A biologia deve estar com pressa. Ao equilibrar velocidade e precisão para duplicar DNA, produzir proteínas e realizar outros processos, a evolução aparentemente determinou que a velocidade é de maior prioridade, de acordo com pesquisadores da Rice University.

Os cientistas do Rice estão desafiando as suposições de que a transcrição e tradução perfeitamente precisas são críticas para o sucesso dos sistemas biológicos. Acontece que alguns erros aqui e ali não são críticos, desde que a grande maioria dos biopolímeros produzidos sejam corretos.

Um novo artigo mostra como a natureza otimizou dois processos, Replicação de DNA e tradução de proteínas, que são fundamentais para a vida. Ao analisar simultaneamente o equilíbrio entre velocidade e precisão, a equipe do Rice determinou que as taxas de reação naturalmente selecionadas otimizam a velocidade "desde que o nível de erro seja tolerável".

O papel no Proceedings of the National Academy of Sciences é por um colega de pós-doutorado de Rice, Kinshuk Banerjee e seus conselheiros, Oleg Igoshin, um professor associado de bioengenharia e biociências, e Anatoly Kolomeisky, professor de química e engenharia química e biomolecular.

Sua técnica permitiu-lhes ver que, embora a correção de erros por meio de revisão cinética se incline para a velocidade, o custo de ir o mais rápido possível às vezes pode ser muito alto.

A revisão cinética é o processo bioquímico que permite as enzimas, como os responsáveis ​​pela produção de proteínas e DNA, para obter melhor precisão entre substratos quimicamente semelhantes. As sequências são comparadas aos modelos em várias etapas e são aprovadas ou descartadas, mas cada etapa requer tempo e recursos de energia e, como resultado, ocorrem várias compensações.

"Processos de verificação adicionais tornam o sistema lento e consomem energia extra, "Banerjee disse." Pense em um sistema de segurança de aeroporto que verifica os passageiros. Maior segurança (precisão) significa necessidade de mais pessoal (energia), com maior tempo de espera para passageiros (menor velocidade). "

Os pesquisadores acharam as teorias prevalentes insatisfatórias quando se interessaram em aprender como a natureza corrige seus erros.

"Nunca fiquei feliz com a maneira como as pessoas olham para os mecanismos de correção de erros biológicos porque suas abordagens eram simplificadas demais, "disse Kolomeisky, quem estuda os mecanismos dos sistemas biológicos. "Eu queria uma estrutura mais abrangente, para que pudéssemos olhar para os caminhos certos e errados para replicação e tradução, bem como para outros processos.

"Desenvolvemos um método quantitativo poderoso com o qual podemos calcular o erro simultaneamente, custos de velocidade e energia, onde os métodos anteriores focavam apenas em erros, " ele disse.

"Vimos o que estava faltando, "adicionou Igoshin, cujo laboratório em Rice's BioScience Research Collaborative estuda biologia de sistemas computacionais. "Ao analisar simultaneamente vários parâmetros, podemos ver a interação entre energia, erro e velocidade e determinar onde ocorre a otimização. "

Embora a velocidade ainda seja uma prioridade, os sistemas biológicos sacrificam um pouco o ajuste fino da correção de erros. Os gráficos produzidos pelos cálculos de Rice mostram que quando a replicação da proteína é limitada por apenas um ou dois pontos percentuais abaixo da velocidade máxima, a precisão permanece alta e a economia de energia é significativa.

"Talvez não seja tão surpreendente que a precisão não seja a única preocupação do sistema, "Banerjee disse." O que é fascinante é como os sistemas otimizam seu desempenho ao ajustar esses objetivos aparentemente opostos enquanto cuidam do custo energético. "

O conceito de velocidade versus precisão já foi explorado em um sistema muito diferente na Rice, por meio do trabalho do cientista da computação Krishna Palem, que criaram microprocessadores que aumentam sua eficiência, permitindo pequenas imperfeições em seus cálculos.

"Isso faz tanto sentido para a biologia quanto para a engenharia, "Disse Igoshin." Assim que você for preciso o suficiente, você para de otimizar. "