Биофизика эволюции белков и эволюционная биофизика белков

Изучение молекулярной эволюции на уровне генов, кодирующих белки, часто предполагает сравнение больших массивов последовательностей для установления их эволюционных взаимоотношений. Несмотря на важность структуры и конформационной динамики белка для его функции и, следовательно, приспособленности, общепринятые филогенетические методы используют лишь минимальные биофизические представления о белках. Чтобы подчеркнуть биофизические ограничения естественного отбора, мы рассматриваем эффекты белковых мутаций, уделяя особое внимание физической основе маргинальной стабильности природных глобулярных белков и тому, как необходимость кинетической стабильности, а также предотвращения неправильного сворачивания и ошибочных взаимодействий могла повлиять на эволюцию белков. Биофизические основы этих эффектов изучались с помощью моделей, содержащих явное крупнозернистое пространственное представление полипептидной цепи. Отображения «последовательность—структура», основанные на таких моделях, являются мощными концептуальными инструментами, позволяющими объяснить мутационную устойчивость, эволюционируемость, эпистаз, промискуитетную функцию, выполняемую «скрытыми» конформационными состояниями, разрешение адаптивных конфликтов и конформационные переключения при эволюции от одной белковой укладки к другой. В последнее время биофизика белков применяется для получения более точных эволюционных интерпретаций данных о последовательностях. Были также разработаны методы использования эволюционной информации, основанной на последовательностях, для прогнозирования биофизических свойств белков. Успех этих подходов демонстрирует глубокую взаимосвязь между областями биофизики белков и эволюции белков.