Evolución a nivel molecular

 La teoría de la evolución sugiere que los organismos actuales evolucionaron a partir de formas de vida anteriores. A nivel molecular, la evolución reformó algunas de las enzimas que ayudan a los procesos bioquímicos complejos, tales como la conversión de los alimentos en energía, en los seres humanos y en el resto de formas de vida.

Ahora, un investigador de la Universidad de Iowa y sus colegas describen la evolución de las diversas formas de la enzima "dihidrofolato reductasa", que se desarrollaron desde las bacterias hasta los seres humanos. Su artículo, titulado "La preservación de la dinámica proteica en la evolución de la dihidrofolato reductasa" ha sido publicado en la revista Journal of Biological Chemistry.

Amnon Cohen y sus colegas utilizaron la bioinformática (información de secuenciación genética), cálculos informáticos, mutagénesis artificial (modificación del ADN), y las mediciones cinéticas en su trabajo. Se estudiaron las formas "humanizadas" de una enzima que se originó con la bacteria común Escherichia coli con el fin de relacionar la acción de la dinámica de proteínas y la catálisis con el proceso de la evolución de la enzima.

Encontraron que la dinámica de enzimas ha evolucionado durante millones de años para optimizar la catalización específica de una reacción que se produce en los seres humanos.

"Las enzimas son componentes críticos de todas las células vivas, y que catalizan casi toda reacciónes química en la vida. Estudiamos cómo se produjo la evolución a nivel molecular", dijo Cohen. "Este estudio es un intento de comprender cómo se expresa la evolución de todo el organismo (por ejemplo, de bacterias tales como E. coli a los seres humanos) a nivel molecular.

"Elegimos una enzima muy común, que está presente en casi todos los organismos y es fundamental para la vida. Esa enzima se llama la dihidrofolato reductasa y está implicada en la biosíntesis de ADN y en la replicación todas las células," dijo.

Los investigadores relacionaron las enzimas bacterianas y las enzimas de los seres humanos mediante la producción de la enzima bacteriana 'humanizada', es decir, modificando partes de la enzima bacteriana para que tuviesen la secuencia aminoacídica de la enzima de los seres humanos. Esto se hizo sobre la base de una comparación de las secuencias de la enzima de muchos organismos que van desde bacterias hasta los humanos.

"Encontramos que si bien muchos pasos en la cascada catalítica de estas enzimas están evolucionando, la conversión química real catalizada por las enzimas se conserva a lo largo de la evolución, lo que significa que incluso en las bacterias, la enzima ya ha orientado perfectamente los reactivos en su sitio activo, así como pasa en la enzima en los seres humanos. No se esperaba este resultado, ya que la enzima humana es mucho más rápida y bastante diferente genéticamente ", dijo.

Cohen dijo que el estudio es significativo porque demuestra que la dinámica de la evolución de la enzima se conserva a lo largo de la evolución desde las bacterias hasta los seres humanos.

"El hallazgo afecta de manera significativa a la forma en que la comunidad científica entiende lo que es importante para la presión evolutiva para conservar y lo que no es importante", dijo. "Por ejemplo, la preservación de la dinámica de enzimas que están implicadas en catalizar la conversión química son muy rápidos y no se espera que juegue un papel en la evolución, por tanto, nuestros hallazgos traerán a los investigadores a considerar tales dinámicas rápidas, no sólo en la evolución, sino también en el diseño de fármacos usados ​​contra esta enzima o el diseño de catalizadores que los mimeticen".

Kohen dice que en su estudio de las secuencias genéticas divergentes entre E. coli y el Homo sapiens se ilustra el proceso de la evolución a un nivel básico.

"Comenzamos con E. coli, ya que está a un nivel básico, y usamos la bioinformática para trazar la evolución de una única enzima," dijo.

Fuente: ScienceDaily