25 декабря 2013

Эволюция на молекулярном уровне

Эволюция на молекулярном уровне

Согласно теории эволюции, организмы, существующие в настоящее время, произошли от более ранних форм жизни. На молекулярном уровне эволюция изменила у человека и всех других форм жизни некоторые ферменты, которые помогают завершать химические процессы – такие как преобразование пищи в энергию.

Теперь исследователь из Университета штата Айова и его коллеги описали эволюцию различных форм фермента «дигидрофолатредуктазы»: начиная от этого фермента у бактерий, и заканчивая им у человека. Их работа, «Сохранение белковой динамики в ходе эволюции дигидрофолатредуктазы» ("Preservation of Protein Dynamics in Dihydrofolate Reductase Evolution"), появилась в выпуске The Journal of Biological Chemistry за 13 декабря.

Эмнон Коэн, профессор химии в Колледже свободных искусств и наук Университета штата Айова и член Междисциплинарной программы в области молекулярной и клеточной биологии, и его коллеги использовали в своей работе биоинформатику (данные о генетическом секвенировании), компьютерные вычисления, искусственный мутагенез (модификацию ДНК) и кинетические измерения. Они изучили «очеловеченные» формы фермента, который был взят от распространенной бактерии E. coli, чтобы связать действие белковой динамики и катализа с процессом эволюции фермента.

Динамика фермента развивалась в течение миллионов лет, чтобы оптимизировать специфическую катализированную реакцию, которая возникает у человека.

«Ферменты – это критически важные компоненты каждой живой клетки, и они катализируют почти все химические реакции в жизни. Мы изучили, как эволюция происходила на молекулярном уровне», — говорит Коен. «Это исследование – попытка понять, как эволюция целого организма (например, от бактерии E. coli до человека) выражается на молекулярном уровне».

«Мы выбрали фермент "домашнего хозяйства", который имеется почти у всех организмов и необходим для жизни. Этот фермент называется дигидрофолатредуктазой. Он вовлечен в биосинтез ДНК и репликацию клеток», — говорит Коен.

Исследователи «перекинули мост» между бактериальным и человеческим ферментом, создав «очеловеченный» бактериальный фермент, т.е. модифицируя части бактериального фермента, и прививая им аминокислотные последовательности человеческого фермента.

Осуществить это удалось, основываясь на сравнения ферментных последовательностей многих организмов, начиная от бактерий, и заканчивая человеком. «Мы обнаружили, что хотя многие этапы каталитического каскада этих ферментов развиваются, действительное химическое превращение, катализируемое ферментами, сохраняется в процессе эволюции, говоря о том, что даже фермент у бактерий имеет уже превосходно сориентированные реагенты на своем активном участке, так же как и фермент у человека. Такой результат был неожиданным, так как человеческий фермент намного быстрее и отличается генетически», — говорит он.

По словам Коена, исследование имеет большое значение, так как показывает, что динамика фермента сохранилась в ходе эволюции от бактерии к человеку.

«Это открытие значительно влияет на понимание научным сообществом того, что было важным для сохранения эволюционного давления, а что нет», — говорит он. «Взять, например, сохранение динамики ферментов, которые вовлечены в катализирование химического превращения, являются очень быстрыми, и как предполагалось, не играют роли в эволюции. Теперь, полученные нами данные позволяют исследователям рассматривать такую быструю динамику не только в эволюции, но и в разработке препаратов, используемых против этого фермента (а может быть всех ферментов в целом), или разработке биомиметических (вдохновленных природой) катализаторов».

По словам Коена, это исследование отличающихся генетических последовательностей между E. coli и Homo sapiens иллюстрирует процесс эволюции на базовом уровне. «Мы начали с E. coli потому, что она на базовом уровне, и использовали биоинформатику, чтобы проследить эволюцию одного фермента», — говорит он.


Источник: sciencedaily.com



Что такое дискинезия желчного пузыря?

Дискинезия желчного пузыря Дискинезия желчного пузыря – это заболевание, при котором происходит неполное опустошение желчного пузыря. В норме вещество, называемое желчью, выходит из желчного пузыря через трубку, известную как желчный проток, однако при дискинезии желчный пузырь перестает нормально сокращаться и высвобождать желчь. Симптомы этого заболевания схожи с симптомами желчнокаменной болезни, при которой происходит блокировка желчного…

Какие побочные эффекты вызывает цетиризин?

Цетиризин – это лекарственный препарат, который обычно рекомендуется для временного облегчения симптомов аллергии на цветение трав и других разновидностей аллергических реакций. В число распространенных симптомов, поддающихся воздействию этого препарата, входят зуд в носу, горле и глазах, а также чихание, насморк, крапивница и другие высыпания на коже. Цетиризин является антигистамином, который ослабляет подобные симптомы, препятствуя высвобождению…

Какие факторы определяют достаточную дозу метотрексата?

Достаточная доза метотрексата зависит от многих факторов, таких как конкретное заболевание, для лечения которого используется данный препарат, возраст пациента и размер тела пациента. Например, взрослому человеку, принимающему данный препарат для лечения ревматоидного артрита, требуется 7,5 миллиграммов в неделю. Ребенку, получающему препарат для лечения того же заболевания, следует давать от 5 до 15 мг на один…

Каковы симптомы шистосомоза?

Заражение червями, известное как шистосомоз, может затрагивать различные части тела. В связи с этим симптомы шистосомоза включают такие варианты, как проблемы с желудочно-кишечным трактом, мочевыделительной системой и легкими, и жар. Многие симптомы бывают вызваны скорее собственной иммунной реакцией организма на червей, а не непосредственным воздействием последних на организм. Выделяют две основные группы симптомов шистосомоза, которые…

Что такое вестибулярная мигрень?

Вестибулярная мигрень – это головная боль, которая сопровождается головокружением, проблемами с равновесием и тошнотой. Люди любого возраста могут страдать от вестибулярной мигрени, хотя чаще всего она наблюдается у взрослых женщин, у которых в анамнезе присутствуют эпизоды вертиго. В большинстве случаев чувство вертиго появляется примерно за 30-60 минут до наступления головной боли и может сохраняться в…