Degenerescência (biologia) - Degeneracy (biology)
Dentro dos sistemas biológicos, a degeneração ocorre quando componentes / módulos / vias estruturalmente diferentes podem desempenhar funções semelhantes (ou seja, são efetivamente intercambiáveis) sob certas condições, mas desempenham funções distintas em outras condições. A degenerescência é, portanto, uma propriedade relacional que requer a comparação do comportamento de dois ou mais componentes. Em particular, se a degenerescência estiver presente em um par de componentes, então haverá condições em que o par parecerá funcionalmente redundante, mas outras condições em que eles parecerão funcionalmente distintos.
Observe que esse uso do termo praticamente não tem relevância para o conceito questionavelmente significativo de populações evolutivamente degeneradas que perderam funções ancestrais .
Exemplos biológicos
Exemplos de degenerescência são encontrados no código genético , quando muitas sequências de nucleotídeos diferentes codificam o mesmo polipeptídeo ; no enovelamento de proteínas , quando diferentes polipeptídeos se dobram para serem estrutural e funcionalmente equivalentes; em funções de proteínas , quando funções de ligação sobrepostas e especificidades catalíticas semelhantes são observadas; no metabolismo , quando múltiplas vias biossintéticas e catabólicas paralelas podem coexistir. De forma mais geral, a degenerescência é observada em proteínas de todas as classes funcionais (por exemplo , enzimática , estrutural ou regulatória), conjuntos de complexos de proteínas , ontogênese , sistema nervoso , sinalização celular (crosstalk) e vários outros contextos biológicos revisados em.
Contribuição para robustez
A degenerescência contribui para a robustez das características biológicas por meio de vários mecanismos. Os componentes degenerados compensam uns aos outros sob condições onde são funcionalmente redundantes, proporcionando robustez contra falha de componente ou via. Como os componentes degenerados são um tanto diferentes, eles tendem a abrigar sensibilidades únicas, de modo que um ataque direcionado, como um inibidor específico , tem menos probabilidade de representar um risco para todos os componentes de uma vez. Existem numerosos exemplos biológicos em que a degenerescência contribui para a robustez dessa forma. Por exemplo, famílias de genes podem codificar para diversas proteínas com muitos papéis distintos, mas às vezes essas proteínas podem compensar umas às outras durante a expressão gênica perdida ou suprimida , como visto nos papéis de desenvolvimento da família de genes de adesinas em Saccharomyces . Os nutrientes podem ser metabolizados por vias metabólicas distintas que são efetivamente intercambiáveis por certos metabólitos, embora os efeitos totais de cada via não sejam idênticos. No câncer , as terapias direcionadas ao receptor de EGF são impedidas pela coativação de tirosina quinases de receptor alternativo (RTK) que têm sobreposição funcional parcial com o receptor de EGF (e, portanto, são degeneradas), mas não são direcionadas pelo mesmo inibidor de receptor de EGF específico . Outros exemplos de vários níveis de organização biológica podem ser encontrados em.
Teoria
Vários desenvolvimentos teóricos delinearam ligações entre degenerescência e importantes medições biológicas relacionadas à robustez, complexidade e evolucionabilidade . Esses incluem:
- Argumentos teóricos apoiados por simulações propuseram que a degenerescência pode levar a formas distribuídas de robustez em redes de interação de proteínas. Esses autores sugerem que fenômenos semelhantes podem surgir em outras redes biológicas e, potencialmente, contribuir também para a resiliência dos ecossistemas .
- Tononi et al. encontraram evidências de que a degenerescência é inseparável da existência de complexidade hierárquica nas populações neurais . Eles argumentam que a ligação entre degeneração e complexidade é provavelmente muito mais geral.
- Simulações razoavelmente abstratas apoiaram a hipótese de que a degenerescência altera fundamentalmente a propensão de um sistema genético para acessar novos fenótipos hereditários e que a degeneração poderia, portanto, ser uma pré-condição para a evolução aberta .
- As três hipóteses acima foram integradas onde propõem que a degeneração desempenha um papel central na evolução aberta da complexidade biológica. No mesmo artigo, foi argumentado que a ausência de degenerescência em muitos sistemas complexos projetados (abióticos) pode ajudar a explicar por que a robustez parece estar em conflito com a flexibilidade e adaptabilidade, como visto em software, engenharia de sistemas e vida artificial .
Veja também
Referências
Leitura adicional
Como existem muitos tipos distintos de sistemas que sofrem variação e seleção hereditárias (ver Darwinismo Universal ), a degeneração se tornou um tópico altamente interdisciplinar. O seguinte fornece um breve roteiro para a aplicação e estudo da degenerescência em diferentes disciplinas.
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Pesquisadores
- Duarte Araujo
- Sergei Atamas
- Andrew Barron
- Keith Davids
- Gerald Edelman
- Ryszard Maleszka
- Paul Mason
- Ludovic Seifert
- Ricard Sole
- Giulio Tononi
- James Whitacre
links externos
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