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Adaptive Properties of the Genetically Encoded Amino Acid Alphabet Are Inherited from Its Subsets

Ilardo, Melissa und Bose, Rudrarup und Meringer, Markus und Rasulev, Baktiyour und Grefenstette, Natalie und Stephenson, James und Freeland, Stephen J. und Butch, Christopher J. und Cleaves, H. James (2019) Adaptive Properties of the Genetically Encoded Amino Acid Alphabet Are Inherited from Its Subsets. Scientific Reports, 9, 12468_1-12468_9. Nature Publishing Group. doi: 10.1038/s41598-019-47574-x. ISSN 2045-2322.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
5MB

Offizielle URL: https://www.nature.com/articles/s41598-019-47574-x

Kurzfassung

Life uses a common set of 20 coded amino acids (CAAs) to construct proteins. This set was likely canonicalized during early evolution; before this, smaller amino acid sets were gradually expanded as new synthetic, proofreading and coding mechanisms became biologically available. Many possible subsets of the modern CAAs or other presently uncoded amino acids could have comprised the earlier sets. We explore the hypothesis that the CAAs were selectively fixed due to their unique adaptive chemical properties, which facilitate folding, catalysis, and solubility of proteins, and gave adaptive value to organisms able to encode them. Specifically, we studied in silico hypothetical CAA sets of 3-19 amino acids comprised of 1913 structurally diverse alpha-amino acids, exploring the adaptive value of their combined physicochemical properties relative to those of the modern CAA set. We find that even hypothetical sets containing modern CAA members are especially adaptive; it is difficult to find sets even among a large choice of alternatives that cover the chemical property space more amply. These results suggest that each time a CAA was discovered and embedded during evolution, it provided an adaptive value unusual among many alternatives, and each selective step may have helped bootstrap the developing set to include still more CAAs.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/131291/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Adaptive Properties of the Genetically Encoded Amino Acid Alphabet Are Inherited from Its Subsets
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ilardo, MelissaUCPHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bose, RudrarupNational Institute of Science Education and Research, Bhubaneshwar, IndiaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Meringer, MarkusMarkus.Meringer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8526-2429NICHT SPEZIFIZIERT
Rasulev, BaktiyourNDSUNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Grefenstette, NatalieUCLNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stephenson, JamesEMBL-EBINICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Freeland, Stephen J.University of Hawaii, NASA Astribiology InstituteNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Butch, Christopher J.Earth-Life Science Institute, Tokyo Institute of TechnologyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Cleaves, H. JamesEarth-Life Science Institute, Tokyo Institute of TechnologyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:8 August 2019
Erschienen in:Scientific Reports
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:9
DOI:10.1038/s41598-019-47574-x
Seitenbereich:12468_1-12468_9
Verlag:Nature Publishing Group
ISSN:2045-2322
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Astrobiology, Cheminformatics, Computational chemistry, Chemical origin of life, Proteins
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erforschung des Weltraums
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EW - Erforschung des Weltraums
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Explorationsstudien (alt)
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Methodik der Fernerkundung > Atmosphärenprozessoren
Hinterlegt von: Meringer, Dr.rer.nat. Markus
Hinterlegt am:26 Nov 2019 09:41
Letzte Änderung:23 Jul 2022 13:45

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