Frustración en biomoléculas

Las biomoléculas son los principales elementos de procesamiento de información de la materia viva. La mayoría de estos sistemas inanimados son polímeros que computan sus propias estructuras y dinámicas utilizando como entrada cadenas de caracteres aparentemente aleatorias de su secuencia, tras lo cual se coagulan y realizan funciones celulares integradas. En grandes sistemas computacionales con códigos de interacción finitos, la aparición de objetivos conflictivos es inevitable. Fuerzas conflictivas simples pueden dar lugar a estructuras y comportamientos bastante complejos, llevando al concepto de frustración en la materia condensada. Presentamos aquí algunas ideas básicas sobre la frustración en biomoléculas y cómo el concepto de frustración conduce a una mejor apreciación de muchos aspectos de la arquitectura de las biomoléculas, y especialmente cómo la estructura biomolecular se conecta a la función mediante la frustración localizada. Estas ideas son simultáneamente seductoramente simples y peligrosamente sutiles de comprender completamente. La teoría del paisaje energético del plegamiento de proteínas proporciona un marco para cuantificar la frustración en grandes sistemas y se ha implementado en muchos niveles de descripción. Primero revisamos la noción de frustración desde las áreas de lógica abstracta y sus usos en sistemas simples de materia condensada. Luego discutimos cómo el concepto de frustración se aplica específicamente a heteropolímeros, probando la teoría del paisaje de plegamiento en simulaciones por computadora de modelos de proteínas y en sistemas accesibles experimentalmente. Estudiar los aspectos de la frustración promediados sobre muchas proteínas proporciona formas de inferir funciones energéticas útiles para la predicción confiable de estructuras. Discutimos cómo la frustración afecta los mecanismos de plegamiento. Revisamos aquí cómo las funciones biológicas de las proteínas están relacionadas con efectos sutiles de frustración física local y cómo la frustración influye en la aparición de estados metaestables, la naturaleza de los procesos de unión, la catálisis y las transiciones alostéricas. En esta revisión, también enfatizamos que la frustración, lejos de ser siempre algo negativo, es una característica esencial de las biomoléculas que permite que la dinámica se aproveche para la función. De esta manera, esperamos ilustrar cómo la Frustración es un concepto fundamental en biología molecular.