Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

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

леных водорослей. Сохранилась даже кон-

1112

III. МЕТАБОЛ НЗ ?

10

?. coh (Fe) ?. coll (??) миглолонВриальная печени цыплят (М: бычья эритроци-? тарная (Cu-Zn) J

С colt (Fe) ?. coli (??) митохонйриалыная из] печени цыплят (??) I" бычья эритроци-? тарная (Cu-Zn) }"

Leu Pro-Tyr-Ala

Lys

Asp -Ala-Leu

Ala

Leu-Pro-Tyr-Ala -Tyr-Asp -Ala-Leu-Glu Leu-Pro-Tyr

Asp

Tyr

GLY

Ala-Leu-Glu

AcA!a-Thr-Lys-Ala-Val-CVs-Val-Leu-LVs-Gly-Asp-CZ.y-Pro-Va!-Gln 16 20 29

? -lie

-Pro-His 7L?-Ser -Ala-Gil/

Tyr

Pro-His-lL?-Ser-Ala-CLi;| ? -He |Glu Pro-His Phe-Asp-Lys-GIn -Thr Mel-Glu-Leu lie Mel

His

Gin

Leu -His

Tyr-Gly -His- ? . ?

Lys Lys [Lys

Cly-Thr-ftf -His -Phe-GL17-Ala-Lys-Gly-Asp-Thr- Val-Val -Val

Рис. 27.3. Сопоставление ?-концевых последовательностей супероксиддисмутазы нескольких источников. Сплошной линией обведены остатки, идентичные в двух ферментах Е. coli и одном митохондриальном ферменте. Курсивными заглавными буквами показаны идентичные остатки у одного или более из этих ферментов и супероксиддисмутазы из эритроцитов быка. У первых трех ферментов значительная гомология наблюдается не только в этой части последовательности, но также и на других участках этих трех полипептидных цепей, а у фермента из эритроцитов (цитоплазматического) наблюдается лишь небольшое сходство, говорящее в пользу иного происхождения последнего. Ас — ацетил; ? — неизвестный аминокислотный остаток. (Steinmon ?. ??., Hill R. L., Proc. Natl. Acad. Sci. U. S., 70, 3726,

1973.)

формация этих белков, так как ?-субъединицы фикоцианина одного вида могут соединяться с ?-субъединицамн другого вида, образуя гибридную молекулу, неотличимую от молекул исходного типа.

Клетки млекопитающих содержат как цитоплазматическую, так и митохондриальную супероксиддисмутазу, которая абсолютно необходима для аэробной жизни и отсутствует только у облигатно анаэробных организмов (разд. 13.7.6). Митохондриальный фермент гомологичен по последовательности и содержанию металла ферментам аэробных бактерий (рис. 27.3), в то время как фермент из цитоплазмы эритроцитов отличается от них по этим признакам. Аналогичным образом аэробные бактерии содержат такой тип цитохрома, который гомологичен по последовательности и конформации эукариотическому митохондриальному цитохрому с. Концепция о возникновении этих органелл из других организмов подтверждаетси тем, что митохондрии и хлоропласты способны к самостоятельному делению и размножению.

То, что хлоропласты и митохондрии возникли в результате симбиотического включения других организмов с последующей потерей ряда функций в «новом» виде, кажется весьма привлекательной точкой зрения потому, что организмы с более разнообразным

27. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА. III

генетическим репертуаром должны иметь большую возможность выжить при изменении окружающей среды. ДНК дрожжевых мито-хоидрий кодирует примерно дюжину полипептидных цепей, дл» каждой из которых характерна необыкновенно высокая концентрация гидрофобных остатков. Каждый из этих полипептидов является компонентом фермента или переносчиком электронов и входит в состав внутренней мембраны митохондрий; так, только три полипептида цитохромоксидазы синтезируются в митохондрии, а остальные кодируются ядерной ДНК и синтезируются цнтоплазмати-ческими рибосомами. Ограниченный геном митохондрий является,, вероятно, остатком генома древнего бактериального предшественника.

Способность многих бактериофагов к трансформации (разд. 25.2.1), т. е. к переносу фрагментов ДНК из одного организма в другой, а также включение вирусного генома в хозяйский (гл. 28) наводит на мысль о дополнительных путях обмена и увеличения генома существующих видов.

27.2.1.8. Утрата генома

В разд. 27.2 уже говорилось о том, что белки (ферменты), выполнявшие одинаковые функции, утрачивались в ходе эволюции. Было показано, что штаммы Е. coli, утратившие способность синтезировать аминокислоты, например триптофан, могут в триптофан-содержащей среде расти быстрее, чем бактерии дикого типа, сохранившие способность синтезировать триптофан. Так как для образования ДНК, мРНК и белков требуется значительная энергия в виде АТР, то утрата гена, если необходимый метаболит легко доступен из окружающей среды, дает селекционные преимущества. Поэтому было предположено, что высшие организмы, утратившие способность синтезировать некоторые аминокислоты, витамины и т. д., приобрели несколько повышенную жизнеспособность.

27.2.1.9. Изменение регуляции

Все отмеченные выше изменения могут вызвать изменения аминокислотной последовательности белков и в результате дупликации генов увеличение генома. Однако нельзя забывать, что изменение структуры и набора регуляторных генов также может оказывать существенное влияние. Регуляторные гены влияют на относительное и абсолютное количество различных белков и ферментов и, естественно, на все метаболические пути. Так как у высших организмов количество клеток различного типа и размеры органов и организма в целом находятся под генетическим контролем, регуляторные гены оказывают большое влияние на фенотипический характер организма. Достаточно упомянуть огромное различие размеров

1114

III. МЕТАБОЛИЗМ

млекопитающих — мышь и кит, а также большое различие отношения массы мозга к массе тела, что отличает различные виды. Однако существует относительно немного различий типов клеток у разных млекопитающих, причем эти различия преимущественно количественные. К сожалению, до сих пор очень мало данных относительно генов, регулирующих дифференцировку и уникальные особенности различных видов млекопитающих.

27.3. Выражение эволюционных факторов

Дарвиновская эволюция проявляется через жизнеспособность, т. е. способность потомства определенного индивидуума конкурировать за определенную экологическую нишу. Эволюция может быть описана также как «передача признаков с модификацией». Несомненно, что большая часть мутаций вредоносна, они уменьшают жизнеспособность, и мутантные особи или их потомство должны в конце концов исчезнуть. Некоторые модификации могут быть нейтральны. Они распространяются в популяции скорее всего тогда, когда ассоциированы с изменениями, увеличивающими жизнеспособность.

Передачу признаков с модификацией можно легко оценить по дивергенции аминокислотной последовательности гомологичных белков, например цитохромов с (разд. 27.2). На основе данных, приведенных в табл. 27.1, или, лучше, на основе вычисленного количества мутаций в кодонах, приводящих к аминокислотным заменам, можно построить филогенетическое дерево эволюции белков; это дерево согласуется с построенным ранее на основе общих морфологических и других биологических данных.

Как уже было отмечено (разд. 27.2), скорость дивергенции различна для различных белков, гомологичность которых известна. Даже для эволюции одного белка — цитохрома с, в настоящее время ясно, что темп мутаций, проявляющихся в аминокислотной последовательности, меняется во времени и различен для разных семейств. Слишком мало данных имеется для того, чтобы утверждать, что это верно и для других белков или что скорость накопления точечных мутаций у ряда белков относительно постоянна во времени. В любом случае из вышеперечисленных данных очевидно, что эволюция белков не сводится только к точечным мутациям. На самом деле, основные изменения набора белков у развивающихся видов несомненно включают все обсуждавшиеся выше типы изменений генома.

Биологи уже давно поняли, что в эволюции действуют также факторы конвергенции. Эта концепция заключается в том, что возникновение аналогичных структур и механизмов, а также определенной гомологии последовательности может осуществляться пу-

27. генетические аспекты метаболизма. III

1115

•»ем эволюции различающихся структур. Механизмы работы крыльев насекомых и птиц различны, и крылья имеют совершенно различную структуру, но выполняют одну и ту же функцию. Имеется много типов ферментов, катализирующих реакции с использованием молекулярного кислорода, но проводящих эту реакцию различными способами, причем эти ферменты структурно неродственны. Таким образом, без дополнительных доказательств нельзя предполагать, что белки, выполняющие одну и ту же или аналогичную функцию, гомологичны по структуре. Так, существует много-типов ферментов, катализирующих гидролиз пептидной связи. Каждое из семейств этих ферментов имеет особенный механизм и структуру, хотя внутри каждого семейства имеется много ферментов, гомологичных по структуре и механизму, например группа ферментов, включающая панкреатические протеиназы, ферменты системы свертывания крови и т. д. (разд. 27.2.1.3).

В настоящее время известно немного примеров различных типов ферментов, возникших в результате конвергентной эволюции-Субтнлпзин имеет систему передачи заряда, включающую серин, гистидин и аспарагиновую кислоту; аналогичную систему имеет панкреатические протеиназы (разд. 9.3), хотя эти ферменты резко отличаются по первичной структуре и соответственно по трехмерной структуре. Очевидно, что в этом случае аналогичный механизм возник в результате конвергентной эволюции. Митохондриальный и цитоплазматический типы супероксиддисмутазы (разд. 13.7.5) также иллюстрируют явление конвергенции.

Все позвоночные имеют глутаматдегидрогеназу (разд. 21.4.3.1), состоящую из шести идентичных субъединиц, которая может работать с NAD+ или NADP . Полная аминокислотная последовательность молекулы фермента коровы и цыплят, а также частичная последовательность ферментов других видов позвоночных свидетельствует о высокой степени гомологии. Дивергенция этого фермента происходила с меньшей скоростью, чем у цитохрома с, но с большей скоростью, чем у гистона Н4 (разд. 27.2). У Neurospora crassa две глутаматдегидрогеназы. Одна из «их специфична к NADP+; известно, что ее последовательность и структура из шести субъединиц явно гомологичны ферменту позвоночных. Другой фермент из Neurospora специфичен к NAD+ и состоит из четырех идентичных субъединиц, каждая из которых по размеру почти вдвое превышает субъединицу первой глутаматдегидроген

страница 117
< 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
(20.08.2019)