Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_2 (1123310), страница 118
Текст из файла (страница 118)
1п 1101 логичных ферментов и других белков различных видов организмов. Как уже упоминалось выше, белком, о котором имеется наибольшая информация, являетсн цитохром с. Для того чтобы цито- хром с мог работать, мутации не должны изменять его соответствие как по отношению к цитохромоксидазе так и по отношению к цитохрому сь изменять его потенциал или характер его взаимодействия с гемом.
Так как животные, растения и грибы дивергировали от одной исходной формы, аминокислотные замещения накапливались в цитохромах с этих видов без существенного влияния на их функции по митохондриальному электронному транспорту. Количества аминокислотных замен у цитохромов с различных видов для 104 гомологичных остатков сопоставлены в табл. 27,1. Из таблицы видно, что, во-первых, у близко родственных позвоночных цитохромы либо вообще не разлнчаются,либоразличаютсяпо немногим остаткам, например у человека и других приматов, у раз личных копытных. Во-вторых, чем больше предполагаемое таксо- Таблаяа 27.Т Вариации структуры цитохромов с Количество аминокислотных замен по сравнению с цитохромом человекаа Количество различающизся амннокисл отаых остатков Сопоставляемые цнтохромы Шимпанзе Обезьяна резус Кенгуру Собака 35 43 43 46 39 Мотылек н дрожжи Кеигозрога и пшенкца дрожжи и Азнигозрога а Большая часть цнтохромов позвоночныт имеет 104 остатка.
Сопоставляются именно эти остатки без учета дополнвтельнык остатков иа Ынт-конце цнтозромов беспозвоночны с В таблице приведены результаты иеснсльиих исследовании. 37 †13 Лошадь 11ыпленок Гремучая змея Тунец Налим Мотылек 1'Загп1а супнда) Пшеница Фиигозрога дрожжи 0 1 10 11 12 13 14 21 23 31 Лошадь и собака Лозцадь и свинья Свинья, корова и овца Свинья и кит Кит, верблюд и гуанако Лошадь и кенгуру Кролик и свинья Кролик н собака Налим н тунец Мотылек и тунец 6 3 О 2 0 т 4 Ь !4 ЗЗ ГП. МЕТАБОЛИЗМ 10 Эа АЕ ЗЕ .С1У-А.а-о17-17» С1У-С1У ЬУ.. 1УЛ. С170ЬУ~.С1У.С17 А1. ЬУ АМ Н .АМСУ71СН,~, а 1 1.1», Аааоор А.- Ь» Не-СвьС1у-М-ть -ьуа-Г а-АЬ-Яе-А а-аеа.ье -АЬ.:1 Е-А ЬЮ1 Ы АМ1-Ы- Мь.а .ье -Ыа-1е Ье Гуе.ая сп.
00 70 77 00 'П1 -А ЕС1у-уа1.гее-ьуа.та1аье-ьее-оуыаьа.ра1-не.А а.аар-А1а-т*ртье.туа ТЬьме.ме-*1а-гу -А 0-1 -Т1 С 1- Ве Аеа 90 100 тььль-ЫМ-Уеар-та1-уа1-Ту -А10-С 41 Юа-С1 -СЬ -А а-ТЬ -Ь -Ту -С1у-пе-С1у-сау.СООЫ Рис. 27.2. Амннонислотная последователыюсть гнстона Н4 тняуса теленка Остатки, отличаюп1иеся от таковых в гомологияном Н4 проростнов гороха — консервативные замены в положениях 60(пе) и 77(Агв) Остаток 20 в гистоне теленка представлен смесью моно- и днметиллнзина, модифицированными при посттранслямиоином метилировапии.
Ьуз-20 в гистоне гороха не метнлнрован. (Всбапре В. А, Лага(угоиба В. 1(.. Загар)г Е. Ь., Воппег А, а. 0101. С!уеп~., 244, 2678. 1069.) вомическое различие, тем больше отличаются цитоэромы. Это четко проявляется у позвоночных и прн сравнении позвоночных с растениями (пшеница), насекомымн и аскомицетами (дрожжи, 171'еигозрога). Однако цнтохромы дрожнсей н гугеигоарога отличаются друг от друга так же сильно, как эти цитохромы от цитохромоа высших организмов. Это указывает на то, что эти организмы либо очень давно днвергировали, либо большая скорость репродукции этих микроорганизмов приводит к накоплению различий в последовательности за более короткое время. Все упомянутые в табл. 27З цитохромы с реагируют с цитохромоксидазамн дрожжей н млекопитаюшнх.
Это свидетельствует о том, что принципиальные черты структуры и ф) нкцнй цнтохрома с не претерпели сушественных изменений за время эволюционной дп вергенцин животных, растений н грибов, которая произошла более двух миллиардов лет назад. Так как функция цитохрома с сводится к мнтохондриальному окислению н фоофорилированию, митохондрии должны были возникнуть не позднее этого срока. В настоягцсе время возраст Земли оценивается примерно в 4,5 миллиарда лет.
В связи с этим одна из,критических стадий эволюции — возникновение эффективного аэробного метаболизма, почти наверняка возникла на ранних этапах эволюции. Путем изучения других «древних» белков возможно дальнейшее проникновение в эволюцию и возтгигсновение основных клеточных процессов. Хотя цитохромы и и другие белки претерпели многочисленные изменения,в ходе эволюции, это не является общим правиломдля всех белков.
Гнстон Н4 (разд. 25.3.5) тимуса теленка отличается от гомологичного белка проростков гороха двумя консервативными аминокислотными заменами в последовательности длиной 102 остатка (рис. 27.2). Так как эволюционные пути растений и животных разошлись почти два миллиарда лет назад, то очевидно, что ть генвтичаскив аспякты матааолизмл. ш ! !Оз селекционное давление стремилось к сохранению последовательности этих белков.
Это свидетельствует а!е только о том, что практически каждый остаток в последовательности гистона Н4 критичен для его функции и что почти все мутации были отметены отбором, но и о том„что специфическая функция этого белка возникла очень рано и специфична при эволюции эукариотических организмов. Приведенные выше рассуждения дают основание для заключения о том, что не все белки эволюционировали или эволюционируют с одинаковой скоростью. «Древние» белки, такие, как гистон Н4, должны были претерпеть эволюцию, приведшую к определенной последовательности, иа раннем этапе и с тех пор очень мало изменились.
В отличие от этого белки, появившиеся позже в ходе эволюции, в частности белки высших организмов, показывают гораздо большие изменения структуры и ответ на изменения давления отбора и экстремальные условия. Обсуждаемый ниже гемоглобин — прекрасный пример такого явления. 27.2.1.
Изменения генома Важно понимать, что многие типы изменений ДНК могут приводить к изменениям структуры белков. Хотя м~ногне из этих изменений были получены экспериментально при действии рентгеновых или ультрафиолетовых лучей или химических мутагенов, изучение структуры белков показывает, что аналогичные изменения ДНЕ возникают и спонтанно в ходе эволюции. Природа мутагенон, действующих во время эволюции, открыта для предположений, по генетические изменения, обсуждаемые ниже,— это те, которые могут привести к изменениям белков и, следовательно, к изменениям их функций.
27.2.!.!. Точечные мутации Точечные мутации проявляются в виде замещений отдельных аминокислот в результате изменения отдельных пар оснований. Они являются наиболее обычными изменениями и были идентифицированы у многих белков из многих видов. Белком, для которого в настояшее время известно наибольшее количество точечных мутаций, является человеческий гемоглобин (гл. 31). 27.2.!.2. Делении и вставки Известно много примеров делеций и вставок одного или нескольких аминокислотиых остатков как внутри, так и на концах пептндных цепей. Это было обнаружено как при изучении белка одного вида (иапример, гемоглобина человека, гл.
31), так и при исследовании многих гомологических белков из различных видов. 37" пь метхволпзм Например, все цитохромы с позвоночных имею~ 103 цли 104 остатка, а цитохромы с растений и беспозвоночных имеют множество дополнительных остатков на г(-конце и делецни отдельных остатков внутри цепи (рцс, 27.1), Чтобы образовался функциональный белок, делеции нлп вставки внутри полипептидной цепи должны быть обусловлены утратой или вставкой одно~о или нескольких нуклеотидных триплетов (равд. 26.4). Делении или добавления па ,концах полипептидной цепи должны отражать мутации, приводящие к образованию нового инициаторного кодона в различных локусах (равд.
26.3.1) или кодонов термннацнп (разд. 26.3.3) всо.ответствующих участках ДНК. я7.2.ЬЗ. дувлвкация т«нов Высшие организмы синтезируют гораздо больше белков, чем простейшие. Это согласуется с увеличением общего количества ДНК в геноме. Первичным процессом, с помощью которого происходит зто увеличение, является полная дупликацпя единичного гена, полной хромосомы или полного набора хромосом (полпплондия, см. ниже). После такой дуплпкации, если потомство жизнеспособно, диплоидные клетки имеют уже не два, а четыре гена для каждого белка; в последующих генерациях каждая пара генов может изменяться независимо. В то время как одна пара генов продолжает направлять синтез исходного функционального белка, другая пара может претерпевать относительно большие мутацнонные изменения и, наконец, становиться ответственной за синтез белка с той же функцией, но отличающегося по специфичности, по активности либо даже выполняющего другую функцию.
Если измененный белок дает ббльшие преимущества для выживания, то он сохраняется, организм процветает и может завять несколько иную экологическую нишу. Хотя и нет точных свидетельств, было предположено, что дупликацня генов сама по себе повышает жизнеспособность (к, следовательно, селекционные преимушества), приводя к увеличению скорости образования мРНК и соответственно синтеза белка, в частности, в том случае, когда должен синтезнроваться белок, состояший из нескольких идентичных субьединиц. Следует отметить, что изменение специфичности или функции белка связано обычно с «радикальным» замещением амннакнслотного остатка; только таким образом можно обычно достичь сушест.
венного изменения свойств исходного белка. Боиьшая часть крадикалыных» замещений дает дефектный белок, что приводит к генетическим нарушениям (см. ниже) и к меньшей жизнеспособности. Иными словами, генетические изменения, которые увеличивают выживаемость в одном случае, могут вести к уменьшению вы- гУ Геиетичгск11е Аспекты мст111о.чнз11А ш 1105 Таблица 27.2 Амииокислотиые вариации а цеияк семоглобииа человека Кояячестяо е" яячмммяяся Сеяяс яяясяи«яепв ~ яя яя ле яия оссяя ея 1 6 78 83 баб йат аий аит Цепи б, р и б имеют меньше отличающихся амннокислотных остатков, чем при сопоставлении каждой из зтих цепей с а-цепью. Сопоставление а- и ))-цепей гемоглобина человека НЬА с гемоглобином некоторых других млекопитающих, таких, как лошадь, показы вает меныпее различие, чем между а-цепямп.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
