С.Г. Инге-Вечтомов - Генетика с основами селекции (1117682), страница 92

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 92)

Замена других аминокислот в полипептидиой цепи, повидимому, несовместима с функцией белка, в связи с чем соответствующие мутации в популяции организмов ие распространяются, поскольку подвергаются отрицательному отбору. Кодоиы, в которых возможиа фиксация по крайней мере некоторых нуклеотидных замен, приводящих к аминокислотиым заменам в белке, были названы коварионами (от англ. сопсош1гапг1у тагу! пк содопз) . Важное свойство ковариоиов — взаимосвязанность, проявляющаяся в том, что мутации в одном из ковариоиов приводят к переоценке способности варьировать у всех остальных кодоиов данного гена. При этом возможно как возникновение иовых ковариоиов, так и потеря некоторыми вариабельными колонами статуса ковариопа. Данный процесс в эволюции эукариот привел к тому, что в настоящее время ковариоиы у организмов, относящихся к разиым таксовомическим группам, почти не перекрываются.

Как следствие вариабельные аминокислотиые остатки, например в цитохроме С птиц, неизменны у насекомых и млекопитающих, и иаоборот. Данное обстоятельство объчсняет, каким образом при наличии в молекуле цитохрома С лишь нескольких вариабельпых аминокислотиых ос.гатков более 75 ", его аминокислот заменялось в процессе эволюции. Тот же самый подход был использован для определения числа ковариоиов в семействах других белков: инсулине, а- и р'-цепях гемоглобина, рибоиуклеазг, фибринопептиде А.

И в этих случаях лишь ограиичеиное число кодоиов способно фиксировать иуклеотидиые замены, приводящие к амииокислотиым заменам. Об этом свидетельствуют и обширные данные по изучению белкового полиморфизма в природных популяциях дрозофилы. Сравнение популяций по наличию в иих форм данного белка с различной электрофоретической подвижностью показало, что разнообразие популяций обеспечивается одними и теми же несколькими вариантами.

Поскольку эти исследоваиия были сделаны для большого числа белков, то можно, по-видимому, сделать вывод о том, что для каждого локуса существует небольшое число позиций, в которых происходит фиксация по крайией мере некоторых замен оснований. !9.5. Концепция нейтральной эволюции В результате широкого распространения исследований по сопоставлению амииокислотиых последовательностей гомологичиых белков разных видов возникла концепция, объясняющая закоиомерности их эволюции с иедарвииовских позиций. Японский 487 генетик М. Кимура и американские генетики Дж. Кинг и Т. Джукс в 19бб — 1969 гг.

высказали предположение о том, что естественный отбор движет только эволюцией организмов, в то время как изменения белков и нуклеиновых кислот не подвержены действию отбора и происходят в результате случайных событий — дрейфа нейтральных мутаций. В соответствии с этой концепцией нейтральные мутации, не влияющие на приспособленность организма, составляют основную часть мутаций, распространяющихся в популяции. Данная концепция предсказывает, что скорость эволюционных изменений гомологичных белков разных видов должна быть одинаковой. Однако проверить это не просто. Использование разных статистических подходов приводит авторов к абсолютно противоположным выводам. Иногда предполагается, что ни один из этих подходов не может дать правильные результаты, поскольку во всех случаях скорость эволюции рассчитывают на кодон, не учитывая, что в каждом гене число кодонов, способных фиксировать нуклеотидные замены, ограничено.

При определении для шести белков скорости их эволюционных изменений в расчете на коварион было показано, что они практически одинаковы, что, казалось бы, подтверждает вывод о справедливости концепции нейтральной эволюции. Некоторые аспекты коварионной модели, напротив, ясно свидетельствуют о действии естественного отбора в эволюции белков. Поскольку концепция коварионов в своей основе не имеет предположений относительно механизма фиксации мутаций, то допускается, что коварионы могут фиксировать как адаптивные, так и нейтральные мутации. Однако тот факт, что коварионы у организмов разных таксономических групп не перекрываются, заставляет предположить, что мутации в коварионах могут быть нейтральными только при условии функционирования белка у организмов данного вида.

У организмов других таксономических групп, с иными условиями функционирования белка, те же самые мутации уже вредны и отметаются отбором. Это, в свою очередь, означает, что белок одной видовой принадлежности, имея замены вариабельных аминокнслотных остатков, не мог бы заместить гомологичный белок в организмах других таксономических групп, у которых данные аминокислоты неизменны. Это противоречит концепции нейтральной эволюции, согласно которой гомологичные белки разных видов взаимозаменяемы, поскольку их дивергенция осуществлялась за счет нейтральных мутаций. Таким образом, в настоящее время невозможно дать окончательный ответ относительно механизма эволюции гомологичных белков.

Можно лишь с уверенностью сказать, что по крайней мере некоторые аминокислотные замены не нейтральны, так как существуют адаптивные функциональные различия отдельных молекул в семействах гомологичных белков. Представление о постоянной скорости молекулярной эволюции — фиксации адаптивно-нейтральных замен в белках — позволило Э. 11укеркандлу и Л. Полингу выдвинуть идею «молекулярных часов эволюции». Согласно этой идее постоянная скорость замен 488 600 мпн.пеа 500 440 Збо 270 225 180 135 70 Акула Карп Три юн Курица Ехидна Кенгуру Собака Человек Рис.

!9.7. Различия между аминокислатными последовательностями (в процентах) и-цепей гемоглобинов восьми позвоночных н схема филогенетических отношений, отражающая время динергенрии рассматриваемых таксовое (М. Кимура, 1985) 489 в белках позволяет высчитать абсолютное время существования того или иного вида, определить момент днвергенции видов, родов и более крупных таксонов.

Действительно, наблюдается хорошее совпадение между временем дивергенции и различиями в аминокислотном составе юмологичных белков сравниваемых видов (рис. 19.7). Так, для и-цепей гемоглобина М. Кимура дает оценку скорости фиксации замен примерно 0,9 10 ' на аминокислотный остаток в год.

Разные белки могут эволюционировать с неодинаковой скоростью, которая тем не менее постоянна для каждого белка, а следовательно, и для семейства гомологичных генов. Рассмотренная проблема связана исключительно с дивергенцией гомологичных белков. Каково бы ни было отношение к концепции нейтральной эволюции, факт значительной изменчивости первичной структуры и консервативность третичной структуры, или пространственной конфигурации белковой молекулы, указывает на то, что новые гены и новые белки не могут возникать только за счет замен оснований и иминокислотных остатков.

Юб. Как возникают новые гены7 Новые гены возникают благодаря перестройкам гент тичсскогп материила: дунликациям, их носледуюгцеи дивергенции в резулйтаде естественного отбори, и также в результате слияния и разделейия генов и их частей. Вследствие дупликаций какого-либо гена появляется возможность дивергенции субстратной специфичности кодируемого им фермента.

Такая дивергенция проидходит в несколько этапов. Первый из них состоит в замене аминокислотною остатка в составе активного центра белка или не входящего в него непосредственно, но тем не менее определяющего его конформацию. Такое изменение может приводить к, появлению у данного ферметна небольшого сродства к новому субстрату. Действие естественного отбора, направленною на увеличение сродства, подхватывает любую мутацию, способствующую этому. Таким образом происходит мутационная «настройка» фермента на новый субстрат. С течением времени данный процесс приводит к возникновенйю семейств гомологичных белков, различающихся по функции н в значительной степени — по своей первичной структуре.

По-видимому„таков механизм возникновения ссриновых нротсиз млекопитающих. Сопоставление первичной и третичной структур некоторых гомологичных белков данного семейства показало, что изменения, связанные с дивергенцией субстратной специфичности этих белков, очень немногочисленны и состоят в замене одного- двух аминокислотных остатков, входящих в состав активного центра. Таким образом, механизм дуплнкаций и дивергенции иллюстрирует уже эволюция гомологичных генов. На рис. 19.8 показана последовательность дупликаций и дивергенция генов гемоглобина человека.

Характеристики

Список файлов книги