Происхождение предбиологических систем - Опарин А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Таблица 4
Мутационные изменения аминокислот в а- и р-гемоглобинах человека*
Предполагаемое изме-
Локализация изменения замещение триплетах
а-16 Лиз/Асп АУА/ГУА
а-30, Р-121 Глу/ГлуМН2 ААГ/ААЦ
а-54 ГлуЫН2/Арг ГГ А/ГАА
а-22, а-57 Г ли/Ас п Г?Г/Г?А (а) **
а-58, а-87, (3-63 Гис/Тир А?Ц/А?У (а)
а-68 АспГ\[Н2/Лиз Ц?А/А?А (б) **
а-116, Р-6, (3-7, Р-26 Р-121 Глу/Лиз А?Г/А?А (б)
Р-6 Глу/Вал АУГ/УУГ
Р-7 Глу/Гли А?Г/Г?Г (б)
Р-63 Гис/Арг А?Ц/Г?Ц (а)
Р-67 Вал/Г лу УУГ/АУГ
Р-79 Acn/AcnNH2 ГУА/ЦУА
* См. [8, 9, 17, 19, 20, 23, 24].
** (а) — пропущенным основанием может быть А или Ц; (б) — пропущенным основанием может быть А или У.
жит около 440 пар оснований. На одной из цепей гена при участии РНК-полимеразы образуется комплементарная одноцепочечная молекула информационной РНК, которая в свою очередь кодирует биосинтез полипептидной единицы. Последняя становится частью молекулы гемоглобина.
Гены у функционируют в эмбриональный период, тогда как P-гены в это время, видимо, «выключены». В течение первых шести месяцев жизни положение меняется: у-пептиды постепенно исчезают и заменяются {3-цепями. Предполагается, что это вызвано изменением скорости образования молекул соответствующей информационной РНК-
Был изучен целый ряд аномальных гемоглобинов. Так, например, при серповидноклеточной анемии одна из цепей РА в молекуле гемоглобина замещается цепью {3s. В этом случае диплоидный генотип гемоглобина можно представить себе следующим образом:
Гетерозиготный индивидуум будет давать потомство с двумя типами молекул гемоглобина — и агРг- Присутствие цепей (3s вызывает серповидноклеточную анемию.
Миоглобин является родственным гемоглобину белком мышц. Его молекула представляет собой одинарную пептидную цепь. Состав миоглобина и результаты его изучения в генетическом аспекте будут рассмотрены ниже.
В результате длительных и глубоких исследований были изучены состав и аминокислотная последовательность в молекулах различных гемоглобинов. На основании полученных данных были созданы теории эволюции генов гемоглобина; этот вопрос подробно рассмотрен Цукеркандлем и Полингом [25], Ингремом [24] и другими авторами.
Эволюцию гемоглобина и миоглобина можно представить себе следующим образом. Биохимическим предшественником современных миоглобина и гемоглобинов послужила миоглобиноподоб-ная молекула, состоявшая из одинарной полипептидной цепи, содержащей одну группу гема. Когда ген этой молекулы (обозначим его Pj) претерпел дупликацию и транслокацию с образованием 2 генов, один из этих последних, а именно ген a-цепи, развивался таким образом, что его продукт (a-цепь) приобрел свойство образовывать димеры в растворе с образованием молекулы а2 [24]. Согласно следующему постулату, гены a-цепи вновь претерпевали дупликацию, в результате которой возникал примитивный у-ген ,(Р2), что привело к образованию тетрамеров (а2у2). Позднее у-ген дуплицировался, давая примитивный P-ген (Р3), который в свою очередь удвоился — сравнительно недавно — и образовал примитивный 6-ген (Р4), так что в настоящее время имеется четыре гена гемоглобина, как показано на фиг. 1. Ген миоглобина эволюционировал, не претерпевая удвоения, но подвергаясь различным мутационным изменениям.
Кроме того, рассматриваемый период составляет сотни миллионов лет, за это время произошло разделение на различные типы, порядки, семейства, роды и виды. Каждый вид имеет свой собственный набор генов гемоглобина, который развивался самостоятельно.
Последовательность аминокислот для полипептидных цепей миоглобина и четырех нормальных гемоглобинов человека приведена в табл. 5. Не все цепи имеют одинаковую длину; поэтому они были совмещены по аминокислоте в положении 21, одинаковой для всех молекул, о которых идет речь. Для совмещения цепей необходимо в некоторых местах оставлять пробелы. Этот процесс кажется несколько произвольным, но можно полагать, что он имеет генетическую основу, т. е. может быть связан с выпадением части молекулы ДНК в результате мутаций и с последующим вое-
соединением участков цепей ДНК по месту разрыва. Именно это, по-видимому, произошло, например, в случае участка цепи между локусами 50 и 51 (a-цепь) (табл. 5).
Предполагают, что аминокислоты в положении 21 весьма существенны для структуры и функций белков группы глобина, который соединяется с гемом и используется при переносе кислорода. Другие аминокислоты могут, очевидно, изменяться в значительной степени, что, однако, не дает летального эффекта, и можно сравнивать эти «изменяющиеся» локусы в различных цепях в связи с изменениями соответствующих кодирующих триплетов. Так, например, лизин в положении 138 1 в миоглобине соответствует предполагаемым кодирующим триплетам ААА и АТА, треонин в положении 134 в а-гемоглобине — триплетам АЦА, ЦЦА, ТЦА и ЦГЦ; аспарагин в положении 139 в (3-гемоглобине — триплетам ЦАА, ЦТА и ТАА и серии в положении 139 в у-гемоглобине — триплетам АЦГ, ТЦЦ и ЦТТ. Триплеты АТА, АЦА, ЦТА и ЦТТ могли возникнуть из одного триплета путем последовательной замены одного основания; можно предположить, что эволюция этих триплетов происходила согласно схеме, приведенной на фиг. 2.
