Lingüística de interações moleculares

Guimarães, Romeu Cardoso

doi:10.1590/S0101-31731991000100007

Resumos

As moléculas biológicas mais interessantes são longos polímeros. Em analogia com a linguagem humana alfabética, estes podem ser chamados de textos, e analisados, quanto à estrutura primária, como sequência de letras (monômeros; como nucleotídeos, aminoácidos, etc.) ou de palavras (códigos de oligômeros, de até 5-6 letras). Considera-se que o estudo das palavras, em abordagem de tipo lingüístico, possa contribuir para o entendimento das interações (comunicações) moleculares. As linguagens e dialetos, moleculares e humanos, são contrastados. A linguagem molecular se distingue peculiarmente da humana, por exemplo, por utilizar forma tridimensional, dinâmica temporal, ausência de espaçamento e pontuação, e sobreposição de significados. Apresenta-se um método matemático para descoberta, de palavras em textos. A palavra AAA (trinca de adeninas) foi estudada na evolução do RNA ribossômico 5S. Observou-se que esta palavra é mais freqüente em organismos menos complexos e menos freqüente nos mais complexos, das linhagens de fungos, plantas e vertebrados. Nas duas últimas, reduziu-se também o grau de variabilidade gênica. Pelo contrário, grau moderado de freqüência da palavra persistiu em toda a linhagem dos invertebrados, com manutenção paralela de alto nível de variabilidade gênica. Nas mitocôndrias, plastídeos e micoplasmas, a freqüência da palavra AAA foi aumentada, de acordo com sua necessidade de interações com maior amplitude de variação. Esses comportamentos indicam que a palavra monótona AAA permite ambigüidade de interações. Com a evolução da complexidade orgânica e da maior especificidade molecular, as palavras ambíguas foram progressivamente evitadas.

Bioquímica; polímeros; palavras; códigos; interações; lingüística; comunicação

The most interesting biological molecules are long polymers. In analogy with human alphabetic languages, they can be called texts and analysed, as to the primary structure, as sequences of letters (monomers; nucleotides, aminoacids, etc.) or of words (codes of oligomers, of up to 5-6 letters). It is considered that the study of words, in a linguistic approach, may contribute positively to the understanding of molecular interactions (communication). The molecular and human languages and dialects are contrasted. The molecular one is peculiarly distinct from the human, for instance, by its use of a tridimensional morphology, temporal dynamics, absence of spacings and punctuation, and overlapping messages. A mathematical method is presented, for discovering words in texts. The word AAA (adenine triplets) was studied in the evolution of the 5S ribosomal RNA. It was shown that this word is more frequent in less complex organisms and less frequent in the more complex ones, in the fungi, plants, and vertebrates lineages. In the two latter ones, the degree of genie variability was also reduced. To the contrary, a moderate degree of usage of this word persisted in the whole invertebrates lineage, where a high degree of genie variability was maintained. In mitochondria, plastids and mycoplasmas, the frequency of the word AAA was increased, consistently with their need for interactions with a wider range of variation. These behaviors indicate that the monotonous AAA word allows for ambiguity in interactions. With the evolution of organic complexity and of greater molecular specificity, ambiguous words were progressively avoided.

Biochemistry; polymers; words; codes; interactions; linguistics; communication

ARTIGOS ORIGINAIS

Lingüística de interações moleculares^* * Trabalho apresentado em mesa-redonda no Encontro Biologia e Filosofia, no Instituto de Biociências de Botucatu - UNESP - 31 de outubro de 1990.

Linguistics of molecular interactions

Romeu Cardoso Guimarães

Departamento de Genética - Instituto de Biociências - UNESP - 18610 - Botucatu - SP

RESUMO

As moléculas biológicas mais interessantes são longos polímeros. Em analogia com a linguagem humana alfabética, estes podem ser chamados de textos, e analisados, quanto à estrutura primária, como sequência de letras (monômeros; como nucleotídeos, aminoácidos, etc.) ou de palavras (códigos de oligômeros, de até 5-6 letras). Considera-se que o estudo das palavras, em abordagem de tipo lingüístico, possa contribuir para o entendimento das interações (comunicações) moleculares. As linguagens e dialetos, moleculares e humanos, são contrastados. A linguagem molecular se distingue peculiarmente da humana, por exemplo, por utilizar forma tridimensional, dinâmica temporal, ausência de espaçamento e pontuação, e sobreposição de significados. Apresenta-se um método matemático para descoberta, de palavras em textos. A palavra AAA (trinca de adeninas) foi estudada na evolução do RNA ribossômico 5S. Observou-se que esta palavra é mais freqüente em organismos menos complexos e menos freqüente nos mais complexos, das linhagens de fungos, plantas e vertebrados. Nas duas últimas, reduziu-se também o grau de variabilidade gênica. Pelo contrário, grau moderado de freqüência da palavra persistiu em toda a linhagem dos invertebrados, com manutenção paralela de alto nível de variabilidade gênica. Nas mitocôndrias, plastídeos e micoplasmas, a freqüência da palavra AAA foi aumentada, de acordo com sua necessidade de interações com maior amplitude de variação. Esses comportamentos indicam que a palavra monótona AAA permite ambigüidade de interações. Com a evolução da complexidade orgânica e da maior especificidade molecular, as palavras ambíguas foram progressivamente evitadas.

Unitermos: Bioquímica; polímeros; palavras; códigos; interações; lingüística; comunicação.

ABSTRACT

The most interesting biological molecules are long polymers. In analogy with human alphabetic languages, they can be called texts and analysed, as to the primary structure, as sequences of letters (monomers; nucleotides, aminoacids, etc.) or of words (codes of oligomers, of up to 5-6 letters). It is considered that the study of words, in a linguistic approach, may contribute positively to the understanding of molecular interactions (communication). The molecular and human languages and dialects are contrasted. The molecular one is peculiarly distinct from the human, for instance, by its use of a tridimensional morphology, temporal dynamics, absence of spacings and punctuation, and overlapping messages. A mathematical method is presented, for discovering words in texts. The word AAA (adenine triplets) was studied in the evolution of the 5S ribosomal RNA. It was shown that this word is more frequent in less complex organisms and less frequent in the more complex ones, in the fungi, plants, and vertebrates lineages. In the two latter ones, the degree of genie variability was also reduced. To the contrary, a moderate degree of usage of this word persisted in the whole invertebrates lineage, where a high degree of genie variability was maintained. In mitochondria, plastids and mycoplasmas, the frequency of the word AAA was increased, consistently with their need for interactions with a wider range of variation. These behaviors indicate that the monotonous AAA word allows for ambiguity in interactions. With the evolution of organic complexity and of greater molecular specificity, ambiguous words were progressively avoided.

Keywords: Biochemistry; polymers; words; codes; interactions; linguistics; communication.

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AGRADECIMENTOS

CNPQ, FUNDUNESP E Soc o Amigos Inst. Weizmann em São Paulo.

1. AYALA, F. J., KIGER Jr., J. A. Modern genetics. Menlo Park: Benjamin/Cummings, 1980. p. 622.
2. GHOSH, A., DAS J., MANILOFF, J. Lack of repair of ultraviolet light damage in Mycoplasma gallisepticum. Journal of molecular Biology, London, v. 116, p. 337-344, 1977.
3. GUIMARÃES, R. C, ERDMANN, V. A. Evolution adenine clustering in 5S rRNA. 1990. (Texto mimeografado).
4. KESSLER, C, NEUMAIER, P. S., WOLF, W. Recognition sequences of restriction endonucleases and methylases: a review. Gene, Amsterdan, v. 33, p. 1-102, 1985.
5. KIMURA, M. The neutral theory of molecular evolution. Cambridge: Cambridge University Press, 1986.
6. KIRKWOOD, T. B. L., ROSENBERGER, R. F., GALAS, D. J., ed. Accuracy in molecular processes: its control and relevance to living systems. London: Chapman & Hall, 1986. 391p.
7. MCKUSICK, V. A. Mendelian inheritance in man. 7 ed. Baltimore: The Johns Hopkins University Press, 1986. p. xvii-xviii.
8. MIKLOS, G. L. G. Localized highly repetitive DNA sequences in vertebrate and invertebrate genomes. In: MACINTIRE, R. J., ed. - Molecular evolutionary genetics. New York: Plenum Press, 1985. p. 241-321.
9. MONOD, J., CHANGEUX, J. P., JACOB, F. Allosteric proteins and cellular control systems. Journal of molecular Biology, London, v. 6, p. 306-329, 1963.
10. NIRENBERG, M. W., JONES, O. W., LEDER, P., et al. On the coding of genetic information. In: Cold Spring Harbor Symposium on Quantitative Biology, 28, p. 549-557. 1963.
11. PARDINI, M. I. M. C, GUIMARÃES, R. C. Um conceito sistêmico-funcional do gene. Botucatu: Instituto de Biociências da UNESP, 1989. Dissertação (Mestrado).
12. PERELSON, A. S., OSTER, G. F. Theoretical studies of clonal selection: minimal antibody repertoire size and reliability of self-non-self discrimination. Journal of theoretical Biology, v. 81, p. 645-70. 1979.
13. PIETROKOVSKI, S., HIRSHON, J., TRIFONOV, E. N. Linguistic measure of taxonomic and functional relatedness of nucleotide sequences. 1990. (Texto mimeografado).
14. RAZIN, S., FREUNDT E. A. The mycoplasmas. In: Bergey's manual of systematic bacteriology I. Baltimore: Williams and Wilkins, Krieg, N.R., ed., p. 740-793. 1984.
15. TRIFONOV, E. N., BRENDEL, V. Gnomic: a dictionary of genetic codes. Balaban: Rehovot, 317p.
16. WEATHERALL, D. J., CLEGG, J. B., HIGGS. D. R., WOOD, W. G. The hemoglobinopathies. In: SCRIVER, C. R., BEAUDET, A. L., SLY, W. S., VALLE, D., ed. The metabolic basis of inherited disease. New York: McGraw-Hill, 1989. p. 2281-2339.

*

Trabalho apresentado em mesa-redonda no Encontro

Biologia e Filosofia, no Instituto de Biociências de Botucatu - UNESP - 31 de outubro de 1990.

Datas de Publicação

Publicação nesta coleção
28 Nov 2011
Data do Fascículo
Dez 1991

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[1] 1. AYALA, F. J., KIGER Jr., J. A. Modern genetics. Menlo Park: Benjamin/Cummings, 1980. p. 622.

[2] 2. GHOSH, A., DAS J., MANILOFF, J. Lack of repair of ultraviolet light damage in Mycoplasma gallisepticum. Journal of molecular Biology, London, v. 116, p. 337-344, 1977.

[3] 3. GUIMARÃES, R. C, ERDMANN, V. A. Evolution adenine clustering in 5S rRNA. 1990. (Texto mimeografado).

[4] 4. KESSLER, C, NEUMAIER, P. S., WOLF, W. Recognition sequences of restriction endonucleases and methylases: a review. Gene, Amsterdan, v. 33, p. 1-102, 1985.

[5] 5. KIMURA, M. The neutral theory of molecular evolution. Cambridge: Cambridge University Press, 1986.

[6] 6. KIRKWOOD, T. B. L., ROSENBERGER, R. F., GALAS, D. J., ed. Accuracy in molecular processes: its control and relevance to living systems. London: Chapman & Hall, 1986. 391p.

[7] 7. MCKUSICK, V. A. Mendelian inheritance in man. 7 ed. Baltimore: The Johns Hopkins University Press, 1986. p. xvii-xviii.

[8] 8. MIKLOS, G. L. G. Localized highly repetitive DNA sequences in vertebrate and invertebrate genomes. In: MACINTIRE, R. J., ed. - Molecular evolutionary genetics. New York: Plenum Press, 1985. p. 241-321.

[9] 9. MONOD, J., CHANGEUX, J. P., JACOB, F. Allosteric proteins and cellular control systems. Journal of molecular Biology, London, v. 6, p. 306-329, 1963.

[10] 10. NIRENBERG, M. W., JONES, O. W., LEDER, P., et al. On the coding of genetic information. In: Cold Spring Harbor Symposium on Quantitative Biology, 28, p. 549-557. 1963.

[11] 11. PARDINI, M. I. M. C, GUIMARÃES, R. C. Um conceito sistêmico-funcional do gene. Botucatu: Instituto de Biociências da UNESP, 1989. Dissertação (Mestrado).

[12] 12. PERELSON, A. S., OSTER, G. F. Theoretical studies of clonal selection: minimal antibody repertoire size and reliability of self-non-self discrimination. Journal of theoretical Biology, v. 81, p. 645-70. 1979.

[13] 13. PIETROKOVSKI, S., HIRSHON, J., TRIFONOV, E. N. Linguistic measure of taxonomic and functional relatedness of nucleotide sequences. 1990. (Texto mimeografado).

[14] 14. RAZIN, S., FREUNDT E. A. The mycoplasmas. In: Bergey's manual of systematic bacteriology I. Baltimore: Williams and Wilkins, Krieg, N.R., ed., p. 740-793. 1984.

[15] 15. TRIFONOV, E. N., BRENDEL, V. Gnomic: a dictionary of genetic codes. Balaban: Rehovot, 317p.

[16] 16. WEATHERALL, D. J., CLEGG, J. B., HIGGS. D. R., WOOD, W. G. The hemoglobinopathies. In: SCRIVER, C. R., BEAUDET, A. L., SLY, W. S., VALLE, D., ed. The metabolic basis of inherited disease. New York: McGraw-Hill, 1989. p. 2281-2339.

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