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



Связь между сном и снижением веса

Согласно новому исследованию, недостаточное количество сна хорошего качества подрывает попытки людей поддерживать потерю веса после диеты, и что два часа активной физической активности в неделю могут помочь сохранить лучший сон. Диета бесполезна без хорошего сна Рандомизированное исследование показало, что плохой сон может способствовать восстановлению веса после потери веса у взрослых с ожирением. Новое исследование, представленное…

Связь между потреблением молока и раком

Органические молочные продукты Согласно крупному исследованию, в котором изучалось потребление молочных продуктов и риск рака у взрослых китайцев, большее потребление молочных продуктов было связано с более высоким риском рака печени и рака груди у женщин. Первое крупное исследование по изучению потребления молочных продуктов и риска рака у взрослых китайцев показало, что более высокое потребление было…

Пять продуктов, которые нужно есть для здоровых зубов 

То, что вы едите каждый день, может повлиять на общее состояние ваших зубов. Ваша улыбка играет важную роль в том, чтобы произвести положительное впечатление на других людей. Вы хотите улучшить здоровье своих зубов, чтобы ваша улыбка оставалась яркой и белоснежной? Чтобы иметь красивую улыбку, нужно больше, чем просто чистить зубы, пользоваться зубной нитью и ополаскивать…

Зоонозное распространение от свиней к людям

Датское исследование показало, что супербактерия C. difficile может перемещаться между свиньями и людьми, что свидетельствует о распространении зоонозов. Исследование, посвященное изучению образцов супербактерии Clostridioides difficile на 14 свинофермах в Дании, выявило наличие нескольких генов устойчивости к антибиотикам между свиньями и пациентами-людьми, что свидетельствует о возможности передачи инфекции от животного к человеку (зоонозной). Исследование, проведенное доктором…

Польза омега-3 для здоровья

Вы наверняка слышали об омега-3 жирных кислотах. Они хорошо известны своей пользой для здоровья и якобы могут помочь справиться со всем, от сердечно-сосудистых заболеваний до депрессии. Но что говорит наука? Действительно ли омега-3 так полезны, как предполагают люди? Что такое Омега-3 жирные кислоты? Жирные кислоты омега-3 представляют собой типы жиров, известные как незаменимые жиры. В…