O conceito de informação em biomol

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

2. 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

3. 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?

4. 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)

5. 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 adivisão celular • Herança por mistura

6. 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? • Philosophiezoologique (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

7. 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)

8. 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)

9. 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

10. Analógico X Digital

11. Informação digital é medida em bits

12. 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?

13. 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

14. O modelo do DNA > Meu geneGGCTGCGGAGGACCGACCGTCCCCACGCCTGCCGCCCCGCGACCCCGACCGCCAGCATGGCTCCTGGCCTATTACTTCACGGAGCTGAAGGATGACCAGGTCAAAAAGATTGACAAGTATGCGGCTCTCCGATGAAACTCTCATAGATATCATGACTCGCTTCAGGAAGGAGATGAACCCGGGATTTTAATCCAACAGCCACAGTCAAGATGTTGCCAACATTCGTAAGGTCCATT TGAAAAGGGAGATTTCATTGCCCTGGATCTTGGTGGGTCTTCCTTTCGAATTCTGCGGG Qual fita representamosna bioinformática?

15. 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

16. 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)

17. O DNA como a receita da vida • Repositório inalterável da informação evolutiva hereditária • Quando faz-se um bolo, mexe-se na receita?

18. 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 = cyberneticorganism

19. 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

20. 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