Ферменты 2 - Диксон М.
Скачать (прямая ссылка):
последовательности для ферментов неродственных видов могут существенно
различаться. Например, последовательности амйнокислот у
глицеральдегидфосфатдегидрогеназ млекопитающих разных видов, можно
сказать, "почти идентичны" [3648], в то время как у тех же ферментов из
мышц свиньи и омара 28 процентов остатков аминокислот, находящихся в
разных участках молекулы, различно [1792].
Однако все такие различия обычно приходятся на участки, отдаленные от
активного центра. Например, было обнаружено, что последовательность 17
аминокислот в области, содержащей активную тиоловую группу, идентичны у
глицеральдегидрофос-фатдегидрогеназ десяти различных видов, которые были
исследованы, в том числе у млекопитающих, птиц, рыб, дрожжей и насекомых.
Все сказанное свидетельствует о значительно большей консервативности
строения данного участка, чем остальной части молекулы. Это, вероятно,"
обусловлено эволюционным давлением - естественный отбор направлен против
изменений, ведущих к потере активности фермента, в то время как
изменения, мало влияющие на активность, не обязательно элиминируются.
Этим можно также объяснить тенденцию к консервативной замене остатков,
расположенных во внутренней части молекулы, т. е. к замене данного
остатка на другой подобного
23-14
746
Глава 10
же типа, например одной гидрофобной группы на другую. В то .же время
участки молекулы, расположенные вне области активного центра, могут
претерпевать весьма серьезные изменения, связанные, например, с
изменением электрического заряда. Замена остатка аминокислоты,
расположенного внутри молекулы, может повлиять на конфигурацию молекулы
и, следовательно, на активность фермента, в то время как аналогичная
замена на поверхности молекулы будет, по-видимому, оказывать меньшее
влияние на конфигурацию и большее - на общие физические свойства
фермента, такие, как его электрофоретическая подвижность [1792].
Если принять, что видовые различия в аминокислотной последовательности
ферментов являются результатом точечных мутаций, возникающих с более или
менее постоянной и малой скоростью в течение длительного времени, то
можно построить "эволюционное древо" путем сравнения последовательности
аминокислот определенного фермента, выделенного из многих организмов. Два
близкородственных вида, происходящие от общего предка, скорее всего
разошлись относительно недавно и число мутаций у них должно быть
невелико, а аминокислотная последовательность соответствующих ферментов
должна быть очень близкой. С другой стороны, у двух неродственных видов,
разошедшихся очень давно, могло накопиться много мутаций и
последовательность аминокислот соответствующих ферментов должна
существенно различаться. По-видимому, можно оценить интервал времени
между следующими друг за другом точками ветвления (на "эволюционном
древе") у ряда видов путем простого подсчета числа различий в
последовательности аминокислот. Таким образом было построено несколько
биохимических филогенетических родословных для ферментов и других белков
(в частности, цитохрома с) и обнаружено принципиальное сходство их с
принятым "эволюционным древом" [1017].
Таким образом, чем ближе два вида друг к другу, тем более сходны
аминокислотные последовательности их ферментов, хотя можно поставить
вопрос и по-другому: не потому ли похожи два вида и по своему строению, и
функционально, что они имеют сходные ферменты?
Мутация, которая появляется у общего предка до расхождения двух видов,
будет наследоваться обоими видами, но после расхождения мутации у двух
видов будут появляться независимо. Поэтому при детальном исследовании
различий в аминокислотной последовательности можно проследить историю
каждой замены и определить время ее появления. Однако до сих пор это, по-
видимому, делалось без большого успеха главным образом потому, что в этой
же точке могли возникать следующие Мутации, либо аннулирующие первую
мутацию, либо приводящие к появлению другой аминокислоты. Тем не менее
опреде-
Структура ферментов
747
ленные успехи все же были достигнуты и было высказано предположение о
наследуемости таких замен в ходе эволюции '[1017].
Аминокислотная последовательность для одного и того же фермента может
различаться не только у разных видов, но даже в пределах одного вида,
хотя, естественно, эти различия менее значительны. Точечная мутация в
данном гене может привести к незначительным различиям (например, различие
в заряде, определяемое при электрофорезе в геле) в свойствах этого
фермента у особей одного и того же вида или даже между молекулами одного
и того же фермента у одной и той же особи. Некоторые случаи можно
объяснить, если принять во внимание, что в норме в клетке имеются два
гена для данного фермента: один отцовского, другой материнского
происхождения, и каждый из них образует примерно одинаковое с другим
количество фермента. Если оба гена кодируют "нормальную"
последовательность аминокислотных остатков, то фермент будет только
