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Aluno: Fabio Gava Aoki Prof. Dr. Adriano Alencar 13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 1

Aluno: Fabio Gava Aoki Prof. Dr. Adriano Alencar - USPfig.if.usp.br/~labm2/Disciplinas/Seminarios/FisicaFisio... · 2013. 11. 13. · Stanley, H. E. Fractal landscapes in physics

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  • Aluno: Fabio Gava Aoki

    Prof. Dr. Adriano Alencar

    13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 1

  • 13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 2

    http://www.labgrab.com/users/labgrab/blog/central-dogma-genetics-incomplete_id%3D904

  • 13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 3

    Fonte: Physical Biology of the Cell (2008)

  • Nucleotídeos

    Purinas

    Pirimidinas

    13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 4

    Fonte: Physical Biology of the Cell (2008)

  • Nucleotídeos

    13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 5

    http://en.wikipedia.org/wiki/Introduction_to_genetics

  • 13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 6

    Fonte: Physical Biology of the Cell (2008)

  • Genes

    Trecho codificante de DNA

    Exons e Introns

    Introns: mais frequentes em vertebrados, muito pouco em procariotos e ausentes em mitocôndrias

    13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 7

    http://de.wikipedia.org/wiki/Exon

  • Introns

    Splicing alternativo

    Introns podem intensificar a expressão do próprio gene

    Relacionados a doenças (talassemia)

    13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 8

    http://www.studyblue.com/notes/note/n/biology-chapter-17-b/deck/4473825

  • 13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 9

  • Forma de estudar a correlação na sequência de DNA DNA "walk"

    Permite visualizar flutuações de purina e pirimidina:

    Curva ascendente pirimidinas

    Curva descendente purinas

    Esperar-se-ia ausência de correlação a longa-distância (“long-range”), mas...

    13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 10

  • 13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 11

    Pirimidinas = +1

    Purinas = -1

    Raiz quadrada da flutuação quadrática média: F(l)

    Se os passos são randômicos: F(l)~l1/2

    Correlação local (cadeias de Markov) : F(l)~l1/2

    Correlação de longo alcance: F(l) ~ lα, com α>0,5

    Stanley (1992)

  • DNA “scramble” (1D “walk”)

    13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 12

    Pirimidinas (T ou C) = +1 Purinas (A ou G) = -1

  • DNA “walk” (2D “walk”)

    13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 13

  • Peng et al. (1992), Stanley (1992) correlação em genes com introns e non-coding DNA, mas não em cDNA ou genes sem introns

    13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 14

    - Miosina β-cardíaca humana

    - cDNA da sequência acima

    - Bacteriófago-λ sem introns

    Stanley (1992)

  • 13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 15

    - Miosina β-cardíaca humana

    Peng et al. (1992)

  • Correlação de longo alcance

    Li e Kaneko (1992)

    Correlação relacionada a padrões repetitivos de DNA

    Elongação do DNA ligado a processo evolutivo

    13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 16

  • Exemplo: miosina esquelética embrionária de rato

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    Auto-afinidade fractal

    Stanley (1992)

  • 13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 18

    Lei de potência do DNA implica fractalidade!

    Genes sem introns e cDNA α=0,5

    Genes com introns e trechos non-coding α>0,5

    Correlação de longo alcance método quantitativo de distinguir genes com múltiplos introns de genes com menos introns e cDNA (Peng et al., 1992)

    Base estatística

  • 13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 19

    Abramson, Cerdeira e Bruschi (1999) dimensão fractal é diferente de trechos codificantes e não codificantes

    DNA “walk” em duas dimensões

    Abramson, Cerdeira e Bruschi (1999)

  • Correlação de longo alcance tema controverso

    Li et al. (1994), Li (1997) a correlação a longo-alcance

    por si não é o mais importante – importante é a característica particular do espectro em potência “1/f” em estudos de sistemas complexos

    13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 20

    Abramson, Cedeira e Bruschi (1999)

  • 13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 21

    Técnicas mais avançadas – análises de Fourier, Wavelet, proposição matemática com números complexos (Cattani, 2010)

    DNA “walk” espacial (Abramson, Cerdeira e Bruschi, 1999)

    Detrended Fluctuation Analysis (Boekhorst, Abnizova e Nehaniv, 2008)

  • 13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 22

    Para que serve, então, o DNA “walk” e outras técnicas? Análise Linguística

    Análise visual e quantitativa Indústria farmacêutica identificação de genes que

    codificam proteínas potencialmente úteis Centros de sequenciamento Estudos filogenéticos Estudos evolutivos

    (Berger et al. 2004)

  • 13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 23

  • 13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 24

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    13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 25

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