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O estudo estatístico revela limitações e sentidos na evolução da estrutura da proteína, função

Um estudo estatístico recente revelou alguns das limitações e dos sentidos na evolução da estrutura e da função das proteínas. Os melhores modelos da dinâmica estrutural da proteína podem permitir que os pesquisadores compreendam mais deste mistério fundamental em organismos vivos.

As proteínas executam funções essenciais tais como o transporte, a imunidade e a catálise materiais. As várias funções das proteínas evoluíram gradualmente no curso da evolução.

Devido ao ruído térmico, ou ao movimento aleatório dos átomos, proteínas desloque suas estruturas ao executar suas funções. Esta dinâmica acontece geralmente em escalas de curto período de tempo, dos microssegundos (milhonésimo dos segundos) aos milissegundos (milésimos dos segundos). Entrementes, as mutações genéticas podem igualmente conduzir às variações nas estruturas da proteína, conduzindo à evolução das proteínas. Um processo tão evolucionário acontece geração após a geração, que correspondem a uma escala de tempo muito mais longo.

“Interessante, embora sendo dois processos completamente diferentes, a dinâmica e a evolução das proteínas compartilhe de muitas similaridades. Contudo, não é fácil verificar quantitativa, e a origem teórica do relacionamento não foi esclarecida ainda antes,” disse Qian-Yuan Tang, Ph.D., co-autor da pesquisa publicada em letras físicas da revisão e um research fellow pos-doctoral anterior na universidade do Tóquio. Tang é actualmente um cientista da pesquisa [DCE1] [TQ2] no centro de RIKEN para a ciência de cérebro em Japão.

Na pesquisa recentemente publicada, Tang e o professor Kunihiko Kaneko, um perito teórico da biologia da universidade do centro de pesquisa do Tóquio para a biologia de sistemas complexos, analisaram as estruturas das centenas de milhares de proteínas em bases de dados científicas. Estas proteínas podem ser divididas nos grupos diferentes baseados em sua similaridade estrutural. As proteínas no mesmo grupo são geralmente o mesmo tipo da proteína na espécie animal diferente. Por exemplo, a hemoglobina ferro-levando da proteína de sangue nos seres humanos, nos ratos e nos peixes estará no mesmo grupo. As variações estruturais dentro de um grupo reflectem a evolução estrutural das proteínas. A análise mais aprofundada mostra que as variações estruturais que aconteceram na evolução e nas variações estruturais que aconteceram na dinâmica funcional das proteínas compartilham do mesmo teste padrão.

O que nós estamos encontrando é uma conexão entre deformações ruído-induzidas thermal e deformações mutação-induzidas.”

Qian-Yuan Tang, Ph.D., co-autor

“Esta correspondência entre a dinâmica e a evolução é devido ao facto de que as mudanças estruturais das proteínas devido às flutuações e às mutações térmicas compartilham das mesmas limitações,” disse Kaneko.

Estas limitações conduzem a uma relação estreita entre os sentidos em que o movimento funcional da proteína e a evolução estrutural tendem a ocorrer. A emergência de tais limitações pode ser explicada pelo facto de que a estrutura da proteína deve ser resistente ao ruído térmico e às mutações genéticas, mas igualmente deve ser sensível bastante à função.

Uma compreensão melhor desta correspondência pode fornecer uma maneira unificada de compreender o comportamento funcional das proteínas e de analisar suas limitações evolucionárias. Estes resultados igualmente dão uma nova perspectiva ao projecto de sistemas vivos funcionais e de sistemas de inteligência artificial.

Source:
Journal reference:

Tang, Q-Y., et al. (2021) Dynamics-Evolution Correspondence in Protein Structures. Physical Review Letters. doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.098103.