10.6: Evolución del ARN

Última actualización
Guardar como PDF

Page ID: 54934

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

Es útil para entender la evolución de la estructura del ARN, ya que revela datos valiosos, y también puede darnos pistas para refinar nuestras predicciones de estructura. Cuando analizamos los ARN funcionalmente importantes a lo largo del tiempo, nos damos cuenta de que sus nucleótidos han cambiado en algunas partes, pero su estructura está bien conservada.

En el ARN hay muchas mutaciones compensatorias y mutaciones consistentes. En una mutación consistente, la estructura no cambia, por ejemplo, un par AU muta para formar un par G. En una mutación compensatoria en realidad hay dos mutaciones, una altera la estructura, pero la segunda mutación la restaura, por ejemplo un par AU cambia a una CU que no se empareja bien, pero a su vez la U muta a una G para restaurar un par CG. En un mundo ideal, si tenemos este conocimiento, esta es la clave para predecir la estructura del ARN, porque la evolución nunca miente. Podemos calcular el contenido de información mutua para dos ARN diferentes y compararlo. En otras palabras, se comparan las probabilidades de que dos estructuras de pares de bases estén de acuerdo aleatoriamente frente a si han evolucionado para ser conservar la estructura.

El contenido de información mutua se calcula a través de esta fórmula:

\[M_{i j}=\sum_{X, Y} f_{i j}(X Y) \log \frac{f_{i j}(X Y)}{f_{i}(X) f_{j}(Y)} \nonumber \]

Si normalizamos estas probabilidades, y almacenamos el MI en bits, podemos trazarlo en un modelo 3D y rastrear las firmas evolutivas. De hecho, este fue el método para determinar la estructura de los ARN ribosómicos mucho antes de que fueran encontrados por cristalografía.

El verdadero problema es que no tenemos tanta información, así que lo que solemos hacer es combinar los métodos de predicción de plegamiento con información filogenética para obtener una predicción confiable. La forma más común de hacerlo es combinarlo con el algoritmo Zuker con algunas puntuaciones de covarianza. Por ejemplo, agregamos energía estabilizadora si tenemos una mutación compensatoria, y energía desestabilizadora si tenemos una mutación de un solo nucleótido.