Ученые выяснили происхождение гемоглобина

20 Мая 2020

МОСКВА, 20 мая - Используя статистические и биохимические методы для реконструкции и экспериментальной характеристики древних белков, ученые смогли восстановить мутации, которые привели к возведению 400 миллионов лет назад в организме последнего общего предка гражданина и акул гемоглобина. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

В большинстве биологических процессов участвуют комплексы из нескольких белков, совместно выполняющих ту или иную функцию. При этом часто на основе таких комплексов возникают казусные белковые соединения, такие как гемоглобин, отвечающий в организме за перенос кислорода между аппаратами.

Каждая молекула гемоглобина представляет собой сложный белковый комплекс, состоящий из четырех субъединиц. При этом сами белки этих субъединиц перекрестно между собой никогда не соединяются. Как им удалось собраться вчетвером, для микробиологов долго оставалось загадкой.

Американские микробиологи Техасского университета A&M, Университета Небраски-Линкольна и Медицинского центра Чикагского университета вместе с их английскими коллегами из Оксфордского университета создали ретроспективный метод восстановления белковых последовательностей, с помощью которого они определили недостающее звено, благодаря которому гемоглобин развился из банальных предшественников.

К своему удивлению ученые приметили, что достаточно было всего двух мутаций белков, приключившихся примерно 400 миллионов лет назад, чтобы появился четырехкомпонентный комплекс гемоглобина с его функцией связывания кислорода.

Мы были поражены, тогда, когда увидели, что такой банальный механизм может придать соединению данные сложные свойства, — доводятся в пресс-релизе слова руководителя исследования, профессора Чикагского университета Джозефа Торнтона (Joseph Thornton). — Это говорит о том, что скачки в сложности могут происходить внезапно и даже случайно во время эволюции, создавая новые молекулярные элементы, которые в конечном результате становятся необходимыми.

Гемоглобин стал первым соединением, на примере которого Торнтон и коллеги апробировали новый метод восстановления эволюции сложные молекулы на протяжении биологической истории.

Структура и функция гемоглобина изучены больше, чем у любой другой молекулы, — объясняет выбор объекта исследования первый автор статьи, аспирант кафедры экологии и эволюции Арвинд Пиллаи (Arvind Pillai). — Но ничего не было известно о том, как он возник во промежуток время эволюции. Это отличная модификация, потому, что компоненты пигмента являются частью большого семейства белков, в котором самые близкие родственники не образуют комплексы, а функционируют в изоляции.

Анализ атомных структур древних белков показал, как эволюция использовала преимущества четырехкомпонентного комплекса перед двухкомпонентным для закрепления случайных мутаций на поверхности обезьяна северных леса, которые позволили ему плотно связываться с другим белком, не изменяя его.

Возможно, самым удивительным результатом этих мутаций, отмечают ученые, было то, что они вызвали опасные изменения в функционале комплекса, позволив ему связывать молекулы кислорода.

При этом сродство гемоглобина к кислороду достаточно высоко, чтобы захватывать его в легких, но недостаточно, чтобы удерживать в других тканях. Этим и обусловлена уникальная способность пигмента разносить кислород из легких по всему организму. Двухкомпонентные предместники гемоглобина слишком сильно связывали кислород и не могли эффективно осуществлять функцию подобного обмена.

Редактор рубрики

Олег Кудрин

Место события на карте мира:

Ученые выяснили происхождение гемоглобина

комментарии (0)

Другие интересные новости

Фильм "Партнеры" победил в конкурсе короткометражного кино ММКФ