7/25/2019 Evolucion de Proteinas

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Bioqumica de Macromolculas

Ana Claudia Flores

EVOLUCIN CONVERGENTE Y DIVERGENTE DE PROTENAS

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Bioqumica de Macromolculas

EVOLUCIN CONVERGENTE Y DIVERGENTE DE PROTENAS

Cuando dos especies divergen a partir de una se da lugar al surgimiento de un nuevo

linaje. Se establecen, a partir de ese momento, dos versiones de una misma protena. Las

mutaciones ocurren al azar en los genes codificantes de cada versin y una vez que esta

mutacin se fija por driftgentico o seleccin natural la secuencia de amino!cidos comienza a

cambiar lentamente en forma independiente de lo que ocurre con el gen "omlogo en la otra

especie. La #descone$in% de dos genes para una misma protena puede ocurrir en un mismo

organismo por duplicacin gnica como resultado de un error en el proceso de replicacin. & raz

de esta separacin la secuencia de ambas protenas es capaz de variar independientemente. Como

resultado, aparecen isoformas que pueden especializarse y responder demandas separadas. 'stas

demandas son a menudo establecidas en tejidos individuales en el organismo y las dos

secuencias divergen satisfaciendo estos requerimientos particulares. (!

(odemos decir entonces que la "istoria de la protena est! contenida en su secuencia de aa

y puede ser reconstruida por comparacin de la misma en especies diferentes.

Como la secuencia cambia muc"o m!s r!pido que la estructura tridimensional, al intentar

estudiar protenas relacionadas distantemente es necesario complementar el alineamiento de

secuencia con la superposicin de modelos moleculares cristalogr!ficos. 's a partir de estas

comparaciones que pueden elucidarse losgapsque aparecen en el alineamiento e incluso pueden

relacionarse protenas con escasa similitud de secuencia.

'l an!lisis de estas relaciones permite inferir el origen de determinadas estructuras o

establecer nuevas estructuras.

(ara decidir si un dominio presenta un nuevo plegamiento o est! relacionado

distantemente con otra protena es )til centrar la atencin en #detalles finos%, es decir, buscar

similitudes de empaquetamiento raras o inusuales que permitan suponer que es poco probable

que puedan "aber aparecido en forma independiente y su similitud ser casual. 'n base a esto,

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estudios recientes determinaron la relacin del dominio cataltico de la adenil ciclasa con el

dominio # palm% de la +& polimerasa - dos estructuras superponibles pero con escasa

similitud de secuencia/. 'n ambas "ay varias caractersticas conservadas ausentes en protenas

con el mismo motivo estructural. &mbas protenas catalizan reacciones distintas pero an!logas,

divergencia funcional tpica de protenas relacionadas distantemente. ("!

La frecuencia con la cual los residuos cambian en distintas posiciones es desigual. 's

mayor en la superficie y en los loopsque conectan estructuras secundarias que en las posiciones

m!s internas en el empaquetamiento. 'ste comportamiento de seleccin natural refleja severas

restricciones de variacin.

Si bien las protenas que "an divergido a)n retienen la arquitectura y topologa de su

plegamiento ancestral, el plegamiento puede cambiar durante la evolucin. (ueden e$istir

distintos topoismeros en los cu!les los elementos de estructura secundaria son los mismos pero

alguno de los loopsconectores est!n arreglados de manera diferente. Como la contribucin a la

energa libre del estado plegado es peque0a, la estabilidad de los topoismeros puede ser similar.

La conversin de uno a otro requiere de un unfoldingparcial lo que establece una barrera

termodin!mica y cintica a la topoisomerizacin espont!nea. 'stos ismeros de plegado nativo

son entonces #trampas cinticas% o estados metaestables en el proceso de plegamiento.("!

Las globinas son una familia de protenas para las cuales muc"as secuencias est!n

disponibles, "an surgido muy tempranamente en la evolucin y est!n presentes en una variedad

de organismos, desde bacterias "asta el "ombre. +entro de las "emoglobinas b/, la de peces "a

divergido m!s que la de los animales de respiracin area. (or superposicin de las estructuras

de b "umana y de raya se "a visto que la estructura cuaternaria es altamente conservada entre

los vertebrados pero e$isten numerosas diferencias en los aa implicados en el sitio de captura de

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4uc"as veces dos protenas pueden presentar una estructura "omloga sin "aber tenido

un ancestro com)n. 'sto es, pueden llegar a solucionar un mecanismo particular con una

estructura similar por e%olu&i'n &on%eren)e. La estructura Clp( componente proteoltico de la

proteasa Clp/ es un ejemplo de este tipo de evolucin. 'n su estructura cuaternaria comparte la

arquitectura de barril similar a otras proteasas &5(6dependientes. 'n el sitio activo se encuentra

la trada cataltica presente en la quimotripsina y otras tres superfamilias de serin proteasas. &

pesar de estas similitudes el plegamiento de la subunidad de Clp( no muestra relacin con

ninguna proteasa de estructura conocida.("!

7arias son las estructuras que se "an analizado y el n)mero aumenta a diario. 8 con este

aumento surgen tambin nuevos mtodos de estudio para optimizar los ya e$istentes.

Los modelos probabilsticos que se arman para los estudios de evolucin por apilamiento

de secuencia se basan en la construccin de matrices de reemplazo para establecer las

comparaciones. Se asume que todos los sitios en una protena evolucionan independientemente

unos de otros y con la misma probabilidad. (ero esto es una limitacin en el estudio por lo que se

est!n incorporando variaciones de sitios de residuos #preferidos% e incluso definiendo categoras

entre los sitios acordes con atributos fisicoqumicos aa perifricos, "idrofobicidad, etc/.(*#+!

2tros mtodos apuntan a investigar el uso de comparacin de la estructura secundaria

para discriminar entre protenas relacionadas y no relacionadas. 'stos pueden proveer

informacin para la deteccin de protenas relacionadas tridimensionalmente con escasa

similitud de secuencia entre 19:639:/.(,!

8 mientras intentamos apro$imar y descubrir la forma en que la naturaleza sabiamente "a

actuado nos sorprendemos a cada paso. 4uc"os son los interrogantes que se plantean y que

quedan por responder para tratar de establecer las relaciones entre secuencia y estructura y entre

estructura y funcin. & partir de este entendimiento se an"ela poder llegar a "acer predicciones a

partir de slo la secuencia de una protena desconocida, pero esta ya es otra "istoria...

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