Главная / Молекулы и клетки / Эволюция гемоглобина / Сравнение цепей гемоглобина, позволяющее установить время для эффективного замещения

Сравнение цепей гемоглобина, позволяющее установить время для эффективного замещения

30.05.2010г.

Сравнение цепей гемоглобина, позволяющее установить время, необходимое для возникновения эволюционно эффективного замещения одной аминокислоты в полипептидной цепи

Животное Число различий * Среднее число различий во всех цепях Время, прошедшее с момента отхождения от общего предка
α-цепь β-цепь
Лошадь 17 26 - -
Свинья ~18 ~14 ~22 80 млн. лет
Бык 27 - - -
Кролик 27 - - -

* Число различий по сравнению с α- и β-цепями гемоглобина человека. Если данная пара цепей имеет в среднем 22 различия, то на 1 цепь приходится 11 мутаций. Следовательно, примерно за 7 миллионов лет возникает 1 мутация.

При подобных расчетах необходимо применять статистический анализ, так как следует учесть, что чем больше число различий между двумя гомологичными цепями, тем больше вероятность того, что после отхождения от общего предка (то есть примерно в течение 7 миллионов лет) в каких-то положениях молекулы в процессе эволюции происходило более одного аминокислотного замещения. Такие расчеты сделал недавно Л. Полинг; они приведены на рисунке ниже.


Возраст предковых цепей для гемоглобинов человека и миоглобина кашалота

Возраст предковых цепей для гемоглобинов человека и миоглобина кашалота

Эта кривая, составленная Полингом, показывает возраст предковых цепей для гемоглобинов человека и миоглобина кашалота. Если число различий между цепями невелико, то считается, что в процессе эволюции за 7 миллионов лет произошла одна мутация, в противном же случае — не одна, а больше. Например, α- и β-цепи отличаются от цепи миоглобина по 110 положениям. Следовательно, цепи, давшей начало α- и β-цепям и цепи миоглобина, на оси ординат будет соответствовать величина 75% (110/146 — это примерно 3/4), а на оси абсцисс — 650 миллионов лет (а не 385 миллионов, что получилось бы, если бы мы просто умножили 55 мутаций, приходящихся на каждую генную линию, на 7 миллионов). На оси ординат — различия между цепями, выраженные как отношение числа измененных аминокислот к общему числу аминокислот в цепи (в процентах); м — цепь миоглобина.


Кривая на этом рисунке позволяет приблизительно определять время существования общего молекулярного предка различных полипептидных цепей на основании различий в аминокислотных последовательностях в этих цепях.

Ближе всего стоят друг к другу β- и δ-цепи: они различаются всего по 10 аминокислотам; по-видимому, они возникли позднее цепей других типов путем дупликации в молекуле общего генетического предка. Достаточно пяти дупликаций каждого гена, чтобы появилось 10 различий; на это, согласно схеме Полинга, требуется около 35 миллионов лет.

В β- и γ-цепях неодинаковые аминокислоты содержатся в 37 положениях; следовательно, эти цепи возникли в результате дупликации около 150 миллионов лет назад. β- и α-цепи различаются по 76 положениям; значит, их общий предок существовал примерно 380 миллионов лет назад. Насколько можно доверять таким приближенным расчетам, общий генетический предок цепей гемоглобина, циркулирующего в крови современного человека, восходит к девону, ко времени появления первых земноводных.


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





Читайте далее: