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Catcher invisibile: in che modo l'amplificazione dinamica può far scomparire gli errori?
Nelle reazioni biochimiche, la scuola dinamica è un meccanismo di correzione degli errori e il concetto proposto da John Hopfield e Jacques Nigo.Il loro studio sottolinea che durante la reazione enzimatica, la selettività tra i prodotti corretti e sbagliati è molto più alta di quella che dovrebbe essere dedotta in base alla differenza nell'energia di attivazione.Questa scoperta non solo ci ha permesso di ripensare l'accuratezza della sintesi biomolecolare, ma ha anche sfidato la nostra comprensione dei tassi di errore biochimici.
La scuola dinamica sta introducendo passaggi irreversibili, rendendo più facile per gli intermedi di reazione dei prodotti sbagliati per uscire in anticipo del percorso di reazione.In poche parole, se una fase di uscita irreversibile è rapida rispetto al passaggio successivo nella via di reazione, la specificità del prodotto corretto può essere significativamente migliorata.Questo processo può essere ripetuto molte volte per migliorare ulteriormente la specificità, ma allo stesso tempo ridurrà i tassi di produzione.
Ad esempio, se una linea di produzione che produce farmaci a volte produce scatole vuote e non possiamo aggiornare la linea, possiamo rendere le scatole vuote più facilmente spazzate via posizionando un ventilatore gigante alla fine della linea (con una uscita più alta tasso), aumentando così il rapporto tra la scatola completa.
Tuttavia, esiste un cosiddetto paradosso di specificità nella sintesi proteica.Quando il ribosoma corrisponde al codone anti-anti-anti-TRNA al codone dell'mRNA, il tasso di errore è alto quanto 10^-4, il che significa che i ribosomi possono quasi sempre abbinare correttamente le sequenze complementari.Hopfield osserva che ciò è dovuto al fatto che la differenza tra la matrice giusta e sbagliata è molto sottile e quindi può essere determinata solo dalle differenze di energia.
Questo tasso di errore non è possibile in un meccanismo unico;
La soluzione è una correzione dinamica, che introduce passaggi irreversibili applicando l'energia, cambiando così la dinamica della reazione.Ad esempio, durante la carica di aminoacidi di tRNA, l'amminoacido tRNA sintetasi utilizza stati intermedi ad alta energia per migliorare l'accuratezza della reazione.
Inoltre, in altri processi biochimici come la ricombinazione omologa, le proteine ReCA si aggregerà lungo il DNA per cercare sequenze di DNA omologa e in questo processo viene applicata anche una correzione dinamica.Ciò suggerisce che la scuola dinamica non è un processo isolato, ma una serie di reti biochimiche correlate.
In alcuni meccanismi di riparazione del DNA, la DNA polimerasi è in grado di riconoscere e idrolizzare immediatamente i nucleotidi errati.
In teoria, questo comportamento può essere raggiunto attraverso molte reti biochimiche diverse e, su larga scala, le scuole dinamiche stanno mostrando un tempo di completamento della forma esponenziale universale.Inoltre, la struttura topologica di questo processo è strettamente correlata al miglioramento della specificità.
La scoperta della correzione dinamica non solo approfondisce la nostra comprensione dei processi di vita, ma porta anche a una serie di ricerche su come ottimizzare questi processi.Lo sviluppo della scienza e della tecnologia può consentirci di esplorare questi meccanismi biochimici più profondamente in futuro e persino di trovare opportunità per applicazioni pratiche nei settori delle cure mediche e della biotecnologia.
Pensa ulteriormente, come possiamo usare questi principi dei processi biochimici per migliorare la qualità della vita umana e ridurre il tasso di errore nel mondo in continua espansione della bioingegneria?
