Представление о происхождении от общего предка α- и β-цепей

Представление о происхождении от общего предка подтверждается еще одним фактом. Дело в том, что в гемоглобине человека вместо р-цепи присутствуют иногда другие цепи (так называемые γ-, δ- или ε-цепи), отличающиеся от нее по своей аминокислотной последовательности. ε -Цепь встречается лишь на самых ранних этапах эмбрионального развития; γ -цепь присутствует в гемоглобине на протяжении почти всего периода внутриутробного развития, но вскоре после рождения почти полностью исчезает. В некоторых молекулах гемоглобина взрослого человека вместо β -цепей содержатся δ-цепи (смотрите рисунок ниже).

Состав гемоглобина человека

Состав гемоглобина человека изменяется в процессе его индивидуального развития. α-Цепи присутствуют в молекулах гемоглобина на протяжении всей жизни человека. На самых ранних стадиях эмбрионального развития α-цепи гемоглобина соединены с ε-цепями; позднее гемоглобин состоит уже из α- и γ -цепей. В самом конце внутриутробного развития вместо γ-цепей начинают синтезироватья β-цепи. В это же время появляются б-цепи, в свою очередь соединяющиеся с некоторыми а-цепями.

Как β, так и γ- и δ-цепи состоят из 146 аминокислотных субъединиц, расположенных в почти одинаковой последовательности. β-Цепь отличается от -γ-цепи по 37 аминокислотным остаткам, а от δ-цепи — всего по 10. Последовательность аминокислот в г-цепи гемоглобина человека пока не установлена.

Рассматривая эволюцию гемоглобина, нельзя обойти молчанием еще один белок, переносящий кислород; я имею в виду миоглобин. Миоглобин не циркулирует вместе с кровью, он играет роль депо кислорода в мышцах. Его молекула состоит всего из одной полипептидной цепи, содержащей 153 аминокислотных остатка, и обладает почти такой же пространственной конфигурацией, как и цепи гемоглобина. Трехмерная структура миоглобина кашалота была расшифрована в 1957 году Дж. Кендрью и его сотрудниками. Между прочим, миоглобин оказался первым белком, структура которого была полностью разгадана. Два года спустя коллега Кендрью, М. Перутц, установил пространственную конфигурацию α- и β-цепей гемоглобина лошади, причем сразу же бросилось в глаза их топологическое сходство с миоглобином (смотрите рисунок ниже)¹.

Конформация полипептидных цепей гемоглобина и миоглобина

На узлообразных структурах, отображающих пространственную конформацию полипептидных цепей гемоглобина и миоглобина, отмечены совпадающие участки. Слева пронумерованы 26 остатков, положение которых совпадает во всех известных цепях гемоглобина, справа — те 11 из них (их номера на единицу больше), которые встречаются в одних и тех же положениях во всех известных цепях гемоглобина и миоглобина. По-видимому, как структура, так и функция этих полипептидов в значительной степени зависит именно от этих аминокислотных остатков, занимающих одинаковое положение в их молекулах.

¹См. статью М. Перутца, стр. 7.

«Молекулы и клетки», под ред. Г.М.Франка

• Аминокислотная последовательность предковой полипептидной цепи
• Родственные взаимоотношения известных цепей гемоглобина и миоглобина человека
• Дупликатные гены
• Эволюция
• Сдвиг сегментов α- и β-цепей
• Различия в скорости и согласованности процессов в аминокислотной последовательности
• Сравнение цепей гемоглобина, позволяющее установить время для эффективного замещения
• Различия в аминокислотной последовательности между цепями гемоглобина и миоглобина
• Принципы химической палеогенетики
• ДНК аминокислот
• Миоглобин кашалота и α- и β-цепи гемоглобина человека