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El estudio estadístico revela apremios y direcciones en la evolución de la estructura de la proteína, función

Un estudio estadístico reciente ha revelado algunas de los apremios y de las direcciones en la evolución de la estructura y de la función de proteínas. Mejores modelos de las dinámicas estructurales de la proteína pueden permitir que los investigadores entiendan más de este misterio fundamental en organismos vivos.

Las proteínas realizan funciones esenciales tales como transporte, inmunidad y catálisis materiales. Las diversas funciones de proteínas se han desarrollado gradualmente a lo largo de la evolución.

Debido al ruido térmico, o al movimiento al azar de los átomos, proteínas cambio sus estructuras mientras que realiza sus funciones. Estas dinámicas suceso generalmente en escalas del breve periodo de tiempo, a partir de los microsegundos (millonésimos de segundos) a los milisegundos (milésimos de segundos). Mientras tanto, las mutaciones genéticas pueden también llevar a las variaciones en las estructuras de la proteína, llevando a la evolución de proteínas. Un proceso tan evolutivo suceso generación después de la generación, que corresponden una escala de tiempo mucho más larga.

“Interesante, aunque siendo dos procesos totalmente diversos, la dinámica y la evolución de proteínas comparta muchas semejanzas. Sin embargo, no es fácil verificar cuantitativo, y el origen teórico del lazo todavía no se ha clarificado antes,” dijo la espiga de Qian-Yuan, el Ph.D., el co-autor de la investigación publicada en cartas físicas de la revista y a un profesor investigador postdoctoral anterior en la universidad de Tokio. La espiga es actualmente científico de la investigación [DCE1] [TQ2] en el centro de RIKEN para la ciencia de cerebro en Japón.

En la investigación recientemente publicada, la espiga y profesor Kunihiko Kaneko, experto teórico de la biología de la universidad del centro de investigación de Tokio para la biología de sistemas complejos, analizaban las estructuras de cientos de miles de proteínas en bases de datos científicas. Estas proteínas se pueden dividir en diversos grupos basados en su semejanza estructural. Las proteínas en el mismo grupo son generalmente la misma clase de proteína en diversa especie animal. Por ejemplo, la hemoglobina de la proteína de sangre hierro-que lleva en seres humanos, ratas y pescados estará en el mismo grupo. Las variaciones estructurales dentro de un grupo reflejan la evolución estructural de las proteínas. El análisis adicional muestra que las variaciones estructurales que suceso en la evolución y las variaciones estructurales que suceso en la dinámica funcional de proteínas comparten la misma configuración.

Qué estamos encontrando es una conexión entre las deformaciones inducidas por el ruido térmicas y las deformaciones mutación-inducidas.”

Espiga de Qian-Yuan, Ph.D., co-autor

“Esta correspondencia entre la dinámica y la evolución es debido al hecho de que los cambios estructurales de las proteínas debido a las fluctuaciones y a las mutaciones térmicas comparten los mismos apremios,” dijo Kaneko.

Estos apremios llevan a una estrecha relación entre las direcciones en las cuales el movimiento funcional de la proteína y la evolución estructural tienden a ocurrir. La aparición de tales apremios se puede explicar por el hecho de que la estructura de la proteína debe ser resistente al ruido térmico y a las mutaciones genéticas, pero también debe ser bastante sensible a la función.

Una mejor comprensión de esta correspondencia puede ofrecer una manera unificada de entender el comportamiento funcional de proteínas y de analizar sus apremios evolutivos. Estos resultados también dan una nueva perspectiva al diseño de sistemas vivos funcionales y de sistemas de inteligencia 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.