Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

Автор А.Уайт, Ф.Хендлер, Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман

уга иа первичной структуре.

вательности некоторых из этих ферментов вблизи от остатков гистидина и серина, входящих ,в активные участки этих ферментов.

По-видимому, одним из наиболее поразительных примеров полной дупликации гена являются иммуноглобулины, которых у каж-

1108

III. МЕТАБОЛИЗМ

дого существа многие тысячи, каждый из них обладает определенной специфичностью, «о 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 полипептидных гормонов является ярким примером замены единичных оснований в кодо-

Таблица 27.4

Аминокислотная последовательность некоторых нейрогипофизных гормонов

Гормон

Положение остатков3

Вид

123456 789

Глумнтоцин Cys-Tyr-Ile-Ser-Asn-Cys-Pro-Gln-GlyNH2

Изотоцин Cys-Tyr-Ile-Ser-Asn-Cys-Pro-lle-GlyNH2

Мезотоцин Cys-Tyr-IIe-Gln-AsrbCys-Pro-Ile-GIyNH2

Вазотоцин Cys-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cys-Pro-Arg-G]yNH2

Окситоцин Cys-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cys-Pro-Leu-GlyNH2

Вазопрессин Cys-Tyr-Phe-Gln-Asn-Cys-Pro-Arg-GIyNhk

Вазопрессин Cys-Tyr-Phe-Gln-Asn-Cys-Pro-Lys-GlyNhk

Хрящевые рыбы Костистые рыбы Амфибии

Костистые рыбы, амфибии

Млекопитающие

Млекопитающие, кроме свиньи

Свинья

а Дисульфидные мостики связывают 1- н 6-остатки во всех случаях. Различающиеся аминокислотные остатки этих гормонов отмечены жирным шрифтом.

нах. Эти замены происходят последовательно, приводя к замещению одной аминокислоты. Вазотоцин лягушки обладает слабой вазопрессорной и окситощшовой активностью в отличие от мощных гормонов млекопитающих и других высших позвоночных. Переход от вазотоцина к аргинин-вазопрессину заключается в замещении Не в положении 3 на Phe, а переход от вазотоцина к окси-тоцину — в замене Arg в положении 8 на Leu. 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. Аналогичные отношения обнаружены для АСТН, MSH и ?-липотропида (гл. 48) и для двухцепочечных гормонов — фолли-кулостимулирующего, тироидстимулирующего и лютеинизирующего-гормонов и хориогонического гонадотролина; все они содержат идентичную ?-цепь и различные ?-цепи (гл. 48).

* Как сейчас выясняется, здесь работает механизм гораздо более сложный, чем простая дупликация генов. — Прим. перев.

27. генетические аспекты метаболизма. III

1109

Структуры гормонов секретина и глюкагона достаточно близки, что свидетельствует об их общем генетическом происхождении (гл. 34). Это один нз поразительных примеров изменения как функции, так и контроля синтеза этих белков. Глюкагон, синтезирующийся в поджелудочной железе, повышает концентрацию глюкозы в крови, увеличивая гликогенолиз в печени (разд. 15.5.2.1). Секретин, образующийся в слизистой кишечника, стимулирует выделение поджелудочного сока (гл. 34). Вероятно, 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 из двух компонентов лактозосинтазы (разд. 8.7.2.3) — а-лактальбумин коровьего молока. Из 129 остатков лизоцима и 123 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 заключить,что оба белка возникли путем дупликации гена-предшественника, причем один из них продолжает кодировать лизоцим, а другой в результате мутаций дает ?-лактальбумин. Это очевидный пример появления новой функции, причем один фермент катализирует гидролиз ?(1->-4)-гликозидной связи, а другой участвует в синтезе такой связи (разд. 8.7.2.3). Кроме того, ?-лактальбумин является компонентом фермента, возникшего позже при эволюции, так .как лактоза появилась только в молоке млекопитающих.

Кроме дупликации целых генов имеется множество доказательств дупликации и слияния генов. Это такое мутационное событие, когда при дупликации гены сливаются друг с другом. После дупликации такого типа ген определяет белок, в котором последовательность от ??2- 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 дупликации и слияния являются а1- и а2-цепи гемоглобина человека (рис. 29.4). Этот тип мутации допускает удлинение полипептидной цепи; когда это происходит во время эволюции, дальнейшее изменение гена в результате накопления точечных мутаций, делеции и вставок приводит к возникновению новых функций, что можно видеть на примере иммуноглобулинов; произошли они, вероятно, от общего предшественника — гена, который кодировал полипептид из примерно ПО остатков* (гл. 30). После дупликации

* в настоящее время происхождение иммуноглобулинов представляется гораздо более сложным с участием так называемого «сплайсинга». — Прим. перев.

1110

III. МЕТАБОЛИЗМ

и слияния и дальнейших мутаций слившихся генов различные части иммуноглобиновых цепей приобрели различные биологические функции.

27.2.1.4. Ассоциация и слияние генов

Лактозосинтаза является примером другого явления — ассоциации двух белковых компонентов различной структуры с образованием фермента с новой специфичностью. Многочисленные примеры мультикомпонентных ферментов были перечислены в третьей части. Некоторые из них, .например лактат. и глутаматдегидрогеназы (разд. 14.4.2), состоят из идентичных субъединиц, в то время как другие — из совершенно различных субъединиц, например аспар-таттранскарбамоилаза Е. coli, которая состоит из каталитической и регуляторной субъединиц (разд. 13.3), бактериальная РНК-полимераза, цитохромоксидаза (разд. 13.3) и митохондриальная АТР-син-тетаза (разд. 12.5.5.1). Каждый из них содержит различные субъединицы, общее количество которых варьирует от четырех до шести. Как возникают такие ассоциаты, до сих пор неясно.

Для некоторых ферментных субъединиц известно, что когда ассоциируют две субъединицы, катализирующие две последовательные стадии, суммарная эффективность процесса повышается. Это показано для а- и ?-субъединиц триптофансинтетазы Е. coli (разд. 20.4.1.11). У Neurospora функции обеих субъединиц фермента Е. coli выполняются двумя участками единой большой полипептидной цепи. Таким образом, в последнем случае должно было произойти слияние двух генов, обеспечивающее прохождение последовательных стадий на единой белковой поверхности и равную активность при катализе обеих стадий. Аналогичным образом слияние генов должно было произойти и в случае пальмитатсинтетазы (тл. 17) эукариот в отличие от раздельных ферментов у Е. coli и других прокариот. Слияние генов вероятно также и для первых трех ферментов синтеза пиримидиновых нуклеотидов у млекопитающих (гл. 24).

27.2.1.5. Транслокация

В классических генетических исследованиях на дрозофиле и других организмах было показано, что часть одной хромосомы может быть перенесена (транспонирована) в другую хромосому. Очевидно, что аналогичные транслокации происходили и в ходе эволюции при дупликации генов субъединиц гемоглобина человека (гл. 31). Два ?-гена расположены на одной хромосоме, в то время как гены ?- и ?-цепей тандемно расположены на другой хромосоме.

Некоторые транслокации могут быть предпочтительными для образования ассоциатов ранее независимых генов; обратное так-

27. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА. III

1111

же может быть справедливо. Там, где произошло слияние генов (см. выше), гены белков, выполняющих близкие (по метаболическому пути) функции, соседствуют друг с другом на хромосоме. Неизвестно, играет ли в этом какую-нибудь роль транслокация генов. С другой стороны, когда после дупликации генов каждый из них эволюционирует независимо и приводит к новой функции, исходная тесная ассоциация генов может оказаться нежелательной. Транслокация дает возможность разделения генетического и регуляторного контроля.

27.2.1.6. Полиплоидия

Дупликация хромосом особенно легко происходит у растений. Так, возможно искусственно индуцировать слияние ядер двух различных видов и дупликацию хромосом двух родительских типов с образованием гибридного 'вида. Удвоение необходимо для того, чтобы произошла коньюгация хромосом перед редукционным делением или мейозом (образованием гаплоидных гамет), чтобы каждая из дочерних клеток имела полный набор хромосом. Первым примером такого рода было скрещивание капусты и редьки. В настоящее время агрономическое значение в определенных климатических условиях приобрели некоторые линии гибрида пшеницы (Triticum) и ржи (Secale). Новый вид (Triticale) засухо- и морозоустойчив, стабильно созревает в тех районах, где пшеница не всегда вызревает, а мука имеет преимущества перед ржаной.

Хотя такая форма эволюции, вероятно, имела некоторые преимущества для растений, до сих пор нет данных, что она имела значение для эволюции животных.

27.2.1.7. Симбиоз

Известно много примеров тесной ассоциации двух различных видов с очевидной выгодой для метаболизма обоих, например клубеньковых бактерий и бобовых растений. Было предположено, что некоторые органеллы эукариотических клеток возникли в результате симбиотического включения свободноживущих одноклеточных организмов — сине-зеленые водоросли были предшественниками хлоронластов высших растений, а аэробные бактерии — предшественниками митохондрий. Оба типа органелл содержат ДНК, кодирующую соединения, отличные от тех, которые кодирует ядерная ДНК; каждая органелла содержит характерные белки, родственные таковым у предполагаемых исходных прародителей.

Хлоропласты эукариотических красных водорослей содержат фикобилипротеины (разд. 16.3.2.2), которые гомологичны по первичной структуре и иммунологически родственны таковым из про-кариотических сине-зе

страница 116
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126

Скачать книгу "Основы биохимии. Том 2" (8.40Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(15.09.2019)