26 марта 2009

Детали в картине эволюции белков

Хотя многие детали в картине эволюции белков отсутствуют, имеющиеся в настоящее время сведения о структуре белков и генов дают некоторые основания для анализа вопроса о том, произошли ли гены некоторых полипептидных гормонов из общего генапредшественника.

Отдельные полипептидные гормоны можно сгруппировать по структурному сходству. Нет ничего удивительного в том, что гормоны, относящиеся к одной группе, могут обладать и сходством вызываемых ими физиологических эффектов, а также сходным механизмом действия. Так, гормон роста (СТГ), пролактин и хорионический соматомаммотропин (плацентарный лактоген) характеризуются высокой степенью гомологии аминокислотной последовательности.

Гликопротеидные гормоны — тиротропный гормон (ТТГ), хорионический гонадотропин человека (ХГЧ), фолликулостимулирующий (ФСГ) и лютеинизирующий (ЛГ) гормоны — состоят из двух субъединиц, каждый, одна из которых (Ацепь) идентична или почти идентична у всех гормонов данной группы. Аминокислотная последовательность субъединиц В в различных гормонах, хотя и не идентична, но имеет структурную гомологию. Вероятно, именно эти различия Вцепей имеют решающее значение для придания специфичности взаимодействию каждого гормона с его тканьюмишенью. Инсулин обнаруживает некоторые структурные аналоги и обладает общей биологической активностью с другими факторами роста, такими, как соматомедин и неподавляемая инсулиноподобная активность (НИПА).

Что касается группы гормонов, к которой принадлежит гормон роста, то нуклеотидная последовательность мРНК, кодирующих их синтез, частично выяснена. Для каждой аминокислоты необходимы три нуклеотида в ДНК (и, следовательно, в транскрибируемой с нее мРНК). Хотя данному триплету нуклеотидов; (кодон) соответствует именно данная аминокислота, для одной и той же аминокислоты могут существовать несколько кодонов. Такая «вырожденность» генетического кода обусловливает возможность большей или меньшей гомологии нуклеотидных последовательностей двух данных генов, определяющих структуру двух гормонов, чем имеется в белках. Так, если два белка обладают случайной гомологией аминокислотной последовательности, то последовательности нуклеиновых кислот могли бы обнаруживать большие различия. Однако в отношении генов, кодирующих синтез гормонов группы соматотропина, это не так; гомология последовательности нуклеиновых кислот выше, чем гомология аминокислотной последовательности. Гормон роста человека и хорионический соматомаммотропин, которые имеют 87% гомологию аминокислотных последовательностей, в своих мРНК имеют 93% гомологию последовательностей нуклеиновых кислот.

Гормоны роста человека и крысы обладают 70% гомологией аминокислотных последовательностей, а их мРНК обнаруживают 75% гомологию последовательности нуклеиновых кислот. В некоторых участках мРНК гормона роста крысы и хорионического соматомаммотропина человека (мРНК двух разных гормонов у двух биологических видов) гомология составляет 85%. Таким образом, лишь минимальные изменения оснований в ДНК обусловливают различия гормонов. Следовательно, эти данные подтверждают заключение о том, что гены таких гормонов образовались в ходе эволюции из общего предшественника. С позиций изложенных представлений о символах и вызываемых ими реакциях существенно, что каждый из трех гормонов данной группы обладает влиянием на рост. Гормон роста представляет собой фактор, определяющий линейный рост. Пролактин играет важную роль в процессах лактации и тем самым обеспечивает рост новорожденного. Хорионический соматомаммотропин, хотя его физиологическое значение точно не установлено, может оказывать существенное влияние на внутриутробный рост, направляя поступающие в организм матери пищевые вещества на рост плода.

«Эндокринология и метаболизм», Ф.Фелиг, Д.Бакстер



Неудивительно, что такие координированные регуляторные сети,. однажды сформировавшись, закрепились в эволюции, так как мутации, повреждающие любой из их центральных элементов, должны были оказывать пагубное влияние. С другой стороны, придание регуляторным лигандам дополнительных функций, обеспечивающих организму преимущества, эволюционно могло произойти достаточно легко. Например, реакции на дефицит глюкозы могли принести очевидную пользу организму, попавшему в условия тревоги…

Легко понять, каким образом в ходе эволюции в роли факторов,. реагирующих на определенный метаболический сигнал, например дефицит глюкозы, в конце концов стали выступать регуляторные молекулы разных видов. Действительно, в сохранении глюкозы принимают участие гормоны разных классов (например, адреналин, глюкагон, глюкокортикоиды, СТГ), и концентрация всех этих гормонов в плазме при тяжелой гипогликемии повышается (хотя в обычных…

Во многих случаях реакциям на воздействие гормонов противостоят реакции на воздействие другого гормона (гормонов). Это создает дополнительную возможность прекращения или уменьшения интенсивности реакции и более тонкой регуляции метаболизма. Инсулин противодействует повышающим уровень глюкозы влияниям адреналина, глюкагона, глюкокортикоидов, адренергических агонистов и СТГ. Он стимулирует поглощение глюкозы, а также синтез жира и гликогена. Одновременно он тормозит синтез…

В общем основным фактором, регулирующим уровень гормона в крови, является скорость его поступления в кровоток. Этот процесс контролируется влияниями, способными быстро менять скорость секреции гормона и (обычно медленнее) скорость его биосинтеза. Далее, при более длительной стимуляции может возникать гипертрофия и/или гиперплазия эндокринной железы. В некоторых случаях продукция гормона контролируется в основном субстратом, уровень которого регулируется…

Как правило, гормоны классифицируют в соответствии с их метаболическими эффектами. Хотя такая классификация представляется весьма простой, на деле она встречается с определенными трудностями. Кортизол, например, в физиологических концентрациях может обладать таким же влиянием на солевой обмен, что и альдостерон или дезоксикортикостерон. Следует ли считать ато глюкокортикоидным действием? Инсулин в высоких концентрациях может вызывать тот же…