16:01 2022-12-05
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Enzimă veche de 2 miliarde de ani reconstruită: munca de detectiv realizată de biologi moleculari și cercetători în bioinformatică
_ 2- Enzimă veche de miliarde de ani reconstruită: Lucrări detective ale biologilor moleculari și cercetătorilor în bioinformatică
Cercetătorii de la Universitatea Leipzig au rezolvat un puzzle în evoluția enzimelor bacteriene. Reconstituind un candidat pentru o ARN polimerază specială, așa cum exista cu aproximativ 2 miliarde de ani în urmă, ei au reușit să explice o proprietate uluitoare până acum a enzimelor moderne corespunzătoare.
Spre deosebire de strămoșii lor, ei nu funcționează continuu și sunt astfel semnificativ mai eficiente — aceste pauze în activitate constituie progres evolutiv. Reconstituirea proteinei din timpurile preistorice a fost posibilă datorită cooperării interdisciplinare dintre biochimia moleculară și bioinformatică.
Descoperirile cercetării au fost publicate în revista Molecular Biology and Evolution. Enzimele studiate sunt ARNt nucleotidiltransferaze: enzime care atașează trei blocuri de construcție nucleotide din secvența C-C-A la ARN-uri mici din celulă (așa-numitele ARN de transfer), astfel încât acestea să poată furniza ulterior aminoacizi pentru sinteza proteinelor.
Prin reconstrucții filogenetice, o echipă de cercetători condusă de profesorul Mario Mörl (Biochimie) și profesorul Sonja Prohaska (Bioinformatică) a reconstruit un candidat pentru o astfel de enzimă ancestrală așa cum a existat în bacterii cu aproximativ 2 miliarde de ani în urmă. Echipa de cercetare a comparat apoi proprietățile ARN polimerazei reconstruite cu cele ale unei enzime bacteriene moderne.
Ambele enzime funcționează cu o precizie similară, dar prezintă diferențe clare în ceea ce privește reacția. Până acum, nu a fost posibil să se recunoască tendința enzimelor moderne de a-și întrerupe activitatea în mod repetat ca un avantaj evolutiv. Acest fenomen i-a nedumerit pe biochimiști de zeci de ani. Numai în comparație cu modul de activitate al enzimei reconstruite, misterul a fost acum rezolvat.
Enzima ancestrală este procesivă, adică funcționează fără întrerupere, dar din când în când elimină nucleotidele. blocuri de construcție care au fost deja adăugate corect. Rezultatele arată că se pot învăța multe despre evoluția și proprietățile enzimelor moderne din reconstrucțiile enzimatice și că multe întrebări pot fi rezolvate doar prin interacțiunea dintre bioinformatică și biochimie — într-un dus și înapoi între calculele computerizate și experimentele de laborator.
În trecut prin urmărirea relațiilor
Folosind secvențe de gene, arbori filogenetici evolutivi pot fi, de asemenea, creați din bacterii. Pornind de la marea diversitate de organisme de astăzi dintr-un arbore de specii, calea evolutivă a genelor individuale poate fi reconstruită de-a lungul relațiilor și ramurilor și poate fi urmărită cu minuțiozitate înapoi la o origine comună.
Reconstituirea este, în esență, în trei etape. proces. În primul rând, bazele de date sunt căutate pentru enzimele moderne corespunzătoare pentru a putea examina secvența blocurilor de construcție a aminoacizilor. Secvențele obținute pot fi apoi folosite pentru a calcula cum ar fi trebuit să arate secvența originală. Secvența de genă corespunzătoare care codifică vechea enzimă este apoi introdusă în bacteriile de laborator, astfel încât acestea să formeze proteina dorită. Enzima poate fi apoi studiată în detaliu pentru a-i determina proprietățile și comparată cu enzimele moderne.
„Când a venit știrea din laborator că enzima reconstruită efectuează adăugarea C-C-A și o face chiar și într-un mod mai larg. interval de temperatură decât enzimele de astăzi, acesta a fost descoperirea”, își amintește Sonja Prohaska.
Optimizare evolutivă: pauzele în activitate cresc eficiența
Ca și organismele, enzimele sunt, de asemenea, optimizate prin evoluție. Lucrarea (cataliza) efectuată de o enzimă se desfășoară, de obicei, mai repede și mai bine, cu atât mai puternică își poate lega substratul. Enzima ancestrală reconstruită face exact asta, se ține de substrat, ARNt, și atașează cele trei nucleotide C-C-A una după alta, fără a renunța.
Nucleotidiltransferazele moderne de ARNt, pe de altă parte, sunt distributive. , adică lucrează în etape cu pauze în timpul cărora își eliberează în mod repetat substratul. Cu toate acestea, ei sunt mai eficienți și mai rapidi decât predecesorii lor ancestrali. Acest lucru i-a nedumerit pe cercetători. De ce enzimele moderne continuă să renunțe la substratul lor?
Explicația constă în fenomenul reacției inverse, în care nucleotidele încorporate sunt îndepărtate din nou de enzimă. În timp ce legarea puternică a enzimei ancestrale de substrat are ca rezultat îndepărtarea ulterioară, reacția inversă în enzimele moderne este aproape complet împiedicată prin eliberarea substratului. Acest lucru le permite să lucreze mai eficient decât predecesorii lor.
„Am reușit în sfârșit să explicăm de ce nucleotidiltransferazele moderne de ARNt funcționează atât de eficient în ciuda naturii lor distributive”, spune Mario Mörl. "Descoperirea ne-a luat complet prin surprindere în echipă. Nu ne așteptam la așa ceva. Am avut întrebarea în urmă cu 20 de ani și acum îi putem răspunde în sfârșit folosind metode de reconstrucție bioinformatică. Această cooperare strânsă între bioinformatică și biochimie a existat în Leipzig de câțiva ani și s-a dovedit, nu pentru prima dată, a fi un mare avantaj pentru ambele părți.”
Comentarii:
Adauga Comentariu