O conceito de informação em biomol Prof. Dr. Francisco Prosdocimi

Os gregos Caos X Cosmos Ordem no universo pode ser descrita e estudada 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 Preformationist theories hold that a miniature individual preexists in either the egg or the semen and begins to grow into its adult form when properly stimulated. The theory of epigenesis, which Aristotle favored, asserts that the new organism is gradually produced from an undifferentiated mass by the addition of parts. http://www.bookrags.com/research/history-of-genetics-ancient-and-cla-wog/

Lamarck e Darwin e Weismann 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

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 XX Bateson, De Vries e Correns Gregor Mendel (1822-1884)

O que é a vida? Fim do século XIX Schrodinger, 1944: What’s life? 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 quatro bases” 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

Qual fita representamos na bioinformática? O modelo do DNA > Meu gene GGCTGCGGAGGACCGACCGTCCCCACGCCTGCCGCCCCGCGACCCCGACCGCCAGCATG GCTCCTGGCCTATTACTTCACGGAGCTGAAGGATGACCAGGTCAAAAAGATTGACAAGT ATGCGGCTCTCCGATGAAACTCTCATAGATATCATGACTCGCTTCAGGAAGGAGATGAA CCCGGGATTTTAATCCAACAGCCACAGTCAAGATGTTGCCAACATTCGTAAGGTCCATT TGAAAAGGGAGATTTCATTGCCCTGGATCTTGGTGGGTCTTCCTTTCGAATTCTGCGGG Qual fita representamos na bioinformática?

Frederick Sanger 13 August 1918 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 Sanger 13 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 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