Un equipo internacional e interdisciplinario que trabaja en el Earth-Life Science Institute ELSI en el Instituto de Tecnología de Tokio ha modelado la evolución de uno de los conjuntos de bloques de construcción más fundamentales de la biología y descubrió que puede tener propiedades especiales que ayudaron a iniciarseen su forma moderna.
Toda la vida, desde las bacterias hasta las ballenas azules y los seres humanos, utiliza un conjunto casi universal de 20 aminoácidos codificados CAA para construir proteínas. Este conjunto probablemente fue "canonicalizado" o estandarizado durante la evolución temprana; antes de esto, un aminoácido más pequeñolos conjuntos se expandieron gradualmente a medida que los organismos desarrollaron nuevas habilidades de corrección y codificación sintéticas. El nuevo estudio, dirigido por Melissa Ilardo, ahora en la Universidad de Utah, exploró cómo podría haber ocurrido esta evolución del conjunto.
Hay millones de posibles tipos de aminoácidos que se pueden encontrar en la Tierra o en otras partes del Universo, cada uno con sus propias propiedades químicas distintivas. De hecho, los científicos han descubierto que estas propiedades químicas únicas son las que dan proteínas biológicas, las moléculas grandes quehacen gran parte de la catálisis de la vida, sus propias capacidades únicas. El equipo había medido previamente cómo el conjunto CAA se compara con conjuntos aleatorios de aminoácidos y descubrió que solo aproximadamente 1 de cada mil millones de conjuntos aleatorios tenían propiedades químicas tan inusualmente distribuidas como las de los CAA.
Por lo tanto, el equipo se propuso hacer la pregunta de cómo podrían haber sido antes los conjuntos codificados más pequeños en términos de sus propiedades químicas. Hay muchos subconjuntos posibles de los CAA modernos u otros aminoácidos no codificados actualmente que podrían haber formado los primerosEl equipo calculó las posibles formas de hacer un conjunto de 3-20 aminoácidos utilizando una biblioteca especial de 1913 aminoácidos "virtuales" estructuralmente diversos que calcularon y descubrió que hay 10 48 formas de hacer conjuntos de 20 aminoácidos. En contraste, solo hay ~ 10 19 granos de arena en la Tierra, y solo ~ 10 24 estrellas en todo el Universo. "Hay tantos aminoácidos posibles, y tantas formas de hacer combinaciones de ellos, un enfoque computacional fue la única forma integral de abordar esta pregunta", dice el miembro del equipo Jim Cleaves de ELSI."Las implementaciones eficientes de algoritmos basados en modelos matemáticos apropiados nos permiten manejar incluso espacios combinatorios astronómicamente enormes", agrega el coautor Markus Meringer del Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt.
Como este número es tan grande, utilizaron métodos estadísticos para comparar el valor adaptativo de las propiedades fisicoquímicas combinadas del conjunto de CAA moderno con las de miles de millones de conjuntos aleatorios de 3-20 aminoácidos. Lo que encontraron fue que los CAA puedense han mantenido selectivamente durante la evolución debido a sus propiedades químicas adaptativas únicas, que les ayudan a producir proteínas óptimas, a su vez ayudando a los organismos que podrían producir esas proteínas a estar más en forma.
Descubrieron que incluso los conjuntos hipotéticos que contenían solo uno o unos pocos CAA modernos eran especialmente adaptativos. Era difícil encontrar conjuntos incluso entre una multitud de alternativas que tienen las propiedades químicas únicas del conjunto moderno de CAA. Estos resultados sugieren que cada vezSe descubrió un CAA moderno y se integró en el kit de herramientas de la biología durante la evolución, proporcionó un valor de adaptación inusual entre una gran cantidad de alternativas, y cada paso selectivo puede haber ayudado a impulsar el conjunto en desarrollo para incluir aún más CAA, lo que finalmente condujo al conjunto moderno.
Si es cierto, los investigadores especulan, podría significar que incluso dada una gran variedad de puntos de partida para desarrollar conjuntos de aminoácidos codificados, la biología podría terminar convergiendo en un conjunto similar. Como este modelo se basó en las propiedades físicas y químicas invariablesde los aminoácidos en sí mismos, esto podría significar que incluso la vida más allá de la Tierra podría ser muy similar a la vida moderna de la Tierra.no se trata solo de un conjunto de eventos accidentales. Más bien, puede haber algunas leyes universales que rigen la evolución de la vida ".
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Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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