Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_2 (1123310), страница 119
Текст из файла (страница 119)
Более того, так как а-цепь одинакова у гемоглобннов НЬА, НЬЕ и НЬАг, было предположено, что а-цепь является самой «древней» и может быть гомо- логична мономерному, как и миоглобин, гемоглобину миноги, хотя его неоксигенироваиная форма димерна. Это резко отличается от гемоглобинов других позвоночных, которые тетрамерны, например НЬА-афг, НЬГ-агуг, НЬАг-агбг.
На основе обнаруженного количества различий было далее предположено, что последовательная дуп- живаемости в другом случае. Консервативные замещения аминокнслотных остатков редко приводят к изменениям функции. Доказательства полной дупликацпи генов поразительны и обнаружены во многих случаях. Один из типов представлен полисубьеднничными фермв11тамп, у которых два вида субьеднннц — не идентичных, а гомологичных, как у рассмотренных ниже гемоглобинов позвоночных.
Второй тпп дупликации генов проявляется у гомологичных белков, содержащих одну полипептидну1о цепь, например у протеаз серии-гистиднн-аспарагинового типа с существенно различной специфичностью (разд. 9.3.1) (см. ниже), а также у некоторых гомологнчных полипептидных гормонов с резко различающейся специфичностью. Другим примером являются изоферменты гомологичной структуры с различными активностью и внутриклеточной локализацией. Когда были установлены аминокислотные последовательности а. и б-цепей гемоглобина НЬА, у-цепи гемоглобина НЬГ н б-цепи гемоглобина НЬАг, было определено количество различий между этими гомологическнми цепями ~табл. 27.2).
П!. МЕТАБОЛИЗМ 1106 ликация генов а-, у- и р-цепей привела в ходе эволюции к четырем цепям следующим образом: а-цепь а- цепь у.цепь т- цепь 10-ЦЕЕЬ д-цепь д-ца ь Таким образом, полная дуплнкация гена а-цепи привела кдвум генам, которые эволюционировалв независимо и дали в конце концов а- и т-гены. Аналогичным обрааом у-ген позднее дуплициронался, дав р-ген, а р-ген дал б-ген. Подтверждающие это данные были получены при изучении гемоглобинов одного порядка — приматов. Живущие ныне представители приматов, согласно палеонтологическим данным и их сравнительной анатомии, .появились в следующем порядке: древесные обезьяны (тупая), лемуры, лори, обезьяны Нового Света.
обезьяны Старого Света, человекообразные обезьяны, человек. В о-цепях представителей этих родов сравнительно мало различий типа аминокислотных замен. Но различие б-цепей возрастает при переходе от человека к более примитивным формам; наиболее важным является то, что замещения возникают преимущественно в тех положениях, по которым (1-цепь человека отличается от у-цепи. На самом деле, гемоглобин взрослых тупай и лемуров похож на фетальный гемоглобин человека (НЬР) больше, чем на человеческий НЬА, включая устойчивость к щелочной денатурации.
Вариации первичной структуры гемоглобина позвоночных весьма широки, что должно отражать главным образом огромный размах приспособления этих видов к аэробной жизни — от глубин морей до больших высот, от неподвижных до высокоподвижных видов в воде, на земле и в воздухе, от свобозноживуших пресноводных и ~морских пелагических эмбрионов до защищенных эмбрионов живародяших видов и до покрытых оболочкой эмбрионов многих рептилий и всех птиц.
Эта эволюцновиая адаптация отражалась я сродстве гемоглобинов к кислороду„ в соответствии с содержанием СОБ в крови, а также в других характеристиках (гл. 31). Другим примером дупликации генов, приводящеи к другим функциям, являются мономерные структуры трипсина, химотрипси на А, химотрипсива В и эластазы. Аминокислотная последовательность этих ферментов (разд.
9.3) обладает значительной гомологией, например у трипсина и хнмотрипсина А идентичны примерно 40е1(1 последовательности. Это пример, показывающий, что при со- Ге1п'.Тпческне Агл!Гиты ыетАеолпзмл. 1п !!От Таблица з7.8 Гомологии последовательностей вокруг активиых остатков серииа и гистидииа у паикреатических оротеииаз и некоторых родствеииых фермеитов Лктиикый серикк Фермент Суь-С!1п-С!1у-Аьр-5ег-С!у-С!!у-Рго-\'а! 5ег-А1а-А!а-Н1ь-Суь-Туг Суь-Мег-Яу-Аьр-5ег-Яу-С!1у-Рго-Ееп Т1!г-А!а-А!а-НЬ-Суь-Яу Бычий трипсии Бычий химотрипсии А Бычин химотрипсии Б Свинах эласта- ва Суь-Ме1-Иу-Аьр-5ег-С!у-С!у-Рго-Ееп Т!к-А!а-А!а-Н1ь-Суь-С!у Суь-С!и-Иу-Аьр-5ег-С!у-С!!у-Рго-реп Т)!г-А1а-А1а-НЬ-Суь-'та! Суь-С!и-61у-Аьр-5ег-С!!у-С!у-Рго-Р!те Т!тг-А!а-А!а-Н1ь-Суь-Ееп Яу-Агя-С!у-Аьр-5ег-С!!у-Ст1у-5ег-Тгр Т1!г-А!адйт!у-Н!ь-Суь-С!у Бычий троыбпи Протеиказа 5о- гапе1пп! Протеииаза 5!гор!оп!усев ллзепь Суь-С!!и-С!у-Аь!т-5ег-Яу-Яу-Рго-*т а! Тпг А!а-А!а-Н!ь-Суь-'тта! Лктиьиые остмк» вь активиык участках иь!дели ы жирНы» тирифтом.
Призедеииые двк виворь иоследовьтельиостей удилеиы друг от друга иа иерзвчиой структуре. вательности некоторых из этих ферментов вблизи от остатков гистндина и серина, входящих н активные участки этих ферментов. По-видимому„ одним из наиболее поразительных примеров полной лупликации гена являются иммуноглобулнны,которых у каж- хранении аналогичной функции — гидролиза белков, изменения коснулись специфичности по типу пщролизуемой связи (табл. 6.3 и разд. 9.3). На участке связывания остатка, примыкаюгцего к расщепляемой связи, у трнпсина расположен остаток аопарагиновой кпслоты, а у хпмотрипсвна — остаток серпна. Это изменение отражает нх различие в специфичности связывания.
Очевидно, что для позвоночных, зависящих от поступления амннокпслот с пищей, повышению жизнеспособности может способствовать появление м!ножества протеиназ, способных макснмально расщеплять белки пищи. Лалее, тромбпн н другие протеолнтпческие ферменты, участвующие в свертывании крови (гл. 29), также гомологичны панкреатнческнм протепиазам, что отражает дуплнкацню генов. Это дает возможность использовать ферменты общего типа для различных функций.
Аналогичным образом вапомиа1ает по свойствам трипсин и кокомаза некоторых насекомых, но функция последней заключается в переваривании фибриона кокона, что позволяет созревшей особи выйтп пз кокона. В табл. 27.3 показаны частичные последо- пь мвтлволнзм 11ЕЗ дога существа многие тыснчи, каждый из них обладает определенной специфичностью, ~но все они структурно гомологичны* (гл. 30). Полипептидные гормоны нейрогипофиза (гл. 48) являются другим примером эволюции структуры и свойств. Структура этих гормонов приведена в табл. 27.4. Эволюция полипептидньж гормонов является ярким примером замены единичных оснований в кодо- Таблица л7.4 Аминокислотная последовательность некоторых нейрогипофнзных гормонов вил 11о.чонюиив оствтковв Гормон 1 в 3 4 з 6 7 а 9 Суз-Туг.це-Бег-двп-Сув-Рта б!п-6!уХНв Сув-Туг-Ис-Ьег-Авп-Сув-Рта-Ие-б!уХНи Сув-Туг-Ис-С1п-Авп-Сув-Рго-Ие-С!уМНт Сув-Тут-Ие-Суп-Авп-Сув-Рта-Ага-С1уХНг Глумптацвн Изотоцин !ууезотацин Вазотоцин Окситоцин Вазапрессин Вавапрессин Дисульфикиыс ьюстики свивыввют 1- и 6-остатки ио всат случаик.
Рвавичаюищсси амю окислотиыс остатки впм горл(оков отиачаиы ыирвым юрифтом. нах. Эти замены происходят последовательно, приводя к замещению одной аминокислоты. Вазотоцин лягушки обладает слабой вазопрессорной н окситоциновой актввностью в отличие от мощных гормонов млекопитающих и других высших позвоночных. Переход от вазотоцина к аргинвн-вазопрессину заключается в замещении Це в положении 3 на РЬе, а переход от вазотоцина к окситоцину — в замене Лгц в положении 8 на ) еп.
Для эволюции от одного к двум и более гормонов у того же самого вида мы должны предположить дупликацию генетического материала и последующие точечные мутации для независимого образования двух и более гормонов. Лналогичные отношения обнаружены для ЛСТН, МБН и 8-липотропида (гл. 48) и для двухцепочечных гормонов — фолликулостимулирующего, тмроидстимулирующсго и лютеинизирующего гормонов и хориогонического гонадотропина; все они содержат идентичную в-цепь и различные (У-цепи (гл.
48). " Кзк сейчас выясняется, здесь работает механизм гораздо более сложный, чем простая дупликация генов. — Прим. перво. Сув-Тут-Ие-Яп-Авп-Сув-Рга-Ееи-61уь1Нт Суз-Тут-Рпе-Яп-Авц-Сув-Рга-Агу.С 1ууч11а Суз-Тут-Рне-ча1п-Авп-Суз-Рга-юув-С!утчыа Хрящевые рыбы Костистые рыбы Амфибии Костистые рыбы, амфибии Млекопитающие Ы текопитающие кроме свиньи Свинья 22. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА.
Ш 1109 Структуры гормонов секретина и глюкагона достаточно близки, что свидетельствует об их общем генетическом происхождении (гл. 34). Это один пз поразительных примеров изменения как функ цни, так и контроля синтеза этих белков. Глюкагон, синтезнрующийся в поджелудочной железе, повышает концентрацию глюкозы в крови, увеличивая гликогенолиз в печени 1разд. 15.5.2.1). Секретин, образующийся в слизистой кишечника, стимулирует выделение поджелудочного сока 1гл.
34). Вероятаго, дупликация гена привела к эволюции двух различных гормонов с независимым генетическим контролем и каждый из них продуцируется специфическими клетками. Другим примером близких структурных отношений являются яичный лизоцим и один нз двух компонентов лаатозоспнтазы (разд.
3.7.2.3) — и-лакгальбумггн коровьего молока. Из 129 остатков лизоцнма н !23 остатков лактальбумина по меньшей мере 40 идентичны в соответствующих положениях, а 27 представлены консервативными замещениями. Кроме того, четыре дисульфидных мостика расположены в таких же положениях у обоих белков. На основании такой гомологии можно заключнть,что оба белка возникли путем дуплнкацин гена-предшественника, причем один нз мнх продолжает кодировать лизоцим, а другой в результате мутаций дает и-лактальбумин.
Это очевидный пример появления новой функции, причем один фермент катализируст гидролиз )1(1-+-4)- гликозидной связи, а другой участвует в синтезе такой связи 1разд. 8.7.2.3). Кроме того, а-лактальбумин является компонентом фермента, возникшего позже при эволюции, так,как лактоза появилась только в молоке млекопитающих. Кроме дуплнкацни целых генов имеется множество доказательств дупликацин и слггяння генов. Это такое мутационное событие, когда при дупликацни гены сливаются друг с другом. После дуплгмкации такого типа ген определяет белок, в котором последовательность от ХН2 до СООН-конца повторена по крайней мере частично. Таким образом ген, образовавшийся путем дупликации и слияния, определяет последовательность белка, в котором первая половина почти идентична второй. Наиболее поразительным примером дуплнкации и слияния являются а'- н ат-цепи гемоглобина человека 1рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
