Redes Biológicas
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Redes Biológicas
Autores:
Davi Duarte PinheiroDavid Barros Hulak
01/09/2011
Roteiro
O que são redes biológicas
Redes metabólicas
Redes proteicas
Redes neurais
Redes ecológicas
Conclusões
Redes biológicas
Interações entre elementos biológicos
Substâncias químicas e suas reações
Conexões entre células neurais
Relações entre espécies de um ecossistema
Regulação genética
Redes bioquímicas
Destaque nos últimos anos
Interações químicas intracelulares
Tipos de redes
Metabólicas
Proteicas
Genéticas
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
Redes metabólicas: estrutura
Vértices são metabólitos
Arestas são reações
Enzimas: representação opcional
Redes metabólicas: representação
Redes metabólicas: representação
Medições experimentais
Foco no caminho
Radioisótopos
Adição de substratos ou enzimas
Inibição da reação
Radioisótopos
Radioisótopos
Radioisótopos
Radioisótopos: conclusões e problemas
Aumento de concentração
Aumento de concentração
Aumento de concentração
Aumento de concentração: conclusões e problema
Inibição da reação
Inibição da reação
Inibição da reação: conclusões e problema
Redes metabólicas: construção
Diferentes caminhos
Diferentes experimentos
Diferentes pesquisadores
Diferentes técnicas
Conhecimento bioquímico
Redes metabólicas: sem escala
Redes proteicas
Interações físicas
Complexo de proteínas
Redes proteicas: representação
Redes proteicas: imunoprecipitação
Identificação de interações
Co-imunoprecipitação
Redes proteicas: co-imunoprecipitação
Confiável e muito utilizado
Muito custoso e demorado
Alternativa mais viável: métodos de high-throughput (alta vazão ou rendimento)
Métodos de high-troughput
Impulsionaram o estudo de redes proteicas
Identificam interações mais rapidamente
Ténica mais antiga e bem estabelecida: two-hybrid screening
Two-hybrid screening
Two-hybrid screening
Biblioteca de possíveis presas
Barato e rápido
Interferência do fator de transcrição
Falsos positivos
Purificação por afinidade tandem (TAP)
Tandem affinity purification (TAP)
Apenas um par anticorpo-etiqueta
Fonte mais confiável de dados para redes protéicas
Etiqueta pode ser obstáculo
Rede proteica: sem escala
Saccharomyces cerevisiae
Redes neurais
Redes de neurônios
Processamento de informação
Dezenas de bilhões de neurônios
Várias entradas, apenas uma saída
Redes neurais: neurônio
Corpo
Dendritos (várias entradas)
Axônio
Terminal do axônio (única saída)
Redes neurais: sinais
Transmissão eletroquímica de informação
Ondas elétricas
Movimentos de cátions de sódio e potássio
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
Redes neurais: estrutura
Neurônios modelados como vértices
Dois tipos de arestas:
Inibitórias
Excitatórias
Redes neurais: conclusões
É muito difícil estudar neurônios
Rede tridimensional
Estudo de porções mais simples
Redes neurais: exemplo
Caenorhabditis elegans (nematódeo)
Redes ecológicas
Redes alimentares
Redes de parasitismo
Redes de mutualismo
Redes ecológicas: redes alimentares
Rede direcionada
Espécies que se alimentam uma das outras
Redes ecológicas: redes alimentares
Redes alimentares: estrutura
Direção das arestas indica fluxo de energia
Alguns vértices podem ser generalizados
Redes alimentares: estrutura
Geralmente acíclicas
Os de maior ordem se alimentam dos de menor ordem
Nível trófico
Quantidade diminui quando o nível aumenta
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
Redes ecológicas: redes de parasitismo
Similar às redes de comida
Pode ter vários níveis de parasitismo
Redes ecológicas: redes mutualísticas
Não direcionadas
Normalmente formam redes bipartidas
Conclusões
Seres vivos e suas interações
Diversos tipos de redes
Estruturas semelhantes
Complexidade
Conhecimento bioquímico
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
MetaCyc – Encyclopedia of Metabolic Pathways: 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
Modelo de redes (aula de 2011-2 da disciplina): http://www.cin.ufpe.br/~rbcp/taia/aulas/modelos-redes.pptx
Referências
Tendem Affinity Purification, Wikipedia (2011): 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_platys_2022_11.pdf
Mutualistic networks for beginners, por J. Bascompte (2009):
http://evol-eco.blogspot.com/2009/01/mutualistic-networks-for-beginners.html
Dúvidas/Comentários