¿Existen reglas sobre cómo se forman las proteínas?

Las proteínas se forman al unir diferentes aminoácidos. Diferentes aminoácidos tienen diferentes propiedades (como ser atraídos o repelidos por el agua, cargados positiva o negativamente, grandes, pequeños, etc.).

Lo que me gustaría saber es si existen reglas o principios que determinen cómo se unen los aminoácidos para formar proteínas. Si es así, ¿cuáles son esas reglas y alguien puede recomendar algún recurso donde pueda aprender más sobre este tema?

Gracias.

MÁS DETALLES

Permítanme tratar de explicar lo que estoy tratando de preguntar. Entiendo que hay reglas de gramática que debo seguir para armar una oración en inglés bien formada. Me pregunto si hay algo parecido a eso para unir aminoácidos para crear una proteína 'bien formada'. (NO me refiero a cómo el ADN codifica los aminoácidos).

Por ejemplo, imagina que quisiera crear una nueva proteína y tuviera un montón de aminoácidos a mi disposición. Me parece que si entendiera los principios y las reglas por las que funcionan las cadenas de aminoácidos, podría saber qué aminoácidos unir y el orden en el que unirlos para crear el tipo particular de proteína que deseo. crear.

Esto es similar a cómo puedo unir letras y palabras para formar oraciones bien formadas o cómo puedo unir oraciones bien formadas para crear argumentos lógicos. Hay una lógica sobre cómo formar una oración y una lógica diferente sobre cómo formar un argumento, y es posible discernir esa lógica estudiando la sintaxis y los argumentos razonables.

Supongo que lo mismo es cierto para las proteínas. Debe haber algún tipo de lógica o sistema sobre cómo se unen los aminoácidos, algún tipo de conexión entre la proteína funcional de 3 dimensiones y la naturaleza de las propiedades de los aminoácidos individuales y cómo se organizan juntos. Lo que me pregunto es si tenemos o no alguna idea de cuál es ese sistema de lógica.

¿Quieres decir además de su secuencia en el código de ADN? Básicamente, ¿cómo obtienen la forma que tienen?
Tu pregunta es un poco confusa. ¿Qué quieres decir con cómo? ¿Está tratando de preguntar si hay alguna regla para qué aminoácido sigue a qué aminoácido? ¿O estás tratando de preguntar cómo se pliegan las proteínas?
@tel Sí, esto no está claro ... Sin embargo, estoy bastante seguro de que se refiere a cómo se pliegan las proteínas
Ciertamente hay una serie de reglas, y muchas (pero no todas) de ellas son conocidas por la ciencia. Puede aprender sobre estas reglas en cualquier texto introductorio de bioquímica, dado que el plegado ahora comprende todo un subcampo de investigación. ¿Qué estás preguntando exactamente?
esto podría redactarse como una solicitud de algunos consejos para el plegamiento de proteínas, se debe perdonar al cartel por no usar exactamente las palabras correctas.
Sin que el OP intervenga para aclarar exactamente lo que se pregunta, esta pregunta debería permanecer en espera. He revertido la edición anterior, ya que hace suposiciones que no se pueden verificar. Mientras lo leo, el autor claramente pregunta sobre la plantilla que describe el orden en que se agregan los aminoácidos. Editar la pregunta invalida las respuestas ya dadas. @Moshe, aclare su pregunta: ¿pregunta sobre el orden en que se agregan los aminoácidos o está interesado en cómo la cadena lineal de aminoácidos forma una estructura 3D?
Perdón por no ser lo suficientemente claro. Aquí hay otro intento (también vea mi edición de la pregunta original): el ADN dicta qué aminoácidos se usan y en qué orden, pero no nos dice nada sobre la lógica o el sistema que determina qué aminoácidos usar y qué orden para usarlos. Me pregunto si sabemos algo sobre la lógica o las reglas del sistema que determina la conexión entre el orden de los aminoácidos y la proteína de 3 dimensiones que resulta.

Respuestas (5)

Parece que su pregunta es "¿cuáles son las reglas para el plegamiento de proteínas?"

Esa no es la única forma de leer tu pregunta.

El plegamiento de proteínas es un problema único: una secuencia 1D se asigna a un objeto 3D. Dado que las proteínas intervienen en casi todas las transformaciones bioquímicas y, por lo tanto, intervienen en los procesos de la vida, el plegamiento de proteínas es uno de los grandes problemas sin resolver de la ciencia actual.

Puede ver en el ejemplo de estructura plegada arriba que hay hélices y láminas planas de hebras conectadas. Puede ver a continuación en el motivo de barril alfa beta esquemático de la triosa fosfato isomerasa (TIM) cuán elegantes pueden ser estas estructuras.

el barril TIM alfa beta

Aunque las combinaciones y la organización general de las láminas beta y las hélices alfa son ilimitadas, existen algunos motivos unificadores en estas estructuras.

Hace mucho tiempo, un par de investigadores tabularon la probabilidad de que los aminoácidos estuvieran en hélices alfa o hebras beta. El modelo de Chou-Fasman es importante porque tiene aproximadamente un 70 % de posibilidades de detectar hélices alfa y hebras beta. No es una gran precisión, pero lo realmente sorprendente de estos algoritmos es que muestran que las fuerzas locales, la interacción de aminoácidos cerca uno del otro en la secuencia, tiene algo que ver con la formación de al menos hélices alfa y hebras beta.

Se han escrito artículos por valor de libras desde entonces. En general, las encuestas estadísticas de secuencias de proteínas han podido identificar pliegues o motivos mediante una larga lista de algoritmos de aprendizaje automático y de cadenas. Los modelos ocultos de Markov y los perfiles bayesianos son populares. Por supuesto, todos estos son similares a Chou-Fasman en que trabajan en la secuencia en segmentos más o menos cortos.

Durante un tiempo se pensó que la dinámica molecular y otras simulaciones discretas podrían ayudar a resolver el plegamiento de proteínas al permitir la participación de interacciones a larga distancia. Simplemente simulando la molécula de proteína completa en un programa de computadora a medida que se mueve en una conformación plegada, pero esto no ha demostrado ser posible por un par de razones: (1) una proteína tarda mucho tiempo en plegarse en relación con la longitud de una simulación manejable (2) las fuerzas involucradas en el plegamiento de proteínas y las escalas de tamaño molecular no son realmente fáciles de simular, no simulan con precisión las fuerzas y el comportamiento que experimentan las moléculas e involucran muchas más moléculas solventes de las que pueden involucrar la mayoría de los cálculos, incluso hoy en día. las granjas de servidores se obstruirían con una respetable simulación de plegamiento de proteínas.

Desde 1994, Critical Assessment of Structure Prediction (CASP) ha proporcionado una competencia abierta cada 2 años donde las estructuras 3D que se han determinado experimentalmente se llevan a cabo desde la publicación. Mientras que su buena asistencia apareció una nueva clase de algoritmos alrededor del año 2000 . Estos algoritmos funcionan bajo el supuesto de que las fuerzas locales son importantes para el plegamiento de proteínas, pero a menudo incorporan dinámicas moleculares. Usando MD o estadísticas basadas en estructuras de proteínas (consulte el RCSB para el repositorio), los segmentos de la secuencia de proteínas se prueban para detectar tendencias estructurales. encadenando estas predicciones, se juntan los pliegues de proteínas iniciales. Una vez que se juntan, las interacciones a largo plazo pueden ensamblar una estructura de proteína.

Por cierto, eso no quiere decir que el plegamiento de proteínas esté resuelto: las soluciones que surgen a menudo producen una estructura que es realmente similar a la estructura final, pero a menudo hay diferencias sustanciales.

Solo mirando la secuencia individual, no hay reglas simples para decidir cómo se pliega la proteína; en última instancia, la física molecular de la secuencia individual determina dónde irá el pliegue.

Esto es increíblemente conciso, pero podría ayudarlo a comenzar. El estudio de proteínas sin hélices o hebras beta es un tema en sí mismo: se pueden tratar de la misma manera que antes. Luego, también hay proteínas que no tienen un solo pliegue, sino que son dinámicas y se mueven todo el tiempo, o solo tienen forma cuando entran en contacto con una superficie de algún tipo. Así que hay aún más.

Gracias por esta respuesta (muy útil). Usted escribió: "en última instancia, la física molecular de la secuencia individual determina dónde irá el pliegue". Las reglas sobre las que estoy preguntando, ¿no podrían ser "simplemente" el "conocimiento" de cómo implementar los principios de la física molecular basados ​​en las propiedades de cada aminoácido? Lo que me lleva a pensar que algo así podría ser cierto es el hecho de que todas las proteínas (en su gran variedad de formas y funciones) están formadas por solo 20 aminoácidos diferentes.
Sí, realmente depende de lo que llames reglas. Si llamas a las leyes de Newton 'reglas sobre cómo se mueven los objetos', podrías simplemente llamarlas reglas. podríamos decir que "las fuerzas de vanderWaals, las ecuaciones de Maxwell, los potenciales de Hooke y las leyes de Newton" son las reglas del plegamiento de proteínas, pero no es una gran guía. Oh loco, también olvidé mencionar que el plegamiento de proteínas no está realmente resuelto. voy a poner eso..

Descargo de responsabilidad: esta es una pregunta interesante si he entendido lo que está tratando de preguntar. Pero desafortunadamente el caso es que hay tantos casos diferentes que es imposible cubrirlos aquí. Otras respuestas hablan sobre plegamiento y modificación, pero aún dependen en gran medida de la secuencia de ADN "2d" y no son útiles si todo lo que se tiene es una proteína final, por lo que discutiré las "reglas" de una estructura final. ¡Esto comenzó como un comentario y se hizo demasiado largo!

En resumen, no , no hay muchos ejemplos en el gran esquema de las cosas donde las reglas a nivel de proteína existen en algún tipo de forma gramatical. Se trata de química 3D.

Estructura proteica en relación con la función.

Las áreas funcionales de una proteína a menudo se componen de estructuras como hélices alfa y láminas beta unidas por regiones de bucle muy flexibles. La forma en que estos elementos estructurales están conectados es generalmente diferente en cada proteína. Sin embargo, algunos motivos que realizan tareas similares pueden identificarse por su forma 3D y orden de conexión (que creo que es lo que está preguntando). Por ejemplo, el motivo OB (imágenes y buen punto de partida aquí ) tiene un orden estricto que siguen las hojas beta, mientras que la hélice es opcional. Aunque este es un buen ejemplo de "gramática" de proteínas, es muy excepcional cuando se identifican motivos como este.

Sin reglas obvias.

La siguiente respuesta es una suposición educada, y los comentarios de otras personas serían útiles.

Las proteínas son mucho más complejas que un lenguaje bidimensional como el inglés o el ADN. Una forma de pensar por qué su pregunta es difícil de responder es considerar que la bioquímica de las proteínas ocurre en el espacio 3D mientras que nuestros otros ejemplos, el lenguaje y el ADN, operan linealmente en una línea 2D.

Cualquier evidencia de una ordenación lineal en una proteína acabada implica un plegado y un procesamiento postraduccional muy simples. La mayoría de las tareas bioquímicas no son simples y requieren matices complejos en la química de las enzimas (que proviene de la química 3D, no de la secuencia 2D). El ADN también es complicado, pero al igual que nuestro lenguaje, está diseñado para ser simple y leerse rápidamente en una línea. Esto significa que si una secuencia quiere hacer algo un poco más sofisticado, necesita un orden específico. Esto no es un problema en el espacio 3D, ya que hay muchas más variaciones además de la secuencia.

"Las proteínas son mucho más complejas que un lenguaje bidimensional como el inglés o el ADN". Buen punto, pero ¿qué vamos a hacer con el hecho de que la formación inicial de una proteína tiene lugar en una cadena lineal bidimensional de solo 20 aminoácidos? Ciertamente parece comenzar como un lenguaje (¿no crees?). Si es así, ¿no debería preguntarse cuáles son las reglas o principios que determinan cómo se realiza la transformación de un sistema bidimensional similar a un lenguaje a una máquina funcional tridimensional?

Voy a suponer que te refieres a "¿existen reglas sobre qué aminoácidos pueden seguir a qué aminoácidos en una proteína?" La respuesta es no. En términos de la química de una proteína, no hay restricción en la secuencia de aminoácidos.

Sin embargo, no todas las secuencias de aminoácidos se plegarán en una estructura 3D definida, y no todas las secuencias de aminoácidos serán solubles en agua. Por estas razones, algunas secuencias de aminoácidos no se pueden producir a través del proceso estándar in vivo (es decir, mediante un ribosoma), pero no hay razón para que no se puedan producir mediante síntesis química.

Supongo que no está preguntando cómo codifica el ADN para el ARNm que tiene codones (conjuntos de 3 ácidos nucleicos) cuando se lee en el marco de lectura correcto (donde se leen 3 pares de bases cada uno comenzando desde el codón de inicio) un ribosoma luego traduce esto en proteína ... hay muchos más detalles que lo que dije... eso se llama traducción:

http://en.wikipedia.org/wiki/Translation_%28biology%29

Después de las palabras, la proteína se pliega en una forma 3D.

http://en.wikipedia.org/wiki/Folding_funnel

Se pueden agregar otras cosas (que no sean aminoácidos), como un lípido para anclarse en la membrana (anclaje GPI o prenilación) o azúcar (glicosilación), entre otras cosas, esto se denomina modificación postraduccional.

http://en.wikipedia.org/wiki/Posttranslational_modification

si estás preguntando sobre la evolución de las proteínas, aquí tienes otro artículo:

http://en.wikipedia.org/wiki/Protein_family

wikipedia puede ser bastante detallada, también puede que no haya muchas imágenes... la bioquímica ilustrada de lippincott tiene muchas imágenes geniales... pero es un libro para estudiantes de ciencias de la salud, no muy abstracto/teórico/filosófico, así que no lo harás aprender mucho sobre la evolución de las familias de proteínas entre las diferentes formas de vida...

Si está preguntando qué aminoácidos pueden ir juntos y qué cosas no, no sé, no soy bioquímico...

Espero haber entendido lo que pides. Das el ejemplo de las palabras, no es bueno. Mire la proteína como una máquina o tal vez un armario. Compraste uno en Ikea y ahora debes seguir las instrucciones para juntar todos los elementos. Si solo pega todas las partes, no obtendrá un armario que funcione. ¿Qué reglas siguen las partes del armario? Medicamento.

Tomemos como principio el modelo atómico de Bohr. Si quieres un ejemplo más simple: planetas en el sistema solar. Después de eso, junta 10 átomos desde el aminoácido más simple. ¿Qué estructura obtendrán? Acercar otro aminoácido. ¿Cómo interactuarán juntos?

Las reglas provienen de la física. Y son muy muy muy muy completos. Para comprender qué estructura obtendrá una proteína o cómo interactuará con otra proteína, debe tomar todos los átomos en el sistema y saber cómo actuarán entre sí. Solo las computadoras enormes pueden calcular tales cosas, y solo las más simples de ellas.

Editar: respuesta al comentario:
Eso es lo que es tan asombroso en la naturaleza. La evolución encontró la manera de construir todas las proteínas del cuerpo a partir de aproximadamente 20 aminoácidos. Por cierto, eso no significa que solo haya 20 ac. Hay más de 500. 240 de ellos se pueden encontrar libres en la naturaleza y otros solo como intermediarios en el metabolismo. ( http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.198308161/abstract )

Si desea otro ejemplo, tome Lego. Tienes, digamos, 20 tipos de piezas diferentes, pero puedes hacer muchas cosas diferentes con ellas.

La naturaleza debe utilizar una cantidad mínima de bloques de construcción. Esto dando ventaja en la evolución porque es más sencillo. Mira el ADN. ¡Se construye solo a partir de 4 bloques de construcción! Y cuidando toda la información de como formar todo el cuerpo. ¿No es asombroso? :)

Estoy de acuerdo en que la proteína es una máquina y entiendo (gracias respuestas como la tuya) que las leyes de la física están involucradas. No obstante, me parece que existe una diferencia crucial entre las máquinas hechas por el hombre y las máquinas de proteínas. Las máquinas que fabricamos (incluidas las de IKEA) no están hechas de 20 piezas fundamentales que, cuando se juntan y doblan correctamente, me dan el producto final que necesito. Pero así es como se fabrican las proteínas: ¿no sugiere eso que debe haber alguna lógica o sistema intermedio que media entre la vinculación de las unidades fundamentales y el funcionamiento de la máquina tridimensional?
Publiqué una edición de mi respuesta.
¿Existen reglas sobre cómo se forman las proteínas?
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