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Un pequeño cambio, un gran impacto: ¿Cómo mejorar la concentración a través de la energía?
En las reacciones bioquímicas, la corrección de errores es un mecanismo crucial para garantizar la precisión de la reacción. Este mecanismo es posible gracias al concepto de "corrección cinética", término acuñado por primera vez por John Hopfield y Jacques Ninho en la década de 1970. Este artículo explorará en profundidad los principios de la corrección cinética y cómo puede mejorar la especificidad de los organismos a través de la introducción de energía, cambiando así nuestra comprensión de cómo funciona la vida.
Principios básicos de la corrección dinámica La corrección cinética puede mejorar la especificidad del producto correcto que se ha seleccionado al introducir un paso irreversible que facilita que el intermedio de reacción erróneo salga prematuramente de la vía de reacción. Por ejemplo, si una línea de producción a veces produce cajas vacías y no podemos actualizar la línea, podemos aumentar la proporción de cajas llenas a cajas vacías colocando ventiladores al final de la línea. Podemos lograr este aumento en la especificidad porque las cajas vacías tienen una mayor probabilidad de ser destruidas.La corrección cinética es un mecanismo que permite a las enzimas discriminar entre vías de reacción correctas e incorrectas, mejorando así su precisión más allá de las predicciones que se basan únicamente en diferencias de energía libre.
En las biomoléculas, la corrección cinética puede mejorar en gran medida la especificidad entre diferentes vías de reacción, especialmente durante la síntesis de proteínas. Dado que las diferencias entre las secuencias de los genes defectuosos son mínimas, es imposible lograr una precisión tan alta basándose únicamente en las diferencias de energía para la identificación. La paradoja de la especificidad en la síntesis de proteínas Hopfield señaló que la tasa de error en la síntesis de proteínas es de aproximadamente 10^(-4). Esto significa que cuando el ribosoma hace coincidir el anticodón del ARNt con el codón del ARNm, casi todo el emparejamiento es correcto. Sin embargo, esto es difícil de lograr con un mecanismo de un solo paso. Porque si la enzima se une por error al ARNt equivocado, no podrá confiar únicamente en la coincidencia de energía para reconocerlo.La clave de la corrección cinética es introducir energía para garantizar que los pasos sean irreversibles, aumentando así la especificidad de las vías de entrada y salida.
La solución a este error es la corrección cinética, un mecanismo que puede mejorar la especificidad al introducir un paso irreversible en la reacción a través del aporte de energía.Con la introducción de la detección múltiple, la reducción gradual de la tasa de error hace que sea teóricamente factible mejorar la especificidad.
El concepto de cadena de múltiples pasos
Hopfield también propuso un método simple para reducir la tasa de error a través de una cadena de reacción de varios pasos. En este proceso, cada paso irreversible consume energía y se realiza una comparación en cada paso. Los pasos continuos potencian el efecto de la comparación.La energía necesaria para esta llamada reacción en cadena de múltiples pasos es para garantizar que las vías de entrada y salida estén en gran medida separadas, eliminando así la necesidad de depender de un enfoque basado en el equilibrio para deshacerse de los sustratos incorrectos. Ejemplos experimentales Veamos algunos ejemplos experimentales específicos que utilizan el principio de corrección dinámica:Al verificar cíclicamente innumerables pasos irreversibles, consumiendo energía en cada paso, se puede aumentar sustancialmente la relación entre sustratos correctos y sustratos incorrectos.
La sintetasa de aminoácidos que carga el ARNt mejora la precisión del emparejamiento del ARNt y los aminoácidos al introducir intermediarios de alta energía.
La recombinación homóloga implica el reclutamiento de la proteína RecA y su búsqueda de secuencias de ADN compatibles, un proceso que también emplea corrección cinética.
Durante el proceso de reparación del ADN, polimerasas de ADN específicas pueden detectar e hidrolizar rápidamente bases incorrectas para realizar correcciones.
Los receptores de células T utilizan calibración cinética para reconocer antígenos de alta y baja afinidad, y se utilizan múltiples pasos de fosforilación para mejorar la precisión del reconocimiento.
Sin embargo, también sugiere que comprender la relación entre la estructura y la función en redes moleculares complejas tendrá un profundo impacto en nuestra comprensión del funcionamiento central de la vida.A medida que aumenta el número de rutas de reorganización, aumenta el impacto en la especificidad, y la topología de la red inevitablemente tendrá un impacto significativo en ella.
Cuando consideramos el funcionamiento interno de estos mecanismos bioquímicos, no podemos evitar preguntarnos qué efectos profundos podrían tener estos pequeños cambios en la evolución de la vida.
