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

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