Termodinamica

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Presión Termodinámica

“Nada en Biología tiene sentido a menos que se entienda en términos de Evolución” T. Dobzhansky

1

Teorías actuales de la Evolución Molecular
• Teoría Neutral (Kimura) La gran mayoría de cambios
evolutivos a nivel molecular son originados neutralmente al asar y fijados por deriva genética sin someterse a una selección natural.

• Teoría Seleccionista Los cambiosevolutivos a nivel
molecular son seleccionados para mantener o mejorar el grado de adaptación.

• Teoría Mutacionalista Los cambios evolutivos a nivel
molecular obedecen a presiones mutacionales las cuales pueden variar entre y dentro de especies.

Una manera simple de entender la evolución…

2

DATOS: Alineamiento de secuencias de genes Cómo podemos transformar esta información a uncontexto histórico?

3

“Los objetos vivientes están compuestos por moléculas inertes” Albert Lehninger

4

El problema es: Cómo estas moléculas confieren la admirable combinación de características que denominamos vida???

Cómo es que un organismo vivo aparece ser más que la suma de sus partes inanimadas???

La Física procura entender y reducir la Biología en leyes fundamentalesPero este es un problema muy complicado !

5

Las leyes Físicas podrán afectar la dinámica del proceso de replicación del ADN?

Hipótesis de la Presión Termodinámica
ADN+ADN polimerasa tratados como un sistema macrocanónico Uso de la distribución de Boltzmann para calcular la probabilidad de incorporación de un nucleótido particular durante la replicación del ADN

6

Durante el procesode reparación del ADN tambien estaría actuando la presión termodinámica…

Energía Electrostática de una vecindad de 5 pb
1 2 3 4 5 5’ A - G - T - C - A 3’ 3’ T - C - X - G - T 5’ 10 9 8 7 6 X : any of the 4 nucleotides ......... 1st strand position

......... 2nd strand position

E 12

=

1 4πΚεο

[ p1 . p2 r3

--

3 ( r.p1 )( r.p2 ) ] r5

E= 4π ε

1



ρr1 ρr2 dv dv 1 2r − r2 1

() ()

qi q j 1 E= ∑ 4πε r −r
i

j

7

Energía Magnetostática entre nucleótidos
MA = -134.1 x 10-24 C m2 /s EAA = -0,56642 x 10-4 eV EAA= -0,481 x 10-3 eV

Energía de Puente de Hidrógeno entre Pares de Watson-Crick A–T -0.34 eV

G – C -0.43 eV

8

Interacciones tipo Puente de Hidrógeno en ‘missmatches’

Energía tipo Puente de Hidrógeno entre pares de basescanónicas y no-canónicas en vacío (k=1)
(eV) A-T G-C C-A T-G T-C A-G T-T C-C A-A G-G = = = = = = = = = = -0.34 -0.44 0.21 0.13(I) -0.14 -0.27 0.02(I) -0.01(I) 0.23 0.54 (Kcal/mol) -7.84 -10.14 4.84 2.99(I) -3.22 -6.22 * 0.46(I) -0.23(I) 5.30 * 12.45 *

-0.40(II)

-9.22(II) **

-0.16(II) -0.14(II)

-3.68(II) ** -3.22(II) **

(*) These energies correspond to free purine-purine pairs, howeverwhen they are embedded in a double helix, these base pairs strongly disturb the double helix configuration and become energetically forbidden (**) Cases (I) y (II) correspond to the two configurations that can adopt these bases. The cases (II) are forbidden in a double helix configuration, whereas cases (I) are not.

9

Energías que afectan la estabilidad de la vecindad de nucleótidos
Energíasde enlace •Enlace covalente •Energía angular de enlace •Energía de ángulo dihedro Energías de no-enlace •Electrostática •Van der Waals •Puentes de Hidrógeno •Efecto hidrofóbico •Magnetostáticas

Simular un proceso de replicaciones consecutivas por muchas generaciones en donde se modelan mutaciones puntuales

10

Clases de ADN
• ADN funcional codante • ADN funcional no-codante (promotores,enhancers, intrones, genes ribosomales, etc.) • ADN no-funcional (basura)

Criterios de viabilidad para las mutaciones puntuales
(Presión de selección nula)
• Cladogénesis (especiación) – ADN funcional codante: conserv. Fam. Aminoac. – ADN funcional no-codante: ??? – ADN no-funcional: Ninguna restricción • Anagénesis (envejecimiento) – ADN funcional codante: conserv. Aminoac. – ADN...
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