Die Evolution von Proteinen (mit Beispielen)
Die Evolution der Proteine (mit Beispielen)!
Evolution ist ein Veränderungsprozess. Auf molekularer Ebene beinhaltet dieser Prozess die Insertion, Deletion oder Substitution von Nukleotiden in der DNA. Wenn die DNA ein Polypeptid kodiert, können diese Ereignisse eine Änderung in der Aminosäuresequenz verursachen.
Mit der Zeit können sich solche Änderungen ansammeln, was zu einem Molekül führt, das wenig Ähnlichkeit mit seinem Vorfahren hat. Durch Vergleiche der Aminosäurezusammensetzungen von Proteinen in heutigen Organismen können wir von den molekularen Ereignissen in der Vergangenheit ausgehen.
Die Anzahl der Aminosäuremodifikationen in den Abstammungslinien kann als Zeitmaß seit der Abweichung der beiden Spezies von einem gemeinsamen Vorfahren verwendet werden. Im Prinzip enthalten Proteinmoleküle eine Aufzeichnung ihrer Evolutionsgeschichte. Daher können Proteine als "chemische Fingerabdrücke" der Evolutionsgeschichte betrachtet werden, da sie Aminosäuresequenzen tragen, die sich infolge genetischer Veränderungen verändert haben.
Die Evolution der Proteine:
Proteine bieten ein bevorzugtes Feld für Evolutionsstudien als andere Makromoleküle wie Nukleinsäuren, da Proteine sowohl strukturell als auch funktional heterogener sind und für die Analyse leicht zu isolieren sind. In letzter Zeit wurde eine Reihe von Proteinen durch das Verfahren der Sequenzanalyse charakterisiert.
Das übliche Verfahren zum Festlegen der Aminosäuresequenz des Polypeptids erfordert zunächst das Aufbrechen des Proteins in kleine Peptidfragmente mit Enzymen und dann die Bestimmung der Aminosäuresequenz in jedem durch Chromatographie getrennten Peptid. Die Aminosäuresequenz in jedem Peptid wird üblicherweise mit Hilfe einer als Proteinsequenz oder Sequinator bekannten Vorrichtung ermittelt.
Der Vergleich von Sequenzen (jetzt verfügbar aus verschiedenen biologischen Gruppen, die von Mikroorganismen bis zu Säugetieren reichen) ermöglicht die Untersuchung der Wechselbeziehung zwischen Struktur und Funktion und die Schlussfolgerung, wie sich Proteine entwickelt haben.
Die Gesetze der Evolution von Proteinen ähneln denen für vererbbare Merkmale, und die Unfruchtbarkeit verschiedener Organismen weist auf ihren Abstieg von einem gemeinsamen Vorfahren hin. Im Allgemeinen wurden die folgenden Merkmale festgestellt:
1. Identische Protoine werden bei verschiedenen lebenden Arten nicht gefunden. Homologe Proteine mit einigen Ähnlichkeiten treten jedoch in verschiedenen Organismen auf.
2. Verschiedene Positionen in der Aminosäuresequenz variieren in Bezug auf die Anzahl der Aminosäuresubstitutionen, die stattfinden können, ohne die Funktion der Polypeptidkette zu beeinträchtigen. Daher erlauben einige Proteine mehr Substitution als andere.
3. Aufgrund der eng gepackten dreidimensionalen Struktur des Proteins kann eine Änderung, die eine im Inneren befindliche Aminosäure eingeht, Reste in benachbarten Positionen beeinflussen. Solche evolutionären Veränderungen treten daher paarweise auf.
Ähnliche Strukturen weisen Enzyme auf, die ähnliche Funktionen erfüllen.
Beispiele für die Proteinentwicklung:
1. Insulin:
Das erste sequenzierte Protein war Insulin, das aus nur 51 Aminosäuren besteht. (Sanger und Thompson 1953). Ein Vergleich der Aminosäuresequenz von Insulin in einer Vielzahl von Säugetieren zeigte, dass das Protein mit Ausnahme einer Ausdehnung von drei Aminosäuren in jeder Spezies identisch ist.
2. Hämoglobin:
Im Vergleich zwischen Hämoglobin von Wirbeltieren berechnete E. Zuckerkandl (1965) durchschnittlich 22 Unterschiede zwischen den menschlichen Hämoglobinketten (a und P) und dem ähnlichen Hämoglobin von Pferd, Schwein, Rind und Kaninchen. Es wurde daher der Schluss gezogen, dass menschliches Hämoglobin sich von denen von Tieren um etwa eine Aminosäureänderung pro 7 Millionen Jahre unterscheidet.
Natürliche Theorie der Proteinentwicklung:
Die Evolution von Proteinen wurde auch in bestimmten anderen Proteinen untersucht, wie Cytochrom-c, Myoglobin, a-Globin, Carboanhydrasen, Histon usw. Analysen der Aminosäuresequenz von Polypeptiden legen nahe, dass einige evolutionäre Veränderungen zufällig sein können. Dies führte zur Formulierung der Neutralitätstheorie der Proteinentwicklung durch Kimura (1968).
Diese Theorie, auch als nicht-darwinistische Evolutionstheorie bezeichnet, geht davon aus, dass für jedes Gen ein großer Teil aller möglichen Mutanten für ihre Träger schädlich ist. Diese Mutanten werden durch natürliche Selektion eliminiert oder auf sehr niedrigen Frequenzen gehalten. Es wird jedoch angenommen, dass ein großer Teil der Mutationen adaptiv gleichwertig ist, dh die Entwicklungsrate ist gleich der Mutationsrate.
