Redes Biológicas

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