Corrección de probas conformacional

A corrección de probas conformacional, corrección de erros conformacional ou selección conformacional é un mecanismo xeral de sistemas de recoñecemento molecular, suxerido por Yonatan Savir e Tsvi Tlusty, no cal introducindo unha barreira enerxética, como unha discordancia estrutural entre un recoñecedor molecular e a súa diana, mellórase a especificidade e calidade do recoñecemento. A corrección de probas ou de erros conformacional non require consumo de enerxía e pode, por tanto, usarse en calquera sistema de recoñecemento molecular. É especialmente útil en situacións nas que o recoñecedor ten que seleccionar a diana apropiada entre moitos competidores similares. Nas proteínas evolucionou a capacidade de corrección de probas conformacional por medio da súa xeometría de axuste fino, flexibilidade e interaccións químicas coa diana.  

 Equilibrado da unión correcta e incorrecta 
O recoñecemento molecular ten lugar nun ambiente biolóxico "ruidoso" e ateigado de moléculas e o recoñecedor a miúdo ten que enfrontarse á tarefa de seleccionar a súa diana entre unha variedade de competidores similares. Por exemplo, o ribosoma ten qu seleccionar o ARNt correcto que concorda (é complementario) co codón do ARNm entre moitos ARNts estruturalmente similares. Se o recoñecedor e a súa diana correcta se corresponden perfectamente como unha pechadura e unha chave, entón a probabilidade de unión será alta, xa que non cómpre que haxa ningunha deformación despois da unión. Ao mesmo tempo, o recoñecedor podería tamén unirse a un competidor cunha estrutura similar con alta probabilidade. Introducir unha bareira de enerxía, en concreto unha discordancia estrutural entre o recoñecedor (a pechadura) e a chave, reduce a probabilidade de unión á diana correcta, pero reduce aínda máis a probabilidade de unión a unha diana incorrecta similar e así mellora a especificidade.  Porén, introducir demasiada deformación reduce drasticamente a probabilidade de unión á diana correcta. Por tanto, o balance óptimo entre maximizar a probabilidade da unión correcta e minimizar a probabilidade da unión incorrecta conséguese cando o recoñecedor está lixeiramente desviado da diana. Isto suxire que os cambios conformacionais durante o proceso de recoñecemento molecular, como o mecanismo encimático do axuste inducido, son vantaxosos para potenciar a especificidade do recoñecemento. Tales cambios conformacionais poden ser axustados finamente por mutacións que afectan a resposta mecánica do recoñecedor, tamén en posicións que están lonxe do sitio de unión. 

miniatura|Corrección de probas conformacional na recombinación homóloga. Arriba: A probabilidade de unión a secuencias de ADN homólogas (correctas) e non homólogas (incorrectas) diminúe coa barreira de enerxía de deformación. A probabilidade de unión incorrecta diminúe antes que a correcta. Abaixo: Como resultado, a Fitness que é a diferenza, Fitness = Prob(Correcta) − Prob(Incorrecta), é máxima a unha enerxía de deformación non cero. Esta barreira é óptima no sentido de que reduce significativamente a probabilidade de unión mentres mantén a probabilidade de unión correcta aproximadamente igual. As medidas bioquímicas da recombinación inducida por RecA indican que a deformación observada é case óptima.|alt=Na corrección de probas conformacional introducindo unha discordancia estrutural ou unha barreira enerxética entre un recoñecedor molecular e a súa diana, ou unha barreira enerxética, mellora a especificidade e calidade do recoñecemento. A mellora pode chegar a ser de varias ordes de magnitude.|460x460px

 Uso pola recombinación homóloga para a busca de homoloxía 
O mecanismo da corrección de probas conformacional é utilizado no sistema da recombinación homóloga para discernir entre secuencias de ADN similares. A recombinación homóloga facilita o intercambio de material xenético entre moléculas de ADN homólogas. Para este proceso crucial cómpre detectar unha secuencia de ADN homóloga específica dentro dunha ampla variedade de secuencias heterólogas. A detección está mediada por RecA en Escherichia coli, ou por membros da súa familia noutros organismos. RecA polimeriza primeiramente ao longo dun tramo de ADN monocatenario, e despois este filamento de proteína-ADN busca homoloxía ao longo do ADN bicatenario. No filamento de RecA-ADN, a distancia entre bases increméntase significativamente con respecto dos 3,4 Å normais da dobre hélice (nun 50 % como media). 
Isto establece unha significativa barreira enerxética na busca, xa que o ADN bicatenario ten que estirarse na mesma magnitude para comprobar se hai homoloxía. Formulando o proceso de recoñecemento como un problema de detección de sinal, demostrouse que a deformación no ADN inducida por RecA observada experimentalmente e a enerxética da unión están finamente axustadas para asegurar unha detección de secuencia óptima. A cantidade de deformación é tal que a unión de secuencias de ADN homólogas só diminúe lixeiramente, mentres que a unión a secuencias incorrectas decrece significativamente. Isto é exactmente o mecanismo de corrección de probas conformacional.

 Probas experimentais da corección de probas conformacional na recombinación homóloga 

O grupo de C. Dekker da Universidade de Delft probou directamente as interaccións implicadas na busca de homoloxía ao combinar pinzas ópticas e magnéticas. Atoparon que esa busca e recoñecemento de homoloxía requiría a apertura da hélice e pode, por tanto, acelerarse desenrolando o ADN. Esta é exactamente a enerxía de barreira predita polo modelo de corrección de probas conformacional. Os datos indican unha imaxe física para o recoñecemento da homoloxía na cal a fidelidade do proceso de busca está determinada pola distancia entre os sitios de unión ao ADN. Os autores conclúen que a súa interpretación das medidas "é similar a un esquema de corrección de probas conformacional ... onde o ADN bicatenario, e non o filamento de RecA, é a entidade de busca de recoñecemento activa. Existe unha gran discordancia conformacional entre os estados unidos a diana e non unidos do ADN bicatenario. Ao estado unido a diana accédese por estados intermediarios enerxeticamente desfavorables, como se discutiu máis arriba. A discordancia conformacional mellora a selectividade da reacción de recoñecemento." Noutras palabras, identificaron a barreira enerxética e mostaron que efectivamente o ADN bicatenario é o participante activo, xa que este ten que pasar esta barreira.

 Uso polo ribosoma para a descodificación do ARNt 

O ribosoma é unha máquina molecular complexa que para sintetizar proteínas durante o proceso de tradución, ten que descodificar un ARNm emparellando os seus codóns con ARNts con anticodóns complementarios. A descodificación é un determinante principal da idoneidade e require unha selección rápida e precisa dos ARNts correctos entre moitos competidores similares. Debe terse presente que a maioría dos eventos de intentos de unión son con ARNts discordantes (“non cognados”) e o ribosoma necesita rexeitalos tan rápido como sexa posible para deixar baleiro o sitio de unión. Ao mesmo tempo, o ribosoma debería manter unidos os ARNts que concordan o tempo suficiente para que se poida realizar a síntese da proteína. Malia a importancia da descodificación do ARNt, non estivo claro ata tempos recentes se o ribosoma moderno, e especialmente os seus grandes cambios conformacionais durante a descodificación, son o resultado de adaptación á súa tarefa como descodificador ou o resultado doutras restriccións. Un estudo recente derivou a paisaxe de enerxía que proporciona a discriminación óptima entre substratos de ARNt en competición, e, por tanto, a descodificación óptima do ARNt. A paisaxe óptima é simétrica (ver imaxe). O estudo mostra que  a paisaxe medida do ribosoma procariota é efectivamente simétrica. Este modelo suxire que os cambios conformacionais do ribosoma e o ARNt durante a descodificación son medios para obter un descodificador de ARNt óptimo. O feito de que a recombinación homóloga e a descodificación do ARNt uilicen a corrección de probas conformacional indica que este é un mecanismo xenérico que pode utilizarse amplamente polos sistemas de recoñecemento molecular.

400x400px|miniatura|O ribosoma usa a corrección de probas conformacional para descodificar o ARNt. Principal: As curvas mostran a paisaxe de enerxía libre do recoñecemento do codón tal como suxiren os experimentos. Nos estadios en que son sensibles á identidade de codóns, sepáranse as vías dos ARNts correctos (verde) e incorrectos (vermello). A cinética multietapas inclúe: Unión inicial e recoñecemento do codón: únense ao ribosoma un complexo de factor de elongación (EF-Tu) e un aminoacil-ARNt. O codón é recoñecido polo emparellamento do anticodón, e pola interacción adicional co "centro de descodificación" do ribosoma. Como resultado, os ARNts correctos (cognados) son máis estables que os non cognados. Activación e hidrólise do GTP: O recoñecemento do codón orixina cambios conformacionais globais do ribosoma e do ARNt, que son diferentes para os ARNts cognados e non cognados e afectan a activación e hidrólise do GTP por EF-Tu. O modelo de corrección de probas conformacional explica estes cambios conformacionais como un medio de mellora do recoñecemento do ARNt. Inserido: A paixase adaptada simétrica implica que a proporción das velocidades cara adiante e atrás está invertida entre as paisaxes de enerxía correctas e incorrectas.

 Noutros sistemas biolóxicos 
 Reparación de danos por luz UV en humanos 
Un estudo recente mostra que os mecanismos de reparación do ADN humanos usan a corrección de probas conformacional. A investigación centrouse na cuestión de como as proteínas de reparación do ADN escanean o xenoma humano para buscar danos inducidos pola luz UV durante o paso inicial da reparación por escisión de nucleótidos (NER). Medidas detalladas dunha soa molécula revelaron como a proteína de unión ao ADN con danos por luz UV humana (UV-DDB) realiza unha busca en 3D. Descubriuse que  "UV-DDB examina os sitios do ADN en pasos discretos antes de formar dímeros de UV-DDB non móbiles e de longa vida (DDB1-DDB2)2 nos sitios dos danos. A análise das velocidades de disociación das moléculas de unión transitorias tanto en ADN danado coma non danado mostra múltiples tempos de permanencia de tres ordes de magnitude... eses estados intermediarios crese que representan confórmeros UV-DDB discretos na traxectoria á detección de danos estables." Os autores conclúen das súas detalladas medidas cinéticas que UV-DDB recoñece lesións usando un mecanismo de corrección de probas conformacional por medio de múltiples intemediarios.

  Outros esquemas  

 Relación coa corrección de probas cinética 
No esquema da corrección de probas cinética introdúcese un retardo do tempo (equivalentemente, un estadio intermediario irreversible) durante a formación de complexos correctos e incorrectos. O retardo de tempo reduce a velocidade de produción de ambos os complexos, pero aumenta a fidelidade alén do límite de equilibrio. A irreversibilidade do esquema require unha fonte de enerxía. O retardo do tempo na corrección de probas cinética é análoga á diferenza espacial da corrección de probas conformacional. Porén, a corrección de probas conformacional pode ser un esquema en equilibrio que non consome enerxía.

 Notas 

 Véxase tamén 
 Ligazóns externas 
 Artigos relacionados

Categoría:Procesos celulares
Categoría:Biomoléculas
Categoría:Encimas