Aula4 parte1

(1)

Natureza da Informação

Profª Ana Carolina Lorena

Bacharelado em Ciência e Tecnologia Universidade Federal do ABC

Setembro 2010

(2)

Representação de bit



Um bit: útil para situações com duas

possibilidades



Jogar uma moeda

 Cara ou coroa



Gênero de uma pessoa

 Feminino ou masculino



Veredito de juri

 Inocente ou culpado



Verdade de asserção

(3)

Modelo de sistema de comunicação



Modelo simplificado

Entrada (símbolos) ( Codificador (Arrays de bits) d Canal (Arrays de bits) d Decodificador Saída (símbolos) (

(4)

Códigos



Como desenvolver?



Letras: EBCDIC, ASCII, Unicode, BCD, Morse



Inteiros: binário, Gray, complemento de 2



Números: ponto flutuante



Proteínas: código genético



Telefones: NANP, códigos internacionais



Hosts: ethernet, IP, nomes de domínio



Imagens: TIFF, GIF, JPEG



Audio: MP3



Video: MPEG

(5)

Tamanho do espaço de símbolos



Dependendo do número de símbolos que precisa

codificar

⇒

diferentes considerações



Número de símbolos em um código =

tamanho

do espaço de símbolos



Alguns tamanhos que serão considerados:

 2

 Potência de 2  Finito

 Infinito, contável  Infinito, incontável

(6)

Tamanho do espaço de símbolos



Número de símbolos n = 2



Pode ser codificado com um único bit



Número de símbolos n = potência de2



Pode ser codificado com log

2

n bits

 Ex.: 2 bits para naipe de cartas

(7)

Tamanho do espaço de símbolos



Número de símbolos n = finito, mas não potência

de 2



Pode ser codificado com número de bits de próximo

inteiro superior, que é potência de 2

 Ex.: 3 bits para resultado de um dado



Leva a algumas sequências de bits não utilizadas

 Ex.: usa só de 000 a 101 para o dado  Dois não são usados: 110 e 111

(8)

Tamanho do espaço de símbolos



Número de símbolos n = infinito contável



Infinito contável: pode ser mapeado em relação

um-a-um com os inteiros



Cadeia de bits pode denotar apenas número finito dos

símbolos

 Ex.: 4 bits podem representar os inteiros 0 a 15

(9)

Tamanho do espaço de símbolos



Número de símbolos n = infinito incontável



Ex.: voltagem, pressão



Deve ser usada técnica para substituir por um número

finito de valores que é aproximadamente o mesmo

 Ex.: Representando números entre 0 e 1 com dois bits



Aproximação não é reversível

0 0,25 0,5 0,75 1

0,125 0,375 0,625 0,875 00 01 10 11

Mas, usando número grande de bits, decodificação pode ser feita para número próximo o suficiente (ex. representação floating-point)

(10)

Uso de capacidade extra



Situações em que há mais padrões de código

que número de símbolos



Ex. inteiros que não são potência de 2



O que fazer com os bits adicionais?

1. Ignorar

2. Mapear para outros valores

3. Reservar para futura expansão

4. Usar para códigos de controle

(11)

Código BCD



Binary Coded Decimal



Sistema de representação dos dígitos decimais de

0 até 9 com um código binário de 4 bits

Ex.: inteiro decimal 834 em BCD é 1000 0011 0100 ;

0,764 é 0.0111 0110 0100 em BCD

• Menos eficiente que o código binário puro (mais bits para representar mesmo número)

( Ex.: 83 = 1000 0011 BCD = 1010011₂

• Operações aritméticas com BCD também são mais complexas

• Há padrões desperdiçados • Mas entendimento é mais fácil

(12)

Código BCD



Alternativas para lidar com os bits extra:

1. Ignorando padrões de bits extra



Decodificador retorna nada ou



Decodificador sinaliza erro

2. Mapendo para valores legais



Todos os extras representam o dígito 9 ou



Decodifica extras para 2, 3, 4, 5, 6, 7, supondo que o bit

(13)

Código genético



Blocos de construção dos organismos:

células



Dois ou mais grupos de células formam tecidos



Ex.: ossos, músculo



Tecidos organizam-se e formam órgãos



Ex.: coração, cérebro



Órgãos formam sistemas



Ex.: sistema circulatório, sistema nervoso

(14)

Código genético



Células podem ser:



Eucariotas



Com núcleo

 Armazena material genético

 _{Animais, plantas, fungos}



Procariotas



Sem núcleo

 Material genético disperso na célula

(15)

Código genético



Núcleo: compartimento

separado



Serve como centro de

armazenamento para

informação hereditária

das células eucariotas



Informação genética

armazenada em

cromossomos dentro do

núcleo

(16)

Código genético



Humano sadio: 23 pares de cromossomos

(17)

Código genético



Cada cromossomo contém uma molécula de

DNA



Ácido Desoxirribonucleico



Genes são regiões das cadeias de DNA



Unidades fundamentais que carregam a informação

de hereditariedade



Informação codificada nos genes direciona a

manutenção e o desenvolvimento das células e

organismos

(18)

Código genético



Moléculas de DNA são formadas por duas cadeias

interconectadas de nucleotídeos



Cada nucletídeo é composto de:

 Açúcar

 Fosfato

 Uma de quatro bases

 Adenina (A)  Guanina (G)  Citosina (C)  Timina (T)



Cada molécula pode ter centenas de

(19)

Código genético



Cadeias individuais são interconectadas por

pareamen-tos entre as bases em uma estrutura de dupla hélice

Regras de pareamento: • C com G

(20)

Código genético



Informação dos genes realiza um caminho da

entrada até a saída:



DNA (genes)

⇒

mRNA

⇒

ribossomo/tRNA

⇒

proteína



Proteína é o produto final

(21)

Código genético



Mensagem genética é comunicada do DNA

no núcleo da célula para os ribossomos fora

do núcleo via o mRNA (RNA mensageiro)



Ribossomos auxiliam na construção da proteína



Transcrição é o processo no qual mRNA é

(22)

Código genético



mRNA é cadeia única de nucleotídeos



Igual a DNA exceto por diferenças no açúcar e no

nucleotídeo Timina, que é substituído por Uracila

(U)



Mesmas regras de pareamento, com T

substituído por U

Regras de pareamento: • C com G

(23)

Código genético

T A C G G C T C C G G A C T C C A T . . . RNA Polimerase promotor

_{Transcrição}

DNA

mRNA

T

A

(24)

Código Genético

T A C G G C T C C G G A C T C C A T . . . RNA Polimerase promotor

_{Transcrição}

A

C G A G G C C U G A G G U A . . .

DNA

mRNA

U G C

(25)

Código genético



Proteínas:



Componentes estruturais do corpo



Ex.: fibras dos músculos



Componentes funcionais



Ex.: enzimas (regulam processos bioquímicos)

Acredita-se que todas atividades celulares envolvem proteínas

(26)

Código genético



Proteínas são constituídas de cadeias de

polipeptídeos, que são cadeias de aminoácidos



Aminoácidos são componentes orgânicos com um

átomo central de carbono e:

 Um átomo de hidrogêneo H  Um grupo amina NH₂

 Um grupo carboxila COOH

(27)

Código genético



Cadeias laterais variam de um único hidrogêneo

(aminoácido glicina) a estruturas com até 18

átomos (arginina)

(28)

Código genético



Há 20 diferentes tipos de aminoácidos



10 são considerados essenciais



Não são produzidos pelo corpo humano



Devem ser adquiridos por alimentação



Além disso:



9 são hidrofílicos (solúveis em água)

 2 têm carga negativa, sendo ácidos  3 têm carga positiva e são básicos  4 não possuem carga



8 são hidrofóbicos

(29)

Código genético



mRNA é traduzido no corpo da célula em

cadeia de aminoácidos (proteínas)



Com auxílio de ribossomos e moléculas de tRNA



Ribossomo “prende” mRNA



tRNA (RNA transportador) coloca o aminoácido

(30)

Código genético

_{Transcrição}

A U G C C G A G G C C U G A G G U

A . . .

DNA

mRNA

Met

Ribossomo

A U G

Tradução

códon

(31)

Código genético

_{Transcrição}

A U G C C G A G G C C U G A G G U

A . . .

DNA

mRNA

Tradução

_Ribossomo

Val

Glu

Pro

Arg

Pro

Met

(32)

(33)

Código genético



Há 20 tipos de aminoácidos que precisam

ser codificados por 4 diferentes bases



Uma base só: 4 possibilidades

×



Duas bases: 4 . 4 = 16 possibilidades

×



Três bases: 4 . 4 . 4 = 64 possibilidades



Códon



⇒

Código possui bastante redundância

 Razões biológicas

(34)

Código genético

3 códons são de parada (indicam fim da

proteína) = código de parada

(informação de controle)

(35)

Código



Resumindo:



Difícil haver milhões de estruturas de manufatura de

proteínas, uma para cada tipo de proteína

 Alternativa: procedimento genérico monta proteínas

 Guiado por descrição contida no DNA e RNA



Código genético é uma descrição de como uma sequência

de nucleotídeos especifica um aminoácido

 Proteína pode ser especificada por uma sequência linear de

nucleotídeos

 Representação padrão permite o mesmo aparato de

(36)

Referências



Material de:

