Redes Biológicas
Autores:
Davi Duarte Pinheiro
David Barros Hulak
01/09/2011
Roteiro
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O que são redes biológicas
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Redes metabólicas
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Redes proteicas
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Redes neurais
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Redes ecológicas
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Conclusões
Redes biológicas
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Interações entre elementos biológicos
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Substâncias químicas e suas reações
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Conexões entre células neurais
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Relações entre espécies de um ecossistema
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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
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Vértices são metabólitos

Arestas são reações

Enzimas: representação opcional
Redes metabólicas: representação
Redes metabólicas: representação
Medições experimentais
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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
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Diferentes caminhos
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Diferentes experimentos

Diferentes pesquisadores

Diferentes técnicas
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Conhecimento bioquímico
Redes metabólicas: sem escala
Redes proteicas
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Interações físicas
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Complexo de proteínas
Redes proteicas: representação
Redes proteicas: imunoprecipitação
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Identificação de interações

Co-imunoprecipitação
Redes proteicas: co-imunoprecipitação

Confiável e muito utilizado

Muito custoso e demorado

Alternativa mais viável: métodos de highthroughput (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
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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
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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
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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/20001005_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_NatureProteinNetworks/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
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