Espai seqüencial (evolució)
En biologia evolutiva, el espai seqüencial és una forma de representar totes les seqüències possibles (per a una proteïna, gen o genoma).[1][2] L'espai de seqüència té una dimensió per aminoàcit o nucleòtit en la seqüència que conduïx a espais altament dimensionals.[3][4]
La majoria de les seqüències en l'espai seqüencial no tenen funció, deixant regions relativament chicotetes que estan poblades per gens naturals.[5] Cada seqüència de proteïna és adjacent a totes les demés seqüències a les que es pot aplegar a través d'una sola mutació. S'ha estimat que la vida en la Terra ha explorat tot l'espai funcional de seqüències de proteïnes.[6] L'evolució es pot visualisar com el procés de muestrear seqüències propenques en l'espai de seqüència i moure's a qualsevol en una millor aptitut sobre l'actual.
Representació
Un espai de seqüència generalment es presenta com una cuadrícula. Per als espais seqüencial de proteïnes, cada residu en la proteïna està representat per una dimensió en 20 possibles posicions a lo llarc d'eixe eix corresponent als possibles aminoàcits.[3][4] Per lo tant, hi ha 400 possibles dipèptids disposts en un espai de 20x20, pero això s'expandix a 10130 per a que inclús una chicoteta proteïna de 100 aminoàcits s'organise en un espai en 100 dimensions. Encara que tal multidimensionalidad marejant no es pot visualisar o representar esquemáticament, proporciona un model abstracte útil per a pensar sobre el ranc de proteïnes i l'evolució d'una seqüència a una atra.
Estos espais altament multidimensionales es poden comprimir a 2 o 3 dimensions per mig del anàlisis de components principals. Un paisage de fitness és simplement un espai de seqüència en un eix vertical adicional de fitness agregat per a cada seqüència.[7]
Seqüències funcionals en l'espai de seqüències
A pesar de la diversitat de les superfamilias de proteïnes, l'espai de seqüència està extremadament escassament poblat per proteïnes funcionals. La majoria de les seqüències de proteïnes aleatòries no tenen plec ni funció.[8] Les superfamilias d'enzimes, per lo tant, existixen com a chicotets grups de proteïnes actives en un vast espai buit de seqüència no funcional.[9][10]
La densitat de proteïnes funcionals en l'espai de seqüència i la proximitat de diferents funcions entre sí és un determinant clau per a comprendre la capacitat d'evolució.[11] El grau de interpenetración de dos rets neutrals de diferents activitats en l'espai seqüencial determinarà cuán fàcil és evolucionar d'una activitat a una atra. Quanta més superposició entre diferents activitats en l'espai de seqüència, major serà la variació críptica per a l'activitat promiscua.[12]
L'espai de seqüència de proteïnes s'ha comparat en la Biblioteca de Babel, una biblioteca teòrica que conté tots els llibres possibles que tenen 410 pàgines.[13][14] En la Biblioteca de Babel, trobar qualsevol llibre que tinguera sentit era impossible pel gran número i la falta d'orde. Lo mateix seria cert per a les seqüències de proteïnes si no fòra per la selecció natural, que ha seleccionat solament seqüències de proteïnes que tenen sentit. Ademés, cada seqüència de proteïnes està rodejada per un conjunt de veïns (mutantes puntuals) que provablement tinguen a lo manco alguna funció.
Referències
- ↑ «Missense meanderings in sequence space: a biophysical view of protein evolution».Nature Reviews Genetics.6(9)
- 678–687.doi:10.1038/nrg1672.
- ↑ «Natural Selection and the Concept of a Protein Space».Nature.225(5232)
- 563–564.doi:10.1038/225563a0.
- ↑ 3,0 3,1 «Modeling evolutionary landscapes: Mutational stability, topology, and superfunnels in sequence space».Proceedings of the National Academy of Sciences.96(19)
- 10689–10694.doi:10.1073/pnas.96.19.10689.
- ↑ 4,0 4,1 «Sequence space, folding and protein design.».Current Opinion in Structural Biology.6(1)
- 3–10.doi:10.1016/S0959-440X(96)80088-1.
- ↑ «Searching sequence space by definably random mutagenesis: improving the catalytic potency of an enzyme.».Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.87(2)
- 696–700.doi:10.1073/pnas.87.2.696.
- ↑ http://rsif.royalsocietypublishing.org/content/5/25/953
- ↑ «Exploring protein fitness landscapes by directed evolution.».Nature Reviews Molecular Cell Biology.10(12)
- 866–76.doi:10.1038/nrm2805.
- ↑ «Functional proteins from a random-sequence library.».Nature.410(6829)
- 715–8.doi:10.1038/35070613.
- ↑ «Searching Sequence Space».Bio/Technology.13(6)
- 549–553.doi:10.1038/nbt0695-549.
- ↑ «How llaure model protein structures distributed in sequence space?».Biophysical Journal.73(5)
- 2393–403.doi:10.1016/S0006-3495(97)78268-7.
- ↑ «How do new proteins arise?».Current Opinion in Structural Biology.20(3)
- 390–6.doi:10.1016/j.sbi.2010.02.005.
- ↑ Wagner, Andreas (14 de juliol de 2011). The origins of evolutionary innovations : a theory of transformative change in living systems, Oxford [etc.]: Oxford University Press. ISBN 978-0199692590.
- ↑ «The Library of Maynard-Smith: My Search for Meaning in the protein universe».Advances in Protein Chemistry.55
- ix–xi.doi:10.1016/s0065-3233(01)55000-7.
- ↑ «Beyond cataloging the Library of Babel.».Chemistry & Biology.14(3)
- 237–8.doi:10.1016/j.chembiol.2007.03.002.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Espacio secuencial (evolución)» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.