeo errado seria incorporado 
à cadeia nascente de DNA, produzindo mutações frequentes. A alta fidelidade da replicação do 
DNA depende, dessa forma, não apenas do pareamento entre as bases complementares, mas 
também de vários mecanismos de “correção” que atuam de forma sequencial para corrigir 
qualquer pareamento incorreto que possa ter ocorrido 
 
A DNA-polimerase realiza a primeira etapa da correção e ocorre imediatamente antes da adição 
covalente de um novo nucleotídeo à cadeia crescente. O nucleotídeo correto tem uma maior 
afinidade pela polimerase em movimento em comparação ao incorreto, porque o pareamento 
correto é energeticamente mais favorável. Além disso, após a ligação do nucleotídeo, mas antes 
da sua ligação covalente à cadeia crescente, a enzima precisa sofrer uma alteração 
conformacional que promove um ajuste desse “encaixe” em torno do sítio ativo (ver Figura 5-
4). Como essa alteração ocorre mais prontamente com o pareamento correto do que com o 
incorreto, a polimerase pode verificar novamente a geometria exata do pareamento de bases 
antes de catalisar a adição do novo nucleotídeo. 
A próxima reação de correção de erro, conhecida como correção exonucleolítica, ocorre 
imediatamente após os raros casos em que um nucleotídeo incorreto é covalentemente 
adicionado à cadeia crescente. 
As DNA-polimerases são altamente específicas para os tipos de cadeias de DNA que alongam: 
elas necessitam de um pareamento de bases previamente formado, com extremidade 3 -OH, 
de uma fita iniciadora (iniciador) (ver Figura 5-4). Essas moléculas de DNA com um 
malpareamento (pareamento impróprio) de nucleotídeos na extremidade 3 -OH da fita 
iniciadora não servem como molde eficiente porque a polimerase tem dificuldades em alongar 
a fita. As moléculas de DNA-polimerase corrigem essas fitas iniciadoras com pareamentos 
incorretos por um sítio catalítico separado (em uma subunidade separada ou em um domínio 
separado da molécula, dependendo da polimerase). Essa exonuclease de correção de erro 3 -
5 remove qualquer nucleotídeo não pareado ou mal pareado na extremidade do iniciador, 
Resumo por Emanuella Fonseca 
continuando até que um número suficiente de nucleotídeos tenha sido removido, e daí 
regenerar uma extremidadeterminal 3 -OH corretamente pareada capaz de iniciar a síntese de 
DNA. Dessa forma, a DNA-polimerase atua como uma enzima de “autocorreção”, que remove 
seus próprios erros de polimerização conforme se desloca pelo DNA 
 
As RNA-polimerases são capazes de iniciar novas cadeias polinucleotídicas sem um iniciador. 
Uma enzima especial de polimerização de nucleotídeos sintetiza pequenas moléculas de 
iniciadores de RNA na fita retardada 
Na fita-líder, apenas um iniciador é necessário para o início da replicação: uma vez que a 
forquilha de replicação esteja estabelecida, a DNA-polimerase é continuamente apresentada à 
extremidade da cadeia com o pareamento ao qual irá adicionar novos nucleotídeos. No lado 
descontínuo da forquilha, por outro lado, cada vez que a DNA- -polimerase completa um 
pequeno fragmento de Okazaki (o que leva alguns segundos), ela deve novamen 
Um mecanismo especial produz uma fita iniciadora complementar necessária à DNA-
polimerase. Esse mecanismo depende de uma enzima chamada de DNA-primase, que utiliza 
ribonucleosídeos trifosfato para sintetizar pequenos iniciadores de RNA na fita retardada 
. A síntese de cada fragmento de Okazaki termina quando a DNA-polimerase encontra o iniciador 
de RNA ligado à extremidade 5 do fragmento anterior. Para produzir uma cadeia contínua de 
DNA a partir de vários fragmentos na fita retardada, um sistema especial de reparo atua 
rapidamente para retirar o iniciador de RNA e substituí-lo por DNA 
A seguir, uma enzima chamada de DNA-ligase liga a extremidade 3 do novo fragmento de DNA 
à extremidade 5 do fragmento anterior, completando o processo (Figura 
Por que um iniciador de RNA, que necessita ser removido, é preferível no lugar de um iniciador 
de DNA, que não teria a necessidade de remoção? O argumento de que uma polimerase 
autocorretiva não seria capaz de iniciar cadeias de novo também implica o contrário: uma 
enzima que inicia cadeias de modos diferentes não pode ser eficiente em autocorreção. E 
 
As DNA-helicases foram primeiramente isoladas como proteínas que hidrolisam adenosina 
trifosfato (ATP, adenosine triphosphate) quando ligadas a cadeias simples de DNA. Como 
descrito no Capítulo 3, a hidrólise do ATP pode alterar a conformação de uma molécula proteica 
de maneira cíclica, permitindo o trabalho mecânico executado pela proteína. 
As proteínas ligadoras de fita simples de DNA (SSB, single strand DNA-binding), também 
denominadas proteínas desestabilizadoras de hélices, ligam-se fortemente e de maneira 
cooperativa para expor fitas simples de DNA sem encobrir suas bases, que permanecem 
disponíveis como moldes. E 
Resumo por Emanuella Fonseca 
 
 
Um ensaio para as enzimas DNA-helicases. Um pequeno fragmento de DNA é hibridizado a uma longa molécula de 
DNA de fita simples, formando uma região de DNA de fita dupla. A dupla-hélice é desfeita à medida que a helicase 
passa pelo DNA de fita simples, liberando o pequeno fragmento de DNA em uma reação que requer a presença da 
proteína helicase e de ATP. O movimento sequencial rápido da helicase é promovido pela hidrólise de ATP (mostrada 
esquematicamente na Figura 3-75A). Como indicado, várias DNA-helicases são compostas por seis subunidades. 
 
Uma cinta deslizante mantém a DNA-polimerase em movimento sobre o DNA 
A tendência à rápida dissociação da molécula de DNA permite que a DNA-polimerase que recém 
terminou a síntese de um fragmento de Okazaki na fita retardada seja reciclada rapidamente e 
possa iniciar a síntese do próximo fragmento de Okazaki na mesma fita. 
. Essa rápida dissociação, entretanto, dificultaria a síntese, pela DNA-polimerase, de longas fitas 
produzidas na forquilha de replicação caso não houvesse uma proteína acessória (chamada de 
PCNA em eucariotos) que atuasse como uma cinta deslizante. Essa cinta mantém a polimerase 
firmemente associada ao DNA enquanto está em movimento, mas a libera tão logo a polimerase 
encontre uma região de DNA de fita dupla. 
 
Na forquilha de replicação, as proteínas cooperam para formar uma maquinaria de replicação 
Na frente da forquilha de replicação, a DNA-helicase abre a dupla-hélice de DNA. Duas moléculas 
de DNA-polimerase trabalham na forquilha uma na fita-líder, e outra na fita retardada. Enquanto 
a molécula de DNA-polimerase na fita-líder pode operar de modo contínuo, a molécula de DNA-
Resumo por Emanuella Fonseca 
polimerase na fita retardada deve reiniciar em intervalos curtos, utilizando os pequenos 
iniciadores de RNA produzidos pela DNA- -primase. A íntima associação de todos esses 
componentes proteicos aumenta bastante a eficiência da replicação, sendo possível graças à 
conformação da fita retardada que parece enovelar-se para trás como mostra a Figura 5-18A. 
Esse arranjo também facilita a formação da cinta da polimerase cada vez que um fragmento de 
Okazaki é sintetizado: o montador da cinta e a molécula de DNA-polimerase da fita retardada 
são mantidos unidos como parte da maquinaria proteica mesmo quando dissociados do DNA-
molde. As proteínas da replicação são, portanto, mantidas unidas formando uma única unidade 
de grande tamanho (massa molecular total > 106 dáltons), permitindo que o DNA seja 
sintetizado dos dois lados da forquilha de modo eficiente e coordenado. 
 
Um sistema de reparo de pareamento incorreto remove erros de replicação que escapam da 
maquinaria de replicação 
Esse sistema de reparo de pareamento incorreto detecta o potencial de distorção na hélice de 
DNA que resulta da interação incorreta entre bases não complementares. Se o sistema de 
correção simplesmente reconhecesse um malpareamento no DNA recém-sintetizado e 
corrigisse de forma aleatória qualquer um dos dois nucleotídeos, o sistema “corrigiria” 
erroneamente o molde original da metade dos casos e, portanto, não reduziria a taxa total de 
erros. Para ser eficiente, esse sistema deve ser capaz de diferenciar e remover o nucleotídeo 
incorreto apenas na fita recém-sintetizada, onde o erro ocorreu. 
A fita retardada de DNA recém-sintetizada contém quebras temporárias (antes de serem unidas 
pela DNA-ligase), e essas quebras (também chamadas quebras de fita-simples) fornecem o sinal 
que direciona o sistema de correção de malpareamento à fita correta. Essa estratégia requer 
que as fitas de DNA recém-sintetizadas na fita-líder também sejam transitoriamente clivadas; 
ainda não está claro como isso ocorre. 
 
 
Resumo por Emanuella Fonseca 
As DNA-topoisomerases evitam o 
emaranhamento do DNA durante a 
replicação 
O deslocamento da forquilha de 
replicação ao longo da fita dupla de 
DNA cria o chamado “problema do 
enrolamento”. As duas fitas parentais, 
que estão enroladas uma sobre a 
outra, devem ser desenroladas e 
separadas para ocorrer a replicação. 
Para cada 10 pares de nucleotídeos 
replicados na forquilha, uma volta 
completa na dupla-hélice parental 
deve ser desenrolada. Em princípio, 
esse desenrolamento pode ser obtido 
pela rotação acelerada de todo 
cromossomo à frente da forquilha em 
movimento; contudo, isso é muito 
desfavorável energeticamente (em 
especial em cromossomos longos) e, 
pelo contrário, o DNA à frente da forquilha de replicação torna-se supertorcido (Figura 5–20). 
Essa supertorção, por sua vez, é continuamente aliviada por proteínas conhecidas como DNA-
topoisomerases. 
 
Uma DNA-topoisomerase pode ser entendida como uma nuclease reversível que se liga 
covalentemente a um fosfato da cadeia principal do DNA, clivando uma ligação fosfodiéster na 
fita de DNA. Essa reação é reversível, e a ligação fosfodiéster é regenerada quando a proteína é 
liberada. Um tipo de topoisomerase, chamado de topoisomerase I, produz uma clivagem 
temporária na fita simples; essa quebra na cadeia permite que as duas porções da hélice de 
DNA, formadas dos dois lados da quebra, girem livremente uma em relação à outra, usando a 
ligação fosfodiéster na fita oposta à quebra como ponto desuporte para a rotação (Figura 5-21). 
Qualquer tensão na hélice de DNA irá ditar a rotação na direção que alivia essa tensão. Como 
resultado, a replicação pode ocorrer com a rotação de pequenos segmentos da hélice – a porção 
logo à frente da forquilha. Como a ligação covalente que une a proteína DNA-topoisomerase ao 
fosfato do DNA mantém a energia da clivagem da ligação fosfodiéster, a religação é rápida e não 
requer fornecimento adicional de energia. 
 
Um segundo tipo de DNA-topoisomerase, a topoisomerase II, forma uma ligação covalente com 
ambas as fitas da hélice de DNA ao mesmo tempo, formando uma quebra de fita dupla 
temporária na hélice. Essas enzimas são ativadas em sítios nos cromossomos onde duas duplas 
hélices foram cruzadas uma sobre a outra como as produzidas por superespirais à frente de uma 
Resumo por Emanuella Fonseca 
forquilha de replicação (ver Figura 5-20). Uma vez 
que a molécula de topoisomerase II liga-se a um 
desses sítios de cruzamento, a proteína utiliza a 
hidrólise do ATP para executar, de maneira 
eficiente, um conjunto de reações: (1) clivagem 
reversível de uma dupla-hélice, criando uma 
“abertura” no DNA; (2) passagem da segunda 
dupla-hélice, que está próxima, pela abertura; e 
(3) religação da quebra e dissociação do DNA. 
Nos pontos de entrecruzamento produzidos pela 
superespiral, a passagem da dupla-hélice pela 
abertura ocorre na direção que reduz a espiral. 
Desta forma, as topoisomerases do tipo II podem 
aliviar a tensão do superenrolamento formada à 
frente da forquilha. Seu mecanismo de reação 
também permite que as topoisomerases do tipo 
II separem dois círculos entrelaçados de DNA de 
maneira eficiente. 
 
 
Existem mais componentes proteicos na 
maquinaria de replicação eucariótica em 
comparação aos seus análogos em bactérias, 
apesar de as funções básicas serem as mesmas. 
Assim, por exemplo, a proteína SSB eucariótica é 
formada por três subunidades, enquanto apenas 
uma única subunidade é encontrada em 
bactérias. Da mesma forma, a DNA-primase 
eucariótica é incorporada em uma enzima com 
múltiplas subunidades que também contém a 
polimerase, chamada de DNA-polimerase a-primase. Esse complexo proteico inicia cada 
fragmento de Okazaki na fita retardada com o RNA e estende, então, o iniciador de RNA com 
um pequeno segmento de DNA. Nesse ponto, as duas principais DNA-polimerases replicativas 
eucarióticas, Pold e Pol , entram em ação: Pold completa cada fragmento de Okazaki na fita 
retardada e Pol alonga a fita-líder. 
A replicação do DNA necessita da cooperação de várias proteínas, incluindo (1) a DNA-
polimerase e a DNA-primase, que catalisam a polimerização dos nucleosídeos trifosfato; (2) 
as DNA-helicases e as proteínas ligadoras de DNA de fita simples (SSB), que auxiliam na 
abertura da dupla-hélice para permitir que as fitas sejam copiadas; (3) a DNA-ligase e uma 
enzima que degrada os iniciadores de RNA, para ligar os fragmentos descontínuos de DNA 
formados na fita retardada, e (4) as DNA-topoisomerases, que aliviam a tensão causada pelo 
enrolamento helicoidal e os problemas de emaranhamento do DNA. Muitas dessas proteínas 
associam-se entre si na forquilha de replicação, formando uma “maquinaria de replicação” 
altamente eficiente, em que as atividades e os movimentos espaciais dos componentes 
individuais são coordenados. 
Resumo por Emanuella Fonseca 
 
A síntese de DNA inicia na origem de replicação 
Para iniciar a replicação do DNA, a dupla-hélice deve primeiramente ser aberta e as duas fitas 
separadas para expor as bases não pareadas. Como veremos, o processo de replicação de DNA 
é iniciado por proteínas iniciadoras especiais 
As posições onde a hélice inicialmente é aberta são chamadas de origens de replicação (Figura 
5-23). Em células simples, como bactérias e leveduras, as origens são determinadas por 
sequências de DNA formadas por várias centenas de pares de nucleotídeos. Esse DNA contém 
pequenas sequências de DNA que atraem as proteínas iniciadoras e segmentos de DNA 
especialmente fáceis de separar. Vimos na Figura 4-4 que o par de base A-T é unido por menos 
ligações de hidrogênio do que o par G-C. Portanto, segmentos de DNA ricos em pares de bases 
A-T são relativamente mais fáceis de serem separados, e essas regiões de DNA ricas em pares 
A-T estão normalmente presentes nas origens de replicação. 
 
Os cromossomos eucarióticos contêm múltiplas origens de replicação 
Vimos como, nas bactérias, duas forquilhas de replicação são formadas em uma única origem 
de replicação. Essas forquilhas procedem em direções opostas, distanciando-se da origem até 
que todo o DNA contido em um único cromossomo circular seja replicado. O genoma bacteriano 
é relativamente pequeno, levando cerca de 30 minutos para ser totalmente duplicado a partir 
Resumo por Emanuella Fonseca 
das duas forquilhas. Como os cromossomos eucarióticos são muito maiores, uma estratégia 
diferente é utilizada para permitir sua replicação em um tempo hábil. 
Experimentos desse tipo demonstraram o seguinte: (1) De 30 mil a 50 mil origens de replicação 
são utilizadas cada vez que uma célula humana se divide. (2) O genoma humano possui muitas 
outras origens em potencial (talvez 10 vezes mais), e diferentes tipos celulares usam diferentes 
combinações de origens. Isso pode permitir que a célula coordene suas origens ativas com 
outras características de seus cromossomos como a expressão seletiva de seus genes. O excesso 
de origens também fornece “reserva de segurança” caso a origem principal falhe. (3) Como nas 
bactérias, as forquilhas de replicação 
A replicação de DNA em eucariotos ocorre apenas durante uma etapa do ciclo celular Durante 
o crescimento rápido, as bactérias replicam o seu DNA quase de forma contínua. Em contraste, 
a replicação do DNA na maioria das células eucarióticas ocorre apenas durante uma parte do 
ciclo de divisão celular, chamada de fase de síntese de DNA, ou fase S. 
As quatro fases sucessivas de um ciclo celular padrão em eucariotos. Durante as fases G1, S e 
G2, a célula cresce continuamente. Na fase M o crescimento para, ocorre a divisão nuclear e a 
célula se divide em duas. A replicação do DNA é limitada à parte do ciclo celular conhecida como 
fase S. G1 é o intervalo entre as fases M e S; G2 é o intervalo entre as fases S e M. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Resumo por Emanuella Fonseca 
INTERMEDIARIA PB1 
Como as células leem o genoma: do DNA à proteína 
 
DO DNA AO RNA A transcrição e a tradução são 
os meios pelos quais as células leem, ou 
expressam, as instruções genéticas de seus 
genes. Como muitas cópias idênticas de RNA 
podem ser produzidas a partir do mesmo gene, 
e como cada molécula de RNA pode promover a 
síntese de várias moléculas idênticas de 
proteína, as células podem, quando necessário, 
sintetizar uma grande quantidade de proteína a 
partir de um simples gene. 
As moléculas de RNA são fitas simples A primeira 
etapa executada pela célula para ler a 
informação necessária a partir de suas 
instruções genéticas é a cópia de um segmento 
específico da sequência de nucleotídeos do DNA 
– um gene – sob a forma de uma sequência de 
nucleotídeos de RNA (Figura 6-4). A informação 
na forma de RNA, embora copiada em uma 
forma química distinta, ainda é escrita 
essencialmente na mesma linguagem do DNA – 
a linguagem de uma sequência de nucleotídeos. 
Por isso, o nome dado para a produção de 
moléculas de RNA a partir do DNA é transcrição. 
 
Assim como o DNA, o RNA é um polímero linear composto por quatro tipos diferentes de 
subunidades nucleotídicas unidas entre si por ligações fosfodiéster (ver Figura 6-4). O RNA difere 
quimicamente do DNA em dois aspectos: (1) os nucleotídeos do RNA são ribonucleotídeos – isto 
é, eles contêm o açúcar ribose (de onde vem o nome ácido ribonucleico) em vez de 
desoxirribose; (2) embora, assim como o DNA, oRNA contenha as bases adenina (A), guanina 
(G) e citosina (C), ele contém a base uracila (U), em vez da timina (T), que ocorre no DNA (Figura 
6-5). Uma vez que U, assim como T, pode formar pares pelo estabelecimento de ligações de 
hidrogênio com A (Figura 6-6), as propriedades de complementaridade por pareamento de 
bases descritas para o DNA nos Capítulos 4 e 5 também se aplicam ao RNA (no RNA, G forma 
par com C, e A forma par com U). No entanto, é possível encontrar outros tipos de pareamento 
de bases no RNA: por exemplo, G ocasionalmente forma par com U. 
Resumo por Emanuella Fonseca 
 
A transcrição produz 
uma molécula de 
RNA complementar a 
uma das fitas do DNA 
Todo o RNA de uma 
célula é produzido a 
partir da transcrição 
do DNA, em um 
processo que 
apresenta certas 
similaridades em 
relação ao processo 
de replicação do DNA, 
discutido no Capítulo 
5. A transcrição inicia 
com a abertura e a 
desespiralização de 
uma pequena porção 
da dupla-hélice de DNA, o que expõe as bases em cada fita do DNA. 
Quando um pareamento adequado é estabelecido (A com T, U com A, G com C e C com G), o 
ribonucleotídeo a ser incorporado é covalentemente ligado à cadeia de RNA em formação, 
através de uma reação catalisada enzimaticamente. A cadeia de RNA produzida por transcrição 
– o transcrito – é, a seguir, aumentada 1 nucleotídeo por vez e possui uma sequência de 
nucleotídeos exatamente complementar à fita de DNA utilizada como molde (Figura 6-8). No 
entanto, a transcrição difere da replicação de DNA em vários aspectos importantes. 
Diferentemente de uma fita de DNA recém-formada, a fita de RNA não permanece ligada à fita 
de DNA-molde por ligações de hidrogênio. Em um ponto situado imediatamente após a região 
onde os ribonucleotídeos foram adicionados, a cadeia de RNA é deslocada, e a hélice de DNA se 
reassocia. Assim, as moléculas de RNA produzidas pela transcrição são liberadas do DNA-
molde sob a forma de fita simples. Além disso, como essas moléculas de RNA são copiadas 
apenas de uma região definida do DNA, as moléculas de RNA são muito menores que as 
moléculas de DNA.. 
 
RNA-polimerases realizam a transcrição 
As enzimas que realizam a transcrição são denominadas RNA-polimerases. Assim como a DNA-
polimerase catalisa a replicação do DNA, as RNA-polimerases catalisam a formação de ligações 
fosfodiéster que conectam os nucleotídeos entre si formando uma cadeia linear. A RNA-
polimerase se desloca passo a passo sobre o DNA, desespiralizando a dupla-hélice à frente do 
sítio ativo de polimerização e expondo, dessa forma, uma nova região da fita-molde para o 
pareamento de bases complementares. Dessa maneira, a cadeia de RNA em formação é 
estendida, nucleotídeo a nucleotídeo, na direção de 5’ para 3’. Os substratos são 
ribonucleosídeos trifosfato (ATP, CTP, UTP e GTP); assim como na replicação do DNA, a hidrólise 
de ligações altamente energéticas fornece a energia necessária para promover a reação. 
Resumo por Emanuella Fonseca 
 
Apesar de a RNA-polimerase catalisar essencialmente a mesma reação química que a DNA-
polimerase, existem algumas diferenças importantes entre essas duas enzimas. 
 Primeiramente, e mais óbvio, a RNA-polimerase catalisa a ligação de ribonucleotídeos, 
e não de desoxirribonucleotídeos. 
 Segundo, ao contrário das DNA-polimerases envolvidas na replicação de DNA, as RNA-
polimerases podem começar a síntese de uma cadeia de RNA sem um iniciador. 
Acredita-se que essa diferença seja possível porque a transcrição não necessita ser tão 
exata quanto a replicação do DNA (pois o RNA não armazena de modo permanente a 
informação genética nas células). 
 Por fim, diferentemente das DNA-polimerases, que fazem seus produtos em segmentos 
posteriormente unidos, as RNA-polimerases são absolutamente processuais; isto é, a 
mesma RNA-polimerase que inicia uma molécula de RNA deve terminar sua síntese sem 
dissociação do molde de DNA. 
Se um ribonucleotídeo incorreto for adicionado à cadeia de RNA em formação, a polimerase 
pode retroceder e o sítio ativo da enzima pode realizar uma reação de excisão que é semelhante 
ao procedimento reverso da reação de polimerização, exceto que uma molécula de água 
substitui o pirofosfato e um nucleosídeo monofosfato é liberado. 
 
As células produzem diferentes categorias de moléculas de RNA 
A maioria dos genes presentes no DNA das células especifica a sequência de aminoácidos de 
proteínas; as moléculas de RNA que são copiadas a partir desses genes (e que 
consequentemente promovem a síntese de proteínas) são chamadas de moléculas de RNA 
mensageiro (mRNA). 
O produto final de outros genes, entretanto, é a própria molécula de RNA. Esses RNAs são 
conhecidos como RNAs não codificadores, pois eles não codificam proteínas. 
 
Os seres humanos provavelmente produzem em torno de 10 mil moléculas de RNA não 
codificador. Tais moléculas de RNA, assim como as proteínas, servem como componentes 
estruturais, reguladores e enzimáticos para uma ampla gama de processos na célula. No Capítulo 
5 encontramos um deles atuando como o molde carregado pela enzima telomerase. 
Resumo por Emanuella Fonseca 
 
 
A iniciação da transcrição nos eucariotos requer várias proteínas 
Em contraste com as bactérias, que contêm um único tipo de RNA-polimerase, os núcleos 
eucarióticos têm três: 
RNA-polimerase I, RNA-polimerase II e RNA-polimerase III. 
As três polimerases são estruturalmente similares entre si e compartilham algumas 
subunidades, mas transcrevem diferentes categorias de genes (Tabela 6-2). 
 As RNA-polimerases I e III transcrevem os genes que codificam RNA de transferência, 
RNA ribossômico e vários pequenos RNAs. 
 A RNA-polimerase II transcreve a grande maioria dos genes, inclusive todos aqueles 
que codificam proteínas; assim, nossa discussão subsequente será focada nessa 
enzima. 
 
 
A RNA-polimerase II requer um conjunto de fatores gerais de transcrição 
Resumo por Emanuella Fonseca 
 
PS.: Quando a holoenzima polimerase desliza sobre 
uma sequência especial de nucleotídeos que indica o 
ponto de início para a síntese de RNA = promotor. 
Quando a enzima encontra um segundo sinal, o 
terminador, é onde a polimerase para e libera tanto 
a molécula de RNA recém-sintetizada quanto o molde 
de DNA. 
Os fatores gerais de transcrição ajudam a posicionar 
corretamente a RNA-polimerase eucariótica sobre o 
promotor, auxiliando a separação das duas cadeias 
de DNA para permitir o início da transcrição e 
liberando a RNA-polimerase do promotor para dar 
início ao seu modo de alongamento. 
As proteínas são “gerais”, porque elas são 
necessárias para praticamente todos os promotores 
utilizados pela RNA-polimerase II. São elas: 
TFIIA, TFIIB, TFIIC, TFIID, e assim por diante (TFII 
significando “fator de transcrição para a polimerase 
II”, do inglês transcription factor for polymerase II). 
O processo de associação começa quando o TFIID se 
liga a uma curta sequência de DNA de dupla-hélice 
principalmente composta por nucleotídeos T e A. 
Por essa razão, essa sequência é conhecida como a 
sequência TATA ou TATA-box, e a subunidade de 
TFIID que a reconhece é chamada de TBP (proteína 
de ligação a TATA, do inglês TATA-binding protein). 
Para a maioria dos promotores de polimerase II, ela é a mais importante. 
A ligação de TFIID provoca uma grande distorção no DNA do TATA- -box (Figura 6-17). Acredita-
se que essa distorção sirva como um marco físico para a localização de um promotor ativo no 
interior de um genoma extremamente grande e que mantenha as sequências de DNA de ambos 
os lados da distorção unidas para permitir as etapas subsequentes de associação das proteínas 
do complexo. Outros fatores são, então, reunidos, junto à RNA-polimerase II, para formar um 
complexo de iniciação da transcrição completo. O mais complexo dos fatores gerais de 
transcrição é TFIIH, que contêm DNA HELICASE.Após a formação de um complexo de iniciação de transcrição sobre o DNA, a RNA-polimerase II 
deverá ter acesso à fita-molde no ponto de início da transcrição. 
A DNA-helicase como uma de suas subunidades, torna possível essa etapa com a hidrólise de 
ATP, desespiralização do DNA e consequente exposição da fita-molde. 
A seguir, a RNA-polimerase II, da mesma forma que a polimerase bacteriana, se liga ao 
promotor, sintetizando pequenos fragmentos de RNA até sofrer uma série de alterações 
Resumo por Emanuella Fonseca 
estruturais que permitem sua dissociação ao promotor e início da fase de extensão (ou 
alongamento) da transcrição. 
Uma etapa-chave para essa transição é a adição de grupos fosfato à “cauda” da RNA-
polimerase (conhecida como CTD, ou domínio C-terminal, do inglês C-terminal domain). 
Durante a iniciação da transcrição, a serina localizada na quinta posição da sequência repetida 
(Ser5) é fosforilada por TFIIH, que contém uma proteína-cinase como uma de suas subunidades. 
A polimerase pode, então, separar-se do agrupamento de fatores gerais de transcrição. 
fortalecem sua interação com o DNA e adquire novas proteínas que lhe permitem transcrever 
por longas distâncias e, em muitos casos, por várias horas, sem se dissociar do DNA. 
Uma vez que a polimerase II tenha iniciado a extensão do transcrito de RNA, a maioria dos 
fatores gerais de transcrição é liberada do DNA de forma que eles estarão disponíveis para 
iniciar outro ciclo de transcrição, com uma nova molécula de RNA- -polimerase. 
Como vimos resumidamente, a fosforilação da cauda da RNA-polimerase II tem uma função 
adicional: ela também faz os componentes da maquinaria do processamento do RNA se 
associarem à polimerase e, dessa forma, estarem em posição para modificar o RNA recém-
transcrito assim que ele emergir da polimerase. 
 
A polimerase II também requer proteínas ativadoras, mediadoras e modificadoras de 
cromatina 
O DNA das células eucarióticas está empacotado em nucleossomos, os quais ainda são 
organizados em estruturas de cromatina de maior complexidade. Como resultado, a iniciação 
da transcrição nas células eucarióticas é mais complexa e requer mais proteínas do que a 
iniciação da transcrição em DNA purificado. 
Primeiramente, as proteínas reguladoras de genes conhecidas como ativadoras transcricionais 
devem se ligar a sequências específicas sobre o DNA (denominadas enhancers ou estimuladores) 
e auxiliar a atrair a RNA-polimerase II para o ponto de iniciação da transcrição. 
Em segundo lugar, a iniciação da transcrição eucariótica in vivo necessita da presença de um 
grande complexo proteico conhecido como Mediador, o qual permite que as proteínas 
ativadoras se comuniquem adequadamente com a polimerase II e com os fatores gerais de 
transcrição. 
Por fim, a iniciação da transcrição nas células eucarióticas normalmente requer o recrutamento 
de enzimas modificadoras da cromatina, como complexos remodeladores de cromatina e 
enzimas modificadoras de histonas, para aumentar o acesso ao DNA da cromatina e, assim, 
facilitam a montagem da maquinaria de iniciação da transcrição sobre o DNA. Como ilustrado 
na Figura 6-18, várias proteínas (bem mais de uma centena de subunidades individuais) devem 
se associar no ponto de início da transcrição para promover a iniciação da transcrição em uma 
célula eucariótica. 
Para iniciar a transcrição, a RNA-polimerase II deve ser liberada desse grande complexo de 
proteínas. Além das etapas descritas na Figura 6-14, essa liberação muitas vezes requer a 
proteólise in situ da proteína ativadora. 
 
Resumo por Emanuella Fonseca 
O alongamento da transcrição nos eucariotos requer proteínas acessórias 
As RNA-polimerases em funcionamento, tanto em bactérias quanto em eucariotos, estão 
associadas a uma série de fatores de alongamento (ou fatores de extensão), proteínas que 
diminuem a probabilidade de dissociação da RNA-polimerase antes que esta chegue ao término 
de um gene. 
As RNA-polimerases eucarióticas também devem lidar com a estrutura da cromatina conforme 
elas se movem sobre o molde de DNA e, para isso, geralmente são auxiliadas por complexos de 
remodelagem da cromatina dependentes de ATP que podem mover-se com a polimerase ou 
simplesmente podem procurar e resgatar uma polimerase que eventualmente esteja paralisada. 
Além disso, as chaperonas de histonas ajudam a dissociar parcialmente os nucleossomos a 
frente de uma RNA-polimerase em movimento e a associá- -los após sua passagem. 
 
A transcrição cria tensão super-helicoidal 
Propriedade sutil inerente ao DNA de dupla-hélice denominada supertorção do DNA. A criação 
de alças ou dobras em uma molécula de DNA dupla hélice pode criar tal tensão. 
 A tensão super-helicoidal é criada conforme a RNA-polimerase se move ao longo da fita de DNA 
que possui extremidades fixas (ver Figura 6-19C). Considerando que a polimerase não é livre 
para girar rapidamente (e que tal rotação é pouco provável devido ao tamanho das RNA-
polimerases e de seus transcritos acoplados), uma polimerase em movimento gera tensão 
positiva da super-hélice no DNA à sua frente e tensão helicoidal negativa atrás de si. Para 
eucariotos, acredita-se que essa situação represente um bônus: embora a tensão super-
helicoidal positiva à frente da polimerase torne a hélice de DNA mais difícil de abrir, a tensão 
deve facilitar o desenrolamento parcial do DNA nos nucleossomos. 
Nos eucariotos, as enzimas DNA-topoisomerases removem rapidamente essa tensão da super-
hélice. 
Resumo por Emanuella Fonseca 
 
Outras etapas essenciais incluem a modificação covalente de ambas as extremidades do RNA 
e a remoção de sequências de íntrons que são retiradas do transcrito de RNA pelo processo de 
splicing do RNA. 
Ambas as extremidades do mRNA eucariótico são modificadas: pelo capeamento na 
extremidade 5’ e pela poliadenilação na extremidade 3’. 
Essas extremidades especiais permitem que a célula verifique se ambas as extremidades de uma 
molécula de mRNA estão presentes (e, como consequência, se a mensagem está intacta), antes 
de exportar o RNA do núcleo para ser traduzido em proteína. 
A retirada de íntrons do RNA une as diferentes porções de uma sequência codificadora de 
proteínas e permite que os eucariotos superiores tenham a capacidade de sintetizar várias 
proteínas diferentes a partir do mesmo gene. 
Uma etapa-chave da iniciação da transcrição pela RNA-polimerase II é a fosforilação da cauda 
da RNA-polimerase II, também denominada CTD (domínio C-terminal). Essa fosforilação, que 
ocorre gradualmente à medida que a RNA-polimerase inicia a transcrição e move-se ao longo 
do DNA, não apenas ajuda a dissociar a RNA-polimerase II das outras proteínas presentes no 
ponto de início da transcrição, como também permite que um novo conjunto de proteínas que 
atuam no alongamento da transcrição e no processamento do RNA se associe à cauda da RNA-
polimerase. 
Como discutiremos a seguir, algumas dessas proteínas de processamento parecem “saltar” da 
cauda da polimerase sobre a molécula de RNA em formação para começar seu processamento, 
conforme ela emerge da RNA-polimerase. 
Resumo por Emanuella Fonseca 
Assim, podemos ver a RNA polimerase II no seu modo de alongamento, como uma fábrica de 
RNA que não apenas se move sobre o DNA sintetizando uma molécula de RNA, mas que também 
processa o RNA produzido (Figura 6-22). A CTD totalmente estendida é quase 10 vezes mais 
longa que o restante da RNA-polimerase. Por ser um domínio proteico flexível, a CTD atua 
como um suporte ou como uma corda, mantendo próximas uma ampla variedade de proteínas 
que poderão atuar de forma rápida, quando necessário. Essa estratégia, que acelera 
significativamente a taxa global de uma série de reações consecutivas, é amplamente utilizada 
nas células. 
O capeamento do RNA é a primeira modificação dos pré-mRNAs eucarióticos 
P 352 
O splicing... 
Intron eexons são transcritos, sendo que o exon, porção codificante ´ebem menor que o intron. 
As sequencias do sintrons são removidos do RNA jovem por meio do splicing. Ele atua na 
produção do mRNA por isso chamamos de plicing precursor do Mrna OU PR-Erna. Só dps do 
splicing que o chamamos de mRNA. 
Cada evento do splicing remove um intron por duas reações sequenciais de fosforil = 
transesterificações, que unem dois exons. 
A vantagem é que durante o slipicing os exons podem ser unidos de diversas maneiras, = um 
gene produzindo diversas proteínas. 
 
As sequencias nucleotidicas... p 349 
O ribossomo é uma ribozima 
O ribo é feito de proteína – um terço – e rna – dois terços. São os rRNAs e não as proteínas os 
reponsabeis pela sua estrutura e capacidades, como de colocar trna sobre mrna. Geralmente 
ficam na supericie e preenchem frestas da estrutura dobrada do rna. Os stitios A P E são 
formados por rrnas. 
As moléculas de rna que possuem atividade catalítica são conhecidas como ribozimas. Ex.: atuar 
no auto splicing do rna. 
A exatidão na tradução requer gasto de energia livre 
A síntese de ptn na maioria das células consome mais energia do que qualquer outro processo 
de biossíntese. Pelo menos 4ligações fosfato altamente energéticas são rompidas para 
produzir uma nova. Duas são consumidas ao se carregar trna com um AA e outras duas 
direcionam passos no ciclo de reações que ocorrem no ribossomo. Assim como há gasto quando 
há reparo no processo (por hidrolise). 
 
Diversos processos biológicos superam as limitações inerentes ao pareamento de bases 
complementares 
O primeiro é o encaixe induzido. Vimos que, antes de um aminoácido ser adicionado a uma 
cadeia polipeptídica em crescimento, o ribossomo se enovela em torno da interação códon-
Resumo por Emanuella Fonseca 
anticódon e apenas quando o pareamento está correto este enovelamento é interrompido e 
a reação pode prosseguir. Assim, a interação códon-anticódon é verificada duas vezes, a 
primeira pelo pareamento de bases complementares e uma segunda pelo enovelamento do 
ribossomo, que depende da exatidão do pareamento. 
Um segundo princípio usado para aumentar a especificidade do pareamento de bases 
complementares é a chamada correção cinética. Vimos que após o pareamento inicial códon-
anticódon e a alteração conformacional do ribossomo, o GTP é hidrolisado. Isso cria uma etapa 
irreversível e marca o início do intervalo de tempo durante o qual a aminoacil-tRNA se move 
para a posição apropriada para a catálise. Durante esse intervalo, os pares de códon-anticódon 
incorretos, que de alguma forma escaparam ao escrutínio do encaixe induzido, apresentam uma 
maior probabilidade de se dissociar do que os pares corretos. Há duas razões para isso: (1) a 
interação do tRNA errado com o códon é mais fraca, e (2) o intervalo é mais longo para os 
pareamentos incorretos do que para os corretos. 
 
 
OBJ 3 
COMO FUNCIONAM OS COMUTADORES TRANSCRICIONAIS 
A transcrição é controlada por proteínas que se ligam em sequências regulatórias de DNA 
Além do promotor, praticamente todos os genes, tanto bacterianos como eucarióticos, possuem 
sequências regulatórias de DNA que são usadas para ativar ou desativar o gene. 
Sequências regulatórias de DNA não trabalham sozinhas. Para funcionarem, essas sequências 
precisam ser reconhecidas por proteínas chamadas de reguladores transcricionais que se ligam 
ao DNA. É a combinação de uma sequência de DNA e as suas moléculas de proteína associadas 
que atua como o comutador de controle da transcrição. 
Comutadores da transcrição permitem às células responderem a mudanças no ambiente 
m óperon – um conjunto de genes que é transcrito em um único mRNA 
Quando a proteína de regulação gênica se liga a essa sequência nucleotídica, denominada 
operador, ela bloqueia o acesso da RNA-polimerase ao promotor; isso impede a transcrição do 
óperon e a produção das enzimas produtoras de triptofano. Essa proteína de regulação gênica 
é conhecida como o repressor do triptofano e é regulada de forma engenhosa: o repressor pode 
ligar-se ao DNA somente se ele estiver também ligado a várias moléculas do aminoácido 
triptofano. 
epressor do triptofano é uma proteína alostérica (ver Figura 4-37): a ligação do triptofano induz 
uma sutil alteração na sua estrutura tridimensional de maneira que ela pode agora ligar-se ao 
operador de DNA. Quando a concentração de triptofano livre na célula cai, o repressor não mais 
se liga ao triptofano e, assim, não mais se liga ao DNA, e o óperon do triptofano é transcrito. O 
repressor é, dessa forma, um simples mecanismo que ativa e desativa a produção de um 
conjunto de enzimas biossintéticas de acordo com a disponibilidade do produto final da via que 
as enzimas catalisam. A bactéria pode responder muito rapidamente ao aumento na 
concentração do triptofano, porque a própria proteína repressora do triptofano está sempre 
presente na célula. O gene que a codifica é continuamente transcrito em um nível baixo, de 
Resumo por Emanuella Fonseca 
maneira que uma pequena quantidade da proteína repressora está sempre sendo produzida. 
Tal expressão gênica não regulada é conhecida como expressão gênica constitutiva. Repressores 
inativam genes, ativadores ativam genes O repressor do triptofano, como o seu nome sugere, é 
uma proteína repressora: na sua forma ativa, ela desliga os genes, ou os reprime. 
Essas proteínas ativadoras atuam nos promotores que – ao contrário do promotor para o 
operador do triptofano – são, por si próprios, apenas marginalmente hábeis a ligarem-se e a 
posicionarem-se na RNA-polimerase;