Ewolucja białek (z przykładami)

Ewolucja białek (z przykładami)!

Ewolucja to proces zmian. Na poziomie molekularnym proces ten obejmuje insercję, delecję lub substytucję nukleotydów w DNA. Jeśli DNA koduje polipeptyd, zdarzenia te mogą powodować zmianę w sekwencji aminokwasów.

Z czasem takie zmiany mogą się kumulować, prowadząc do powstania cząsteczki, która niewiele przypomina swojego przodka. Porównania składu aminokwasowego białek w dzisiejszych organizmach pozwalają nam przypuszczać zdarzenia molekularne, które miały miejsce w przeszłości.

Liczbę modyfikacji aminokwasów w liniach zniżania można wykorzystać jako miarę czasu od rozbieżności obu gatunków od wspólnego przodka. Zasadniczo cząsteczki białka zawierają zapis historii ich ewolucji. Tak więc białka można uznać za "chemiczne odciski palców" historii ewolucyjnej, ponieważ zawierają sekwencje aminokwasowe, które uległy zmianie w wyniku zmian genetycznych.

Ewolucja białek:

Białka stanowią korzystniejsze pole do badań ewolucyjnych niż inne makrocząsteczki, takie jak kwasy nukleinowe, ponieważ białka są bardziej heterogeniczne zarówno pod względem strukturalnym, jak i funkcjonalnym, i są łatwe do wyizolowania do analizy. Ostatnio wiele białek zostało scharakteryzowanych metodą analizy sekwencji.

Powszechna procedura ustalania sekwencji aminokwasowej polipeptydu wymaga najpierw rozbicia białka na małe fragmenty peptydów za pomocą enzymów, a następnie określenia sekwencji aminokwasów w każdym peptydzie rozdzielonym chromatograficznie. Sekwencję aminokwasową w każdym peptydzie stwierdza się zwykle za pomocą aparatu znanego jako sekwencja białka lub sekwenator.

Porównanie sekwencji (obecnie dostępnych w różnych grupach biologicznych, od drobnoustrojów do ssaków) umożliwia badanie wzajemnych powiązań między strukturą i funkcją oraz wnioskowanie o ewolucji białek.

Prawa rządzące ewolucją białek są podobne do dziedzicznych cech, a wzajemne powiązania różnych organizmów wskazują na ich pochodzenie od wspólnego przodka. Ogólnie odnotowano następujące cechy:

1. Identyczne protoiny nie występują u różnych żywych gatunków. Ale homologiczne białka z pewnymi podobieństwami występują w różnych organizmach.

2. Różne pozycje w sekwencji aminokwasowej różnią się w zależności od liczby substytucji aminokwasów, które mogą zachodzić bez zakłócania funkcji łańcucha polipeptydowego. W związku z tym niektóre białka umożliwiają większą substytucję niż inne.

3. Ze względu na ciasno upakowaną trójwymiarową strukturę białka, zmiana zachodząca przez aminokwas znajdujący się wewnątrz może prawdopodobnie wpływać na reszty w sąsiednich pozycjach. Takie ewolucyjne zmiany następują zatem parami.

4. Podobne struktury wykazują enzymy o podobnych funkcjach.

Przykłady ewolucji białka:

1. Insulina:

Pierwszym sekwencjonowanym białkiem była insulina składająca się tylko z 51 aminokwasów. (Sanger i Thompson 1953). Porównanie sekwencji aminokwasowej insuliny u różnych ssaków wykazało, że z wyjątkiem odcinka trzech aminokwasów, białko jest identyczne u każdego z gatunków.

2. Hemoglobina:

W porównaniu z hemoglobiną kręgowców, E. Zuckerkandl (1965), obliczyła średnio 22 różnice między ludzkimi łańcuchami hemoglobiny (a i P) i podobną hemoglobiną u koni, świń, bydła i królików. Stwierdzono zatem, że hemoglobina ludzka oddzieliła się od białka zwierząt o około jedną zmianę aminokwasu na 7 milionów lat.

Naturalna teoria ewolucji białka:

Ewolucję białek badano również w niektórych innych białkach, takich jak cytochrom, mioglobina, a-globina, anhydrazy węglowe, histony itp. Analizy sekwencji aminokwasowej polipeptydów sugerują, że niektóre zmiany ewolucyjne mogą być losowe. Doprowadziło to do sformułowania teorii neutralności ewolucji białka przez Kimurę (1968).

Teoria ta, zwana również nie darwinowską teorią ewolucji, zakłada, że ​​w przypadku dowolnego genu znaczna część wszystkich możliwych mutantów jest szkodliwa dla ich nosicieli; mutanty te są eliminowane lub utrzymywane na bardzo niskich częstotliwościach przez dobór naturalny. Zakłada się jednak, że duża część mutacji jest równoważna adaptacyjnie, tj. Szybkość ewolucji jest równa szybkości mutacji.