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



Почему отекает шея?

Отек шеи обычно вызывается увеличенными железами на шее, особенно лимфатическими узлами, щитовидной железой и миндалинами. Лимфатические узлы и миндалины могут быть заражены вирусом или бактериями, такими как мононуклеоз, острый фарингит и инфекции верхних дыхательных путей. Щитовидная железа может стать больной или дисфункциональной, как в случае гипотиреоза и гипертиреоза, и вызвать отек. Опухание шеи также может…

Блокирование метаболизма сахара замедляет рост опухолей легких

Новое исследование EPFL предполагает, что лечение, которое блокирует два белка, транспортирующих сахар, может помочь замедлить рост опухолей легких. Раковые клетки используют много сахара, чтобы стимулировать их быстрый рост и распространение. Это привело к тому, что ученые рассмотрели возможность прекращения поставок сахара как способ лечения рака. Текущее исследование предполагает, что это может быть эффективным подходом, но…

Что нужно знать об ацесульфаме калия?

Есть ли опасность использования искусственного подсластителя, который мы знаем как ацесульфам калия? Хотя этот продукт был одобрен FDA, критики считают его вероятным канцерогеном. Ацесульфам калия (Acesulfame K, Ace-K или Ace K) примерно в 200 раз слаще столового сахара и добавляет сладости к продуктам без добавления калорий. Он был обнаружен (случайно) в 1967 году немецким химиком…

Клиницисты, лечащие COVID-19, просят не торопиться с новыми методами лечения

В недавнем письме в Американском журнале респираторной клеточной и молекулярной биологии ученые предостерегают от использования новых методов лечения вместо традиционных принципов интенсивной терапии у пациентов с COVID-19. В «Призыве к рациональной интенсивной терапии в эпоху COVID-19», Бенджамин Сингер, доктор медицинских наук, доцент кафедры медицины и биохимии и молекулярной генетики, отделение медицины легочной и критической медицины,…

Выявлены новые перспективы противораковой терапии

Иммунная система играет не последнюю роль в здоровье человека. Исследователи из Школы медицины им. Льюиса Каца в Университете Темпл (LKSOM) и онкологического центра Fox Chase впервые показывают, что молекула EGR4, известная главным образом своей ролью в мужской фертильности, служит критическим тормозом для иммунной активации. Новое исследование, опубликованное в журнале EMBO Reports, показывает, что удаление EGR4…