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研究人员通过复活古老的蛋白质揭示了复杂血红蛋白的起源

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-05-21 09:30  浏览次数:0
摘 要:大多数生物过程都是由多种蛋白质的复合物来完成的,这些复合物协同工作来完成某些功能。这些复杂的结构是如何进化的,这是现代生
 大多数生物过程都是由多种蛋白质的复合物来完成的,这些复合物协同工作来完成某些功能。这些复杂的结构是如何进化的,这是现代生物学的一大难题,因为它们通常是通过复杂的分子界面结合在一起的,它们形成的中间形式已经消失得无影无踪。
 
现在,由芝加哥大学教授约瑟夫·桑顿博士和研究生阿文德·皮莱领导的一个国际研究小组揭示了复杂性可以通过惊人的简单机制进化。研究小组发现了进化过程中的“缺失环节”,血红蛋白是一种重要的四部分蛋白质复合物,它在几乎所有脊椎动物的血液中运输氧气,是从简单的前体进化而来的。他们发现,4亿多年前,仅仅两个突变就触发了现代血红蛋白结构和功能的出现。
 
这项名为“进化复杂性起源”的研究将于5月20日在《自然》杂志在线发表。该团队还包括德州农工大学、内布拉斯加州林肯大学和牛津大学(英国)的科学家。
 
每个血红蛋白分子是由两个不同蛋白质的两个拷贝组成的四部分蛋白质复合物,但它们最密切相关的蛋白质根本不形成复合物。这个团队的策略,在过去20年里在桑顿的实验室里率先提出,是一种分子时间旅行:使用统计和生化方法来重建和实验表征早期血红蛋白形成之前、期间和之后的古老蛋白质。这使得他们能够识别血红蛋白进化过程中缺失的环节,血红蛋白是一个由两部分组成的复合物,由一种单一蛋白质的两个拷贝组成,这种蛋白质存在于人类和鲨鱼的最后一个共同祖先之前。这种古老的由两部分组成的复合物还不具备任何现代血红蛋白的关键特性,使其能够将氧气结合在肺部,并将其输送到大脑、肌肉和其他组织中的遥远细胞。
 
通过将在下一个历史间隔期间发生的各种突变引入这个缺失的连接蛋白中,他们发现只有蛋白质表面的两种突变触发了四部分复合物的形成,并使其氧结合功能发生了关键性的变化。
 
生物复杂性进化的传统观点最早由查尔斯·达尔文提出,最近由理查德·道金斯(Richard Dawkins)阐述,复杂性是通过许多突变的漫长旅程逐渐增加的,每一种突变都受到自然选择的青睐,因为它在功能和适应度上都有微小的改善。新的研究表明,至少在分子水平上,新的复合形式可以很快形成。
 
 
 
 
 
 
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