O conceito de informação em biomol
Prof. Dr. Francisco Prosdocimi
Os gregos
• Caos X Cosmos– Cosmos = informação
• Ordem no universo pode ser descrita e estudada– A origem das ciências
– O sol nasce todos os dias
• Gregos eram teóricos
Informação
• O universo possui regras
• A ciência consiste na descoberta e descrição dessas regras
• Isaac Newton (1687)– Gravidade, aceleração, distância,
tempo
• O universo era finalmente explicado
• Mas... E a biologia?
A hereditariedade
• Cadelas dão a luz a cachorrinhos
• Filhos se parecem com os pais– Por que?
– Como isso acontece?
• O estudo da genética (a partir de 1900)
2000 anos de hereditariedade
• Dos gregos ao século XVIII– Preformacionistas X Epigeneticistas– Naturalistas: filhos têm características de ambos os pais
• 1839; Schwann and Schleiden– Célula como unidade básica da vida– Fertilização
• Fim do século XIX– Conhecimento sobre a
divisão celular– Herança por mistura
Lamarck e Darwin
• Uma teoria evolutiva bem fundamentada precisa conter uma teoria da hereditariedade– Em que tipo de informação consiste a hereditariedade?– Como ela é transmitida?
• Philosophie zoologique (1809)– Herança dos caracteres adquiridos– Informação biológica adquirida é herdada (hardwired)
• A origem das espécies (1859)– Darwin era lamarckista?
• August Weismann (1888)– Teoria do germoplasma
e Weismann
Mendel
• A Hereditariedade particulada (gene)– Refutou a herança por mistura
• Publicou “Experimentos sobre a hibridi-zação de plantas” em 1865 e
– foi citado apenas 3 vezes nos 35 anos que se seguiram!
• Início do Século XXBateson, De Vries e Correns
Gregor Mendel (1822-1884)
O que é a vida?
• Fim do século XIX– A morte do vitalismo
• Schrodinger, 1944: What’s life?– Pag. 1: "how can the events in space and time
which take place within the spatial boundary of a living organism [cell] be accounted for by physics and chemistry?”
• O gene como uma molécula!– Cristal aperiódico (carregador de informação)– Watson diz achar a idéia maravilhosa
Erwin Schrodinger (1887-1961)
Estrutura cristalina
• Conjunto de átomos arranjados de uma forma particular– Apresenta ordem e simetria
• A ordem é repetida tridimensionalmente, formando um arranjo químico ordenado e repetitivo
• Schrodinger: DNA como cristal aperiódico– Deve carregar informação
Analógico X Digital
Informação digital é medida em bits
Mudança de base numérica
• Números podem ser representados em quaisquer base numérica
• O sistema decimal
Sistema binário
Mudança para a base 5
O DNA como um código digital
• A, C, G e T– Pode ser representado como número em base 4
• 0, 1, 2 e 3– Representação binária do DNA: 00, 01, 10, 11
• 1 byte são 8 bits– Armazena 4 bases consecutivas– 3,100,000,000 bases (genoma humano) =
775,000,000 bytes = 775 Megabytes
• Windows XP = 1,5Gb
• Código digital de quatro algarismos– Guarda a informação sobre como fazer outro
indivíduo daquela espécie• Como um código digital pode estar codificado
quimicamente?
Watson & Crick
• 1952: primeiro encontro de Watson e Crick– “Desde o dia de nosso primeiro encontro,
Crick e eu pensamos que seria altamente provável que a informação genética do DNA fosse codificada pela seqüência de quatrobases”
• Construção de um modelo molecular que permitisse:– Estabilidade estrutural– Mecanismo de cópia– Armazenamento de informação
• A biologia finalmente tinha um modelo digital para a transferência da informação hereditária
• Agora seria possível estudar a biologia de maneira precisa, matemática, estatísticas– Era possível aplicar o rigor das ciências exatas ao
mundo natural
O modelo do DNA
> Meu geneGGCTGCGGAGGACCGACCGTCCCCACGCCTGCCGCCCCGCGACCCCGACCGCCAGCATGGCTCCTGGCCTATTACTTCACGGAGCTGAAGGATGACCAGGTCAAAAAGATTGACAAGTATGCGGCTCTCCGATGAAACTCTCATAGATATCATGACTCGCTTCAGGAAGGAGATGAACCCGGGATTTTAATCCAACAGCCACAGTCAAGATGTTGCCAACATTCGTAAGGTCCATTTGAAAAGGGAGATTTCATTGCCCTGGATCTTGGTGGGTCTTCCTTTCGAATTCTGCGGG
Qual fita representamosna bioinformática?
O leitor da Informação
• Trouxe a informação de facto para o centro da discussão– Propôs formas de ler e apresentar a informação biológica
• Publica, em 1952, a primeira estrutura primária de uma proteína (insulina)– Prova que as proteínas poderiam ser descritas como
cadeias de aminoácidos
– 1958: ganha o Nobel em química
• 1975: inventa o método dideóxi para o sequenciamento do DNA
• 1977: sequencia, pela primeira vez, o genoma inteiro de um organismo, o bacteriófago phi X 174– 11 genes in 5386 bases
sequenciadas “à mão“
– Ganha o segundo Nobel de química em 1980
Frederick Sanger13 August 1918
A hereditariedade compreendida
• O código molecular da hereditariedade está escrito em letras químicas– 4 letras: A, C, G e T
– (da mesma forma que o código do português está escrito em 23 letras + espaço)
– (e o código do computador, em duas letras – 0 e 1)
O DNA como a receita da vida
• Repositório inalterável da informação evolutiva hereditária
• Quando faz-se um bolo, mexe-se na receita?
A biologia molecular enquanto cibernética
Cibernética• Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.
• Cibernética é uma tentativa de compreender a comunicação e o controle de máquinas, seres vivos e grupos sociais através de analogias com as máquinas cibernéticas (homeostatos, servomecanismos, etc.).
• A Cibernética estuda o tratamento da informação no interior de processos cibernéticos como codificação e descodificação, retroação ou realimentação (feedback), aprendizagem, etc.
• Segundo Wiener (1968), do ponto de vista da transmissão da informação, a distinção entre máquinas e seres vivos, humanos ou não, é mera questão de semântica.
• Cyborg = cybernetic organism
O gene egoísta, 1976
• Richard Dawkins• Organismos biológicos como máquinas
de sobrevivência para os genes– Apenas os melhores genes, capazes de
construir uma máquina de sobrevivência para propagar sua informação de forma eficiente, ganharão a corrida evolutiva
• A origem da vida através da molécula replicadora
• Alto conteúdo empírico: explica o instinto sexual, cuidado parental, nepotismo, diferenças comportamentais entre machos e fêmeas (teoria do investimento parental),
• Baseados na concepção do gene como unidade de informação que quer se manter “viva” ao longo das eras
Conclusão
• A compreensão do código informacional para a hereditariedade foi um processo lento de conhecimento sobre as regularidades que regem o processo
• O DNA contém as informações sobre a hereditariedade– Essas informações estão impressas em um código digital
• A sequência de bases químicas em um genoma (DNA) não é disposta ao acaso e guarda a informação sobre como fazer um determinado indivíduo daquela espécie
• Toda a vida consiste na reprodução de moléculas replicantes com conteúdos informacionais
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