La misma restricción rige la flexibilidad a corto plazo y la transformación estructural de las proteínas a dadivoso plazo – ScienceDaily

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Un estudio estadístico reciente ha revelado algunas de las limitaciones y direcciones en la evolución de la estructura y función de las proteínas. Mejores modelos de dinámica estructural de proteínas pueden permitir a los investigadores comprender mejor este misterio fundamental en los organismos vivos.

Las proteínas realizan funciones esenciales como transporte de material, inmunidad y catálisis. Las diversas funciones de las proteínas han evolucionado gradualmente a lo largo de la evolución.

Debido al ruido térmico o al movimiento aleatorio de los átomos, las proteínas cambian sus estructuras a medida que realizan sus funciones. Esta dinámica suele ocurrir en escalas de tiempo cortas, desde microsegundos (millonésima de segundo) hasta milisegundos (milésima de segundo). Mientras tanto, las mutaciones genéticas también pueden provocar cambios en las estructuras de las proteínas, lo que lleva a la evolución de las proteínas. Este proceso evolutivo ocurre generación tras generación, lo que corresponde a una escala de tiempo mucho más larga.

«Es interesante notar que aunque son dos procesos completamente diferentes, la dinámica y evolución de las proteínas comparten muchas similitudes. Sin embargo, no es fácil de verificar cuantitativamente y el origen teórico de la relación aún no se ha dilucidado antes», agregó. Dijo Qian-Yuan. Tang, Ph.D., coautor de la investigación publicada en Cartas de revisión física y ex investigador postdoctoral en la Universidad de Tokio. Tang es actualmente investigador en el Centro RIKEN de Ciencias del Cerebro en Japón.

En una investigación publicada recientemente, Tang y el profesor Kunihiko Kaneko, experto en biología teórica del Centro de Investigación de Biología de Sistemas Complejos de la Universidad de Tokio, analizaron las estructuras de cientos de miles de proteínas en bases de datos científicas. Estas proteínas se pueden dividir en varios grupos según su similitud estructural. Las proteínas del mismo grupo son generalmente del mismo tipo de proteínas en diferentes especies animales. Por ejemplo, la proteína sanguínea hemoglobina que transporta hierro en humanos, ratas y peces estará en el mismo grupo. Las variaciones estructurales dentro de un grupo reflejan la evolución estructural de las proteínas. Otros análisis muestran que los cambios estructurales que se han producido en la evolución y los cambios estructurales que se han producido en la dinámica funcional de las proteínas comparten el mismo patrón.

«Lo que estamos encontrando es una conexión entre las deformaciones inducidas por ruido térmico y las deformaciones inducidas por mutaciones», dijo Tang.

«Esta correspondencia entre dinámica y evolución se debe al hecho de que los cambios estructurales en las proteínas debido a fluctuaciones y mutaciones térmicas comparten las mismas limitaciones», dijo Kaneko.

Estas limitaciones conducen a una estrecha relación entre las direcciones en las que tienden a producirse el movimiento funcional de las proteínas y la evolución estructural. La aparición de tales limitaciones puede explicarse por el hecho de que la estructura de la proteína debe ser resistente al ruido térmico y las mutaciones genéticas, pero también debe ser lo suficientemente sensible para funcionar.

Una mejor comprensión de esta correspondencia puede proporcionar una forma unificada de comprender el comportamiento funcional de las proteínas y analizar sus limitaciones evolutivas. Estos resultados también dan una nueva perspectiva al diseño de sistemas vivos funcionales y sistemas de inteligencia artificial.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Universidad de tokio. Nota: El contenido se puede cambiar según el estilo y la longitud.

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