Э. Рис, М. Стернберг - Введение в молекулярную биологию от клеток к атомам (1160049), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Поэтому древо родственных связей слу-жит схематическим изображением эволюционногопроцесса и является филогенетическим древом.Предковый глобин как полагают, представлял собоймономерный белок с включенной в него гемогруппой иуже обладал некоторой способностью переноситькислород. В результате удвоения гена появились двеего идентичные копии, которые, последовательноподвергаясь мутациям, дали начало двум разным белкам.
Поскольку между αα- и β-цепями гемоглобина существует меньше различий , чем между каждым из этихполипептидов и миоглобином, предполагают, чтопервоначальное удвоение гена привело к возникновению примитивных миоглобина и гемоглобина, а разделение на α- и β-цепи произошло позднее, после удвоения гена примитивного гемоглобина.Видообразование. С помощью целого ряда методовудается проследить пути развития различных биологических видов от их общего предка.
Рассмотрим сэтой точки зрения ту часть филогенетического древаглобинов, которая касается β-цепей. Видно, что β-цепи лошади и человека различаются меньше, чем β-цепи цыпленка и человека. Это означает, что в эволюционном отношении человек находится ближе к лошади, чем к цыпленку.
В общем случае эволюционныесвязи между видами, установленные на основе анализаβ-цепей, довольно хорошо согласуются с соответствующими данными классической биологической таксономии. Фактически число аминокислотных различий между двумя видами может служить мерой времени, прошедшего после дивергенции их об общегопредка.
Значения времени, оцененные подобнымспособом, находятся в неплохом соответствии с аналогичными результатами, полученными с помощьюдругих методов, таких, например, как палеонтологическое датирование.Скорость эволюции белков можно определить каквремя, за которое происходит накопление в среднем1% различий в аминокислотных последовательностяхмежду двумя белками, дивергировавшими от общегопредка. Скорость эволюции белков в пределах одногосемейства постоянна (прямые на рис.
16.2), однакоона сильно варьирует для белков, принадлежащих кразным семействам, что, по-видимому, связано с разным давлением отбора. Гистон IV — это сильно основный белок, связанный с ДНК, и в сущности любоеизменение его аминокислотной последовательностискорее всего нарушило бы его функцию и оказалосьлетальным для организма.
Поэтому гистон IV эволюционирует очень медленно (1% изменений в последовательностях за 600 млн. лет). Прямо противоположным примером служат фибринопептиды — фрагментыцепи фибриногена, отщепляющиеся при превращении его в фибрин в процессе свертывания крови. Очевидно, что сохранение определенной последовательности в данном случае не столь важно, поэтому скорость эволюции фибринопептидов весьма высока (1%за 1 млн. лет). Цитохром с — белок, состоящий приблизительно из 105 аминокислотных остатков, — принимает участие в транспорте электронов, обнаруженном как у животных и растений, так и у бактерий.Вследствие своей широкой распространенности вприроде цитохром с представляет собой прекраснуюмодель для изучения скорости эволюции белков.Скорости эволюции и цитохрома с, и глобинов занимают промежуточное положение между скоростямиэволюции фибринопептидов и гистона IV.
По сравнению с глобинами цитохром с эволюционирует медленнее, что говорит о более жестких ограничениях,налагаемых на структуру цитохрома с. Чтобы соотнести между собой временную шкалу, изображенную нарисунке, с той, которая используется в классическойтаксономии, нужно принять во внимание, что растения и животные дивергировали около 1200 млн. летназад, а видообразование у млекопитающих происходило в последние 100 млн. лет.Серповидноклеточная анемия — заболевание, возникающее при замене остатка глутаминовой кислотыв шестом положении р-цепи гемоглобина на остатоквалина. Это единственное изменение приводит куменьшению растворимости дезоксигемоглобина и кпоявлению у него способности агрегировать с образованием длинных волокон. В результате эритроцитыприобретают вытянутую форму, напоминающуюсерп. Деформированные таким образом, они могут закупоривать капилляры, нарушая нормальное кровообращение, либо легко подвергаться лизису, что и является непосредственной причиной наблюдаемойанемии.
Замена Glu на Val не влияет на растворимостьоксигемоглобина. Шестой остаток Р-цепи находитсяна поверхности тетрамерного гемоглобина. Вместо заряженной боковой цепи Glu серповидноклеточныйгемоглобин несет в том же положении неполярнуюбоковую цепь Val. В дезоксигемоглобине этот неполярный участок непосредственно контактирует скомплементарным неполярным участком, расположенным на поверхности другого тетрамерного гемоглобина, вызывая тем самым слипание молекул.Предполагают, что в оксигемоглобине комплементарный участок по каким-то причинам не может взаимодействовать с шестым Val, и поэтому агрегациине происходит.Пространственная структура α- и β-цепейгемоглобина человека и миоглобина кита былаопределена с помощью рентгеноструктурного анализа.Оказалось, что, несмотря на большое число различий ваминокислотных остатках, для всех трех белковхарактерен одинаковый способ трехмерной укладкицепей, известный под названием «глобинового типасворачивания» (гл.
15). Это связано с одинаковымфункциональным назначением всех трех белков —обеспечить подходящее окружение для гема,удерживающегокислород.Такимобразом,выполняемаяфункцияналагаетнапространственную структуру белков более строгиеограничения, чем на их аминокислотную последовательность, и первая эволюционирует медленнее, чемвторая. Это позволяет высказать предположение о наличии эволюционных связей между различными белками (или отдельными частями различных белков),имеющими похожие пространственные структуры, даже если у этих белков не обнаруживается сходства в последовательностях.17.
Первичная структурануклеиновых кислотНуклеиновые кислоты - дезоксирибонуклеиновая(ДНК) и рибонуклеиновая (РНК) — это полимерныемакромолекулы, участвующие в хранении и переносегенетической информации. Они построены из мономерных звеньев — нуклеотидов.Нукуклеотид состоит из трех частей — азотистогооснования, моносахарида (сахара) и одной или нескольких фосфатных групп.
В составе ДНК и РНК кнуклеотидам присоединена одна фосфатная группа.Нуклеозид — это нуклеотид без фосфатной группы(групп). Таким образом, нуклеотиды являются фосфоэфирами нуклеозидов.Сахар, входящий в состав нуклеотида –этопентоза, которая может присутствовать в одной издвух форм: β-D-рибозы и β-D-2-дезоксирибозы.Различие между ними состоит в том, чтогидроксильная (—ОН) группа рибозы при 2'углеродном атоме пентозы замещена в дезоксирибозена атом водорода. Нуклеотиды, содержащие рибозу,называютсярибонуклеотида-мииявляютсямономерными звеньями РНК, а нуклеотиды,содержащиедезоксирибозу,являютсядезоксирибонуклеотидами, и из них строится ДНК.Азотистые основания представляют собой производные одного из двух соединений - пурина или пиримидина.
В нуклеиновых кислотах в основном присутствуют два пуриновых производных — аденин(обозначаемый А) и гуанин (G) и три пиримидиновых —цитозин (С), тимин (Т) и урацил (U). В рибонуклеотидахиспользуются основания A, G, С и U, а в дезоксирибонуклеотидах — A, G, С и Т. Основание присоединяется ксахару с помощью β-N-гликозидной связи, соединяющей С1’-атом пентозы с N1-атомом пиримидина или сN9-атомом пурина.Одна, две или три фосфатнβые группы молут бытьприсоединены эфирной связью к 5'-углероду пентозы. Соответственно нуклеотиды называются нуклеозид-5'-моно-, нуклеозид-5'-ди- и нуклеозид-5'-трифосфатами и обозначаются сокращенно ХМР, XDP иХТР, где X - то или иное азотистое основание. Дляобозначения трех разных положений фосфата используют буквы α, β и γ.
При физиологических значенияхрН (близких к 7) основания не заряжены. Однако одна, две или три фосфатные группы в ХМР, XDP и ХТРявляются кислыми и несут два, три или четыре отрицательных заряда соответственно.Номенклатура оснований, их нуклеотидов (в форме5'-монофосфатов) и нуклеозидов приведена в табл.17.1. Приставка перед обозначением нуклеоти-дауказывает на то, что пентозой является дезоксирибоза.Аденозинтрифосфат (ATP) —это главный поставщик энергии во всех клетках. Каждая их трех фосфатных групп может быть отщеплена путем гидролиза вформе ортофосфата (НРО2-4), который часто называютнеорганическим фосфатом и обозначают Pj. Гидролизсопровождается уменьшением свободной энергии (гл.7):Таблица 17.1.
Номенклатура основанийОснованиеРибонуклеотидРибонуклеозидАденин (А)Цитозин (С)Гуанин (G)Урацил (U)Аденилат (AMP)Цитидилат (СМР)Гуанилит (GMP)Уридилат(иМР)АденозинЦитидинГуанозинУридинОснованиеДезоксирибонуклеотидДезоксирибонуклеозидАденин (А)Дезоксиаденилат(dAMP)ДезоксиаденозинЦитозин (С)Дезоксицитидилат(dCMP)Дезоксигуанилат(dGMP)ДезокситимидилатДезоксицитидинГуанин (G)Тимин (Т)(dTMP)ДезоксигуанозинДезокситимидинОбычно ATP, ADP и AMP в клетке находятся в комплексе с ионами магния или марганца (Mg2+ или Мп2+).РНК и ДНК построены соответственно из связанныхковаленто рибонуклеотидных или дезоксирибонуклеотидных звеньев, образующих полинуклеотидные цепи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
