Una proteína de levadura que evolucionó desde cero puede plegarse en una forma tridimensional, en contra de la comprensión general de las proteínas jóvenes, según una nueva investigación dirigida por la Universidad de Arizona.
Los científicos pensaban que esas proteínas recién evolucionadas eran trabajos en progreso que no podían plegarse en formas complejas como lo hacen las proteínas más antiguas.
"Este nuevo estudio de nuestro laboratorio proporciona la primera evidencia de que una proteína desarrollada recientemente desde cero puede de hecho doblarse en una forma tridimensional compacta", dijo el autor principal Matthew Cordes, profesor asociado de química y bioquímica de la UA.
"Lo que hemos descubierto no se ve como una molécula biológica completamente desarrollada. Se parece a lo que uno pensaría que sería una proteína recién nacida, tal vez un poco torpe o con forma de vapor", dijo Cordes, un miembrodel Instituto BIO5 de la UA ". Sin embargo, esta proteína se pliega en una estructura tridimensional y, en muchas medidas, parece proteínas que evolucionaron hace mucho tiempo.
"Es sorprendente cuando lo miro. Realmente siento que estoy viendo que algo sale del cascarón"
La evidencia reciente sugiere que pueden surgir nuevos genes de las secciones no codificantes, o ADN "basura", y que esos nuevos genes podrían codificar proteínas nuevas. Los genes codifican proteínas, las moléculas que funcionan dentro de las células.
La coautora Joanna Masel dijo: "No todos los genes son antiguos y los que no son antiguos no se estudian mucho"
Cordes es la primera persona en observar la estructura de la proteína que resulta de un gen que surgió recientemente del ADN basura, dijo Masel, profesor de ecología y biología evolutiva de la UA y miembro del Instituto BIO5.
Debido a que cambiar un gen existente parecía más fácil que inventar uno completamente nuevo, los científicos habían pensado que surgían nuevos genes al modificar duplicados de genes existentes.
"La historia es que la evolución no es solo un manipulador que reconstruye lo que tiene, a veces la evolución inventa una molécula estructurada funcional completamente nueva", dijo Cordes.
El trabajo de investigación del equipo, "Plegabilidad de una proteína natural evolucionada de Novo", está en línea en la revista Estructura y su publicación está programada para noviembre. Los coautores de Cordes y Masel son Dixie Bungard, Jacob Copple, Jimmy Chhun, Vlad Kumirov y Scott Foy de la UA y Jing Yan y Vicki Wysocki de la Universidad Estatal de Ohio en Columbus.
Los Institutos Nacionales de Salud subvencionan GM104040, GM113658, ES06694, CA023074 y 1S10 RR028868-01 y una subvención de la Fundación John Templeton financió la investigación.
Los científicos saben desde hace más de una década que algunos genes parecen surgir nuevos, o de novo, del ADN basura.
Sin embargo, se sabe poco acerca de las proteínas que codifican dichos genes, dijo Cordes, quien estudia la evolución de la estructura y función de las proteínas.
"Mi objetivo es ver cómo se ven estas proteínas", dijo.
Cordes y sus colegas estudiaron una proteína que una cepa de laboratorio de levadura de panadería produce utilizando un gen de novo. El gen BSC4 y su proteína resultante Bsc4 parecen ayudar en la reparación del ADN.
El primer paso para estudiar una proteína es producir mucha proteína. El equipo de Cordes usó un método estándar: insertaron el gen BSC4 en la bacteria E. coli y la hicieron funcionar como una fábrica de proteínas. Algunas compañías farmacéuticas usanel mismo método para fabricar insulina para personas con diabetes.
El siguiente paso es purificar la proteína, que para Bsc4 nunca se había hecho antes, dijo Cordes.
"Ha habido una falta real de personas que purifican los productos de estos genes de novo y los examinan. Esa es la brecha que estamos tratando de llenar", dijo.
Por lo general, los investigadores cristalizan la proteína y hacen una descripción detallada de la estructura de la proteína utilizando técnicas de imágenes de alta resolución.
Sin embargo, no fue fácil trabajar con la proteína del bebé, dijo Cordes. El equipo no pudo cristalizarla.
El equipo determinó la información general sobre la forma y estructura de la proteína. El gen BSC4 codifica una pequeña cadena de aminoácidos o cadena de polipéptidos.
En la proteína resultante, Bsc4, varias de esas cadenas se unen. La proteína puede existir como dos o tres cadenas, pero también como grupos de muchas cadenas. Tener una variedad de tamaños no es típico, dijo Cordes.
"La mayoría de las proteínas naturales existen en un cierto tamaño", dijo. "Esta puede estar en grupos de cuatro, cinco, seis, siete, esa es una razón por la que podría llamar a la estructura difusa o rudimentaria".
La proteína exhibe otras características de las proteínas normales, incluido el plegamiento en formas estándar, como hélices alfa y láminas plegadas en beta. Además, la proteína se desplegará o desnaturalizará bajo ciertas condiciones y luego se puede volver a introducir en su replegamientoLa porción blanca firme de un huevo cocido es proteína de clara de huevo desnaturalizada.
"Durante muchos años, las personas pensaron que las proteínas tenían que tener estas elegantes estructuras tipo origami para funcionar, pero ha quedado claro que pueden tener desorden, pueden tener propiedades fundidas y aún hacer cosas en un organismo", dijo.
Cordes caracterizó a Bsc4 como "globular" y dijo que la mayoría de las proteínas globulares naturales tienen solo una forma estándar. Él llama a la proteína "globular fundida" porque puede cambiar entre diferentes formas.
"Se cree que la proteína está involucrada en la reparación del ADN y podría estar involucrada en la unión del ADN. Puede ser que su estructura actual sea perfectamente buena en lo que necesita hacer", dijo.
"No haber surgido como esta gloriosa obra de arte hace que sea más creíble que estos genes codificadores de proteínas están surgiendo de la región genética entre genes", dijo Cordes. "Quiero saber de dónde vienen las cosas en la vida:cómo la vida crea novedad, cómo la evolución crea novedad "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Arizona . Original escrito por Mari N. Jensen. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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