{"id":3237,"date":"2019-02-19T02:02:53","date_gmt":"2019-02-19T05:02:53","guid":{"rendered":"http:\/\/tdibrasil.org\/?p=3237"},"modified":"2021-10-10T03:51:13","modified_gmt":"2021-10-10T06:51:13","slug":"uma-ode-ao-codigo-genetico-evidencias-para-o-ajuste-fino-na-tabela-padrao-de-codons","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/tdibrasil.org\/index.php\/2019\/02\/19\/uma-ode-ao-codigo-genetico-evidencias-para-o-ajuste-fino-na-tabela-padrao-de-codons\/","title":{"rendered":"Uma Ode ao C\u00f3digo Gen\u00e9tico \u2013 Evid\u00eancias para o ajuste fino na Tabela Padr\u00e3o de C\u00f3dons"},"content":{"rendered":"
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Tabela do c\u00f3digo gen\u00e9tico padr\u00e3o.<\/center><\/figcaption><\/figure>\n
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O design biol\u00f3gico est\u00e1 assentado sobre a natureza inst\u00e1vel da fisicalidade. Assim como nas nossas tecnologias, \u00e9 necess\u00e1rio imunidade a esse ru\u00eddo natural. A partir de sua concep\u00e7\u00e3o, um sistema informacional requer uma camada extra de informa\u00e7\u00e3o para resistir a essas oscila\u00e7\u00f5es.<\/p>\n

A Camada Extra: um C\u00f3digo de Segunda Ordem<\/strong><\/p>\n

Em canais de comunica\u00e7\u00e3o a instabilidade natural supracitada, o envelhecimento de componentes, as interfer\u00eancias eletromagn\u00e9ticas, entre outros fatores, acabam afetando a informa\u00e7\u00e3o fazendo com que os dados enviados sejam trocados ou perdidos. Entre as solu\u00e7\u00f5es de engenharia n\u00f3s podemos encontrar os chamados c\u00f3digos Hamming<\/em>.<\/p>\n

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Sistema de informa\u00e7\u00e3o e o ru\u00eddo natural. Os c\u00f3digos\u00a0de corre\u00e7\u00e3o de erros s\u00e3o aplicados ao que aparece como “Protocolo Comum” no gr\u00e1fico .<\/center><\/figcaption><\/figure>\n

Os c\u00f3digos Hamming <\/em> s\u00e3o criados com bits de redund\u00e2ncias intencionais acrescidos aos c\u00f3digos comuns para garantir a integridade dos dados. O objetivo \u00e9 criar um conjunto de bits de sobrepostos aos bits da mensagem, e relacionados com eles, de modo que um erro num \u00fanico bit (de dados ou sobreposto) possa ser detectado e corrigido.<\/p>\n

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C\u00f3digo padr\u00e3o Hamming (7,4)<\/center><\/figcaption><\/figure>\n

Apesar de ser poss\u00edvel muitas sobreposi\u00e7\u00f5es, o formato Hamming (7,4) \u00e9 o mais usado (onde s\u00e3o 7 bits sendo 4 de informa\u00e7\u00e3o e 3 de “seguran\u00e7a” (paridade). [Exemplos<\/a>]\n

Cada bit de paridade est\u00e1 sobreposto sobre 3 bits de dados e caso a soma deles seja par, a paridade ser\u00e1 “0”, caso seja \u00edmpar, ser\u00e1 “1”. Por isso que \u00e9 poss\u00edvel detectar e corrigir automaticamente um erro e apenas detectar (sem conseguir corrigir) at\u00e9 dois erros. Esta \u00e9 a solu\u00e7\u00e3o para sistemas de informa\u00e7\u00e3o, mas e nos sistemas biol\u00f3gicos?<\/p>\n

O \u00c1pice dos Sistemas Cibern\u00e9ticos<\/strong><\/p>\n

O design biol\u00f3gico \u00e9 mais sofisticado que qualquer tecnologia humana e requer um sistema robusto contra ru\u00eddos, porque quanto mais funcionalidades e atividade, mais suscetibilidade (risco) em termos operacionais. Neste contexto, os c\u00f3digos biol\u00f3gicos estabelecidos s\u00e3o extremamente confi\u00e1veis e podem ficar inalterados em escalas de tempo cosmol\u00f3gicas (\u00e9, na verdade, a estrutura mais dur\u00e1vel conhecida<\/a>).<\/p>\n

Um padr\u00e3o subjacente foi encontrado dentro do c\u00f3digo gen\u00e9tico que “sobrep\u00f5e” poss\u00edveis erros atrav\u00e9s de redund\u00e2ncia e amino\u00e1cidos similares bioquimicamente pr\u00f3ximos no espa\u00e7o de codifica\u00e7\u00e3o, minimizando o impacto de muta\u00e7\u00f5es e\/ou erros de tradu\u00e7\u00e3o. Quando uma muta\u00e7\u00e3o ocorre, o mesmo amino\u00e1cidos permanece ou um muito semelhante em propriedades fisicoqu\u00edmicas assume sua posi\u00e7\u00e3o. Assim o sistema se torna extremamente forte contra o ru\u00eddo natural.<\/p>\n

A quest\u00e3o \u00e9 que existem v\u00e1rias propriedades envolvidas, e elas foram organizadas da melhor forma poss\u00edvel [1]:<\/p>\n

\n

Quando o valor de erro do c\u00f3digo padr\u00e3o \u00e9 comparado com o menor valor de erro de qualquer c\u00f3digo encontrado em uma pesquisa extensiva de espa\u00e7o de par\u00e2metro, os resultados s\u00e3o um pouco mais vari\u00e1veis. Estimativas (…) indicam que o c\u00f3digo padr\u00e3o alcan\u00e7a uma otimiza\u00e7\u00e3o entre 96% e 100% em rela\u00e7\u00e3o \u00e0 melhor configura\u00e7\u00e3o de c\u00f3digo poss\u00edvel. Se a nossa defini\u00e7\u00e3o de restri\u00e7\u00f5es biossint\u00e9ticas for uma boa aproxima\u00e7\u00e3o da poss\u00edvel varia\u00e7\u00e3o a partir da qual o c\u00f3digo padr\u00e3o emergiu, ent\u00e3o ela parece estar pr\u00f3xima ou muito pr\u00f3xima de um \u00f3timo global para a minimiza\u00e7\u00e3o de erros: o melhor de todos os c\u00f3digos poss\u00edveis<\/strong>.<\/p>\n<\/blockquote>\n

Sele\u00e7\u00e3o Adaptativa versus Design Inteligente<\/strong><\/p>\n

Em 2011 Jed C. Macosko e Amanda M. Smelser apresentaram um trabalho sobre o c\u00f3digo padr\u00e3o em um simp\u00f3sio da Cornell University. O artigo deles comparava a origem do juste fino do c\u00f3digo por intelig\u00eancia com a origem por sele\u00e7\u00e3o adaptativa [2]:<\/p>\n

\n

Esta tabela foi chamada de um acidente congelado por Francis Crick, mas a evid\u00eancia atual aponta para a otimiza\u00e7\u00e3o que minimiza os efeitos nocivos de muta\u00e7\u00f5es e erros de tradu\u00e7\u00e3o, ao mesmo tempo em que maximiza a codifica\u00e7\u00e3o de m\u00faltiplas mensagens em uma \u00fanica sequ\u00eancia. Por exemplo, um artigo recente com o t\u00edtulo em execu\u00e7\u00e3o “O melhor de todos os c\u00f3digos poss\u00edveis” concluiu que “evid\u00eancia \u00e9 clara” para a natureza otimizada do c\u00f3digo padr\u00e3o, e outro estudo descobriu que os sinais secund\u00e1rios dif\u00edceis de codificar s\u00e3o minimizados pelo c\u00f3digo padr\u00e3o”.<\/p>\n<\/blockquote>\n

N\u00e3o era a complexidade, mas a sofistica\u00e7\u00e3o que chamava a aten\u00e7\u00e3o: simplicidade e efici\u00eancia. Diziam eles:<\/p>\n

\n

“A Tabela Padr\u00e3o de C\u00f3dons (TPdC) \u00e9 de forma alguma a parte mais complexa do mundo biol\u00f3gico. Pelo contr\u00e1rio, sua relativa simplicidade \u00e9 a raz\u00e3o de ter sido examinada neste trabalho. (…) Se a otimiza\u00e7\u00e3o da TPdC situa-se entre ‘um em um milh\u00e3o’ e ‘o melhor de todos os c\u00f3digos poss\u00edveis’, como \u00e9 prov\u00e1vel que seja o caso, as hip\u00f3teses de necessidade ou acaso s\u00e3o cada vez mais insustent\u00e1veis e a intelig\u00eancia externa torna-se a hip\u00f3tese de trabalho mais promissora.”<\/p>\n<\/blockquote>\n

Um C\u00f3digo para o Ritmos dos Processos Biol\u00f3gicos<\/strong><\/p>\n

Em 2014, j\u00e1 envolvido com o Design Inteligente, duas quest\u00f5es me intrigavam: o porqu\u00ea da redund\u00e2ncia do c\u00f3digo gen\u00e9tico e como era determinada a cad\u00eancia (ritmo) da tradu\u00e7\u00e3o de prote\u00ednas (importante para o enovelamento). Em um s\u00f3 artigo as duas quest\u00f5es foram respondidas [3]:<\/p>\n

\n

“A redund\u00e2ncia c\u00f3don (“degeneresc\u00eancia”) encontrada em regi\u00f5es codificantes de prote\u00ednas de mRNA tamb\u00e9m prescreve Pausa de Tradu\u00e7\u00e3o (PT). Quando combinado com os interpretadores adequados, m\u00faltiplos sentidos e fun\u00e7\u00f5es s\u00e3o programados para a mesma sequ\u00eancia de ajuste de chaves configur\u00e1veis. Essa camada adicional de Informa\u00e7\u00e3o Prescritiva Ontol\u00f3gica (IPO) propositadamente atrasa ou acelera<\/strong> o processo de tradu\u00e7\u00e3o-decodifica\u00e7\u00e3o dentro do ribossomo. As taxas de convers\u00e3o vari\u00e1vel ajudam a prescrever a dobragem funcional da prote\u00edna nascente. A redund\u00e2ncia de c\u00f3dons no mapeamento de amino\u00e1cidos, por conseguinte, n\u00e3o \u00e9 nada sup\u00e9rflua ou degenerada<\/strong>. A programa\u00e7\u00e3o com redund\u00e2ncia permite a dupla prescri\u00e7\u00e3o simult\u00e2nea da “Pausa de Tradu\u00e7\u00e3o” e atribui\u00e7\u00f5es de amino\u00e1cidos sem interfer\u00eancia.”<\/p>\n<\/blockquote>\n

Vemos ent\u00e3o que o “cora\u00e7\u00e3o” que determina o ritmo dos sistemas biol\u00f3gicos come\u00e7a a ser delineado desde o c\u00f3digo padr\u00e3o.<\/p>\n

Um Outro C\u00f3digo Gen\u00e9tico Paralelo<\/strong>
\n\"\"
\nUm segundo c\u00f3digo descoberto\u00a0instrui a c\u00e9lula sobre como os genes s\u00e3o controlados.\u00a0Esse c\u00f3digo \u00e9 escrito sobre o outro de tripletos e \u00e9 por isso que permaneceu desconhecido por tanto tempo. Enquanto os bem conhecidos tripletos\u00a0est\u00e3o relacionado \u00e0 sequ\u00eancia proteica, os duons<\/em> est\u00e3o relacionados ao controle do gene. Um coment\u00e1rio<\/a> na Science diz:<\/p>\n

\n

Apesar da redund\u00e2ncia no c\u00f3digo gen\u00e9tico, a escolha<\/strong><\/span> dos c\u00f3dons usados \u200b\u200b\u00e9 altamente tendenciosa em algumas prote\u00ednas, indicando que restri\u00e7\u00f5es adicionais<\/strong> operam em certas regi\u00f5es do genoma que codificam prote\u00ednas. Isso sugere que a prefer\u00eancia por c\u00f3dons espec\u00edficos e, portanto, amino\u00e1cidos em regi\u00f5es espec\u00edficas da prote\u00edna, \u00e9 frequentemente determinada por fatores n\u00e3o relacionados \u00e0 estrutura ou fun\u00e7\u00e3o da prote\u00edna.<\/p>\n<\/blockquote>\n

Sim, o termo “escolha” \u00e9 usado como uma teleologia pura na Science. O segundo c\u00f3digo, \u00e0 parte ainda do padr\u00e3o de minimiza\u00e7\u00e3o de erros e do ritmo de tradu\u00e7\u00e3o citados anteriormente, \u00e9 cr\u00edtico<\/a> de acordo com o pesquisador:<\/p>\n

\n

“O fato de que o c\u00f3digo gen\u00e9tico pode simultaneamente escrever dois tipos de informa\u00e7\u00e3o significa que muitas mudan\u00e7as no DNA que parecem alterar as sequ\u00eancias de prote\u00ednas podem realmente causar doen\u00e7as ao interromper os programas de controle de genes ou at\u00e9 mesmo ambos os mecanismos simultaneamente”, disse Stamatoyannopoulos.<\/p>\n<\/blockquote>\n

Origem “obscura”<\/strong><\/p>\n

O primeiro artigo citado aqui [1], que pode ser literalmente traduzido como “a fixa\u00e7\u00e3o precoce<\/strong> de um c\u00f3digo gen\u00e9tico \u00f3timo”, deixa margem de interpreta\u00e7\u00e3o de que o c\u00f3digo deve ser estabelecido antes de tudo e, pela analogia “congelada”, de uma s\u00f3 vez. O artigo, como todos da \u00e1rea, tenta responder evolutivamente a quest\u00e3o:<\/p>\n

As for\u00e7as evolutivas<\/strong> que produziram o c\u00f3digo gen\u00e9tico can\u00f4nico antes do \u00faltimo ancestral universal permanecem obscuras<\/strong>.<\/em><\/p><\/blockquote>\n

As varia\u00e7\u00f5es ligeiras do c\u00f3digo padr\u00e3o n\u00e3o v\u00e3o muito longe, como que restringidas pela din\u00e2mica, indicando que n\u00e3o h\u00e1 caminhos evolutivos que prosperem distante do c\u00f3digo padr\u00e3o:<\/p>\n

\n

Todos os c\u00f3digos gen\u00e9ticos fora do padr\u00e3o conhecidos parecem ser secundariamente derivadas de pequenas modifica\u00e7\u00f5es<\/strong> do c\u00f3digo padr\u00e3o.<\/em><\/p>\n<\/blockquote>\n

O c\u00f3digo gen\u00e9tico poderia surgir mais simples e evoluir na dire\u00e7\u00e3o do c\u00f3digo padr\u00e3o? Bom, n\u00f3s sabemos que o c\u00f3digo padr\u00e3o est\u00e1 distribu\u00eddo em mais de 40 mol\u00e9culas independentes que participam do sistema de tradu\u00e7\u00e3o. Uma verdadeira orquestra bem afinada. Penso que o ajuste fino, evid\u00eancia expl\u00edcita de design, seja a melhor infer\u00eancia.<\/p>\n

Observa\u00e7\u00e3o:<\/strong> A verdade \u00e9 que apenas Dave Abel e D’Onofrio, do artigo sobre velocidade a partir do c\u00f3digo, e o Dr. Macosko e a Dra. Smelser, que inspiraram este texto, s\u00e3o favor\u00e1veis ao Design Inteligente, todos os outros est\u00e3o obstinadamente tentando demonstrar um “acidente congelado” ou a mediocridade do c\u00f3digo padr\u00e3o.<\/p>\n

\n\n\n\n\n\n\n\n
Sobre o C\u00f3digo<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
<\/td>\n<\/td>\n<\/tr>\n
Predi\u00e7\u00e3o<\/strong><\/td>\nRealidade<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
“N\u00e3o h\u00e1 raz\u00e3o para acreditar… que o presente c\u00f3digo \u00e9 o melhor poss\u00edvel, e ele poderia ter facilmente alcan\u00e7ado sua presente forma por uma sequ\u00eancia de felizes acidentes.”<\/td>\n“[o c\u00f3digo gen\u00e9tico] exibe algo como, ou muito pr\u00f3ximo a, uma otimiza\u00e7\u00e3o global para minimiza\u00e7\u00e3o de erro: o melhor de todos os c\u00f3digos poss\u00edveis.”<\/td>\n<\/tr>\n
FHC. Crick (1968) [4]<\/td>\nSJ Freeland et al (1999) [1]<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n
\n

 <\/p>\n[1] SJ Freeland et al. Early fixation of an optimal genetic code<\/a>. 1999.<\/p>\n[2] Jed C. Macosko* e Amanda M. Smelser em An Ode to the Code: Evidence for Fine-Tuning in the Standard Codon Table<\/a>. Proceedings of the Symposium. Cornell University, USA, 31 May \u2013 3 June 2011<\/p>\n[3] David J. D’Onofrio and David L. Abel. Redundancy of the genetic code enables translational pausing<\/a>.\u00a02014.<\/p>\n[4] FHC. Crick. The origin of the genetic code<\/a>. 1968.<\/p>\n

 <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

O design biol\u00f3gico est\u00e1 assentado sobre a natureza inst\u00e1vel. Assim como nas nossas tecnologias, requer imunidade a esse ru\u00eddo natural por meio de mais engenharia subjacente.<\/p>\n<\/div>","protected":false},"author":1,"featured_media":5498,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[5,17],"tags":[193,194,470,503,504,804],"class_list":["post-3237","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-bioquimica","category-evidencia","tag-codigo-genetico-padrao","tag-codigo-hamming","tag-hamming","tag-imunidade","tag-imunidade-ao-ruido","tag-redundancia-do-codigo-genetico"],"yoast_head":"\nUma Ode ao C\u00f3digo Gen\u00e9tico \u2013 Evid\u00eancias para o ajuste fino na Tabela Padr\u00e3o de C\u00f3dons » Portal TDI Brasil +<\/title>\n<meta name=\"description\" content=\"O design biol\u00f3gico est\u00e1 assentado sobre a natureza inst\u00e1vel. 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