Redes Biológicas Autores: Davi Duarte Pinheiro David Barros Hulak 01/09/2011.

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1 Redes Biológicas Autores: Davi Duarte Pinheiro David Barros Hulak 01/09/2011

2 Roteiro O que são redes biológicas Redes metabólicas Redes proteicas Redes neurais Redes ecológicas Conclusões

3 Redes biológicas Interações entre elementos biológicos Substâncias químicas e suas reações Conexões entre células neurais Relações entre espécies de um ecossistema Regulação genética

4 Redes bioquímicas Destaque nos últimos anos Interações químicas intracelulares Tipos de redes   Metabólicas   Proteicas   Genéticas

5 Redes metabólicas: metabolismo Catabolismo: nutrientes -> moléculas simples + ATP Anabolismo: moléculas simples + ATP -> moléculas complexas Caminho (pathway): C1 = R12 -> R12 ->... -> R1n -> P Redes metabólicas: R = {C1 U C2 U... U Cn} Apenas detalhes variam entre espécies do reino animal

6 Redes metabólicas: estrutura Vértices são metabólitos Arestas são reações Enzimas: representação opcional

7 Redes metabólicas: representação

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9 Medições experimentais Foco no caminho Radioisótopos Adição de substratos ou enzimas Inibição da reação

10 Radioisótopos

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13 Radioisótopos: conclusões e problemas

14 Aumento de concentração

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17 Aumento de concentração: conclusões e problema

18 Inibição da reação

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20 Inibição da reação: conclusões e problema

21 Redes metabólicas: construção Diferentes caminhos Diferentes experimentos Diferentes pesquisadores Diferentes técnicas Conhecimento bioquímico

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23 Redes metabólicas: sem escala

24 Redes proteicas Interações físicas Complexo de proteínas

25 Redes proteicas: representação

26 Redes proteicas: imunoprecipitação Identificação de interações Co-imunoprecipitação

27 Redes proteicas: co-imunoprecipitação Confiávele muito utilizado Muito custoso e demorado Alternativa mais viável: métodos de high- throughput (alta vazão ou rendimento)

28 Métodos de high-troughput Impulsionaram o estudo de redes proteicas Identificam interações mais rapidamente Ténica mais antiga e bem estabelecida: two-hybrid screening

29 Two-hybrid screening

30 Biblioteca de possíveis presas Barato e rápido Interferência do fator de transcrição Falsos positivos

31 Purificação por afinidade tandem (TAP)

32 Tandem affinity purification (TAP) Apenas um par anticorpo-etiqueta Fonte mais confiável de dados para redes protéicas Etiqueta pode ser obstáculo

33 Rede proteica: sem escala Saccharomyces cerevisiae

34 Redes neurais Redes de neurônios Processamento de informação Dezenas de bilhões de neurônios Várias entradas, apenas uma saída

35 Redes neurais: neurônio Corpo Dendritos (várias entradas) Axônio Terminal do axônio (única saída)

36 Redes neurais: sinais Transmissão eletroquímica de informação Ondas elétricas   Movimentos de cátions de sódio e potássio

37 Redes neurais: estímulo Um neurônio pode:   Não causar estímulo   Causar estímulos inibitórios   Causar estímulos excitatórios Aceita vários estímulos inibitórios ou excitatórios   Pode propagá-los como resposta

38 Redes neurais: estrutura Neurônios modelados como vértices Dois tipos de arestas:   Inibitórias   Excitatórias

39 Redes neurais: conclusões É muito difícil estudar neurônios Rede tridimensional Estudo de porções mais simples

40 Redes neurais: exemplo Caenorhabditis elegans (nematódeo)

41 Redes ecológicas Redes alimentares Redes de parasitismo Redes de mutualismo

42 Redes ecológicas: redes alimentares Rede direcionada Espécies que se alimentam uma das outras

43 Redes ecológicas: redes alimentares

44 Redes alimentares: estrutura Direção das arestas indica fluxo de energia Alguns vértices podem ser generalizados

45 Redes alimentares: estrutura Geralmente acíclicas Os de maior ordem se alimentam dos de menor ordem Nível trófico   Quantidade diminui quando o nível aumenta

46 Redes alimentares: obtendo informação Documentação através de observação e literatura Difícil obter medidas precisas Rede de comida com pesos   Medir energia é demorado e difícil

47 Redes ecológicas: redes de parasitismo Similar às redes de comida Pode ter vários níveis de parasitismo

48 Redes ecológicas: redes mutualísticas Não direcionadas Normalmente formam redes bipartidas

49 Conclusões Seres vivos e suas interações Diversos tipos de redes Estruturas semelhantes Complexidade Conhecimento bioquímico

50 Referências Networks: an introduction (2010), por M. E. J. Newman The large-scale organization of metabolic networks, por H. Jeong, B. Tombor, R. Albert, Z. N. Oltvai & A.-L Barabási (2000): http://www.barabasilab.com/pubs/CCNR-ALB_Publications/200010- 05_Nature-OrganMetabolic/200010-05_Nature-OrganMetabolic.pdf http://www.barabasilab.com/pubs/CCNR-ALB_Publications/200010- 05_Nature-OrganMetabolic/200010-05_Nature-OrganMetabolic.pdf MetaCyc – Encyclopedia of Metabolic Pathways: http://metacyc.org/http://metacyc.org/ Is proteomics heading in the wrong direction?, por Lukas A. Huber (2003): http://www.nature.com/nrm/journal/v4/n1/fig_tab/nrm1007_F1.html http://www.nature.com/nrm/journal/v4/n1/fig_tab/nrm1007_F1.html Modelo de redes (aula de 2011-2 da disciplina): http://www.cin.ufpe.br/~rbcp/taia/aulas/modelos-redes.pptx http://www.cin.ufpe.br/~rbcp/taia/aulas/modelos-redes.pptx

51 Referências Tendem Affinity Purification, Wikipedia (2011): http://en.wikipedia.org/wiki/Tandem_Affinity_Purification http://en.wikipedia.org/wiki/Tandem_Affinity_Purification Lethality and centrality in protein networks, por H. Jeong, S.P. Mason, A.-L. Barabási & Z.N.Oltvai (2001): http://www.barabasilab.com/pubs/CCNR-ALB_Publications/200105-03_Nature- ProteinNetworks/200105-03_Nature-ProteinNetworks.pdf Animal Biology (aula da Universidade de Wyoming), por A. Krist e C. M. del Rio (2004): http://www.uwyo.edu/krist/biol2022/powerpoints/L5_sponges_cnidarians_platy s_2022_11.pdf Mutualistic networks for beginners, por J. Bascompte (2009): http://evol-eco.blogspot.com/2009/01/mutualistic-networks-for-beginners.html

52 Dúvidas/Comentários