Ερευνητές ανακάλυψαν την εξελικτική σχέση μεταξύ της δομής των πρωτεϊνών και της λειτουργίας τους

Πρωτεΐνες

Οι πρωτεΐνες είναι περισσότερο από μια διαιτητική απαίτηση. Αυτό το σύνολο των μορίων είναι υπεύθυνο για σχεδόν όλες τις κυτταρικές λειτουργίες σε ένα ζωντανό οργανισμό. Οι επιστήμονες μπορεί να γνωρίζουν τη δομή μιας πρωτεΐνης ή τη λειτουργία της, αλλά δεν είναι πάντα σε θέση να συνδέσουν τα δυο.

«Το μεγάλο πρόβλημα στη βιολογία είναι το ερώτημα του πώς μια πρωτεΐνη κάνει ότι κάνει. Πιστεύουμε ότι η απάντηση βρίσκεται στην εξέλιξη της πρωτεΐνης», αναφέρουν οι ερευνητές στη μελέτη τους, η οποία δημοσιεύθηκε στην επιστημονική επιθεώρηση Scientific Reports.

Γεωλόγοι έχουν βρει απολιθώματα σε βράχους δισεκατομμυρίων ετών. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η διατήρηση των μικροβίων και των ιστών ήταν τόσο καλή ώστε οι μικροσκοπικές κυτταρικές δομές που κάποτε σχετίζονταν με συγκεκριμένες πρωτεΐνες, μπορούν να ανιχνευθούν. Αυτό το γεωλογικό αρχείο δίνει στους επιστήμονες μια κρυφή σύνδεση με την εξελικτική ιστορία των πρωτεϊνικών δομών σε απίστευτα μεγάλες χρονικές περιόδους. Όμως, μέχρι τώρα, δεν ήταν πάντα δυνατό να συνδεθεί η λειτουργία με τις δομές αυτές έτσι ώστε να κατανοήσουμε το πως οι πρωτεΐνες συμπεριφέρονταν στα κύτταρα πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, σε σύγκριση με το σήμερα.

«Για πρώτη φορά έχουμε εντοπίσει την εξέλιξη σε ένα βιολογικό δίκτυο», αναφέρουν επίσης οι ερευνητές στη μελέτη τους. «Αποδεικνύεται ότι υπάρχουν μερικά αποσπάσματα στα γονίδιά μας, που είναι συντηρημένα με τη πάροδο του χρόνου. Και όχι μόνο στο ανθρώπινο γονιδίωμα. Όταν κοιτάζουμε ανώτερους οργανισμούς, όπως τα φυτά, μύκητες και ζώα, καθώς και βακτήρια, αρχαία, και οι ιοί, τα ίδια αποσπάσματα είναι πάντα εκεί. Τα βλέπουμε ξανά και ξανά».

Για να διερευνήσουν τη σχέση μεταξύ της δομής των πρωτεϊνών και της μοριακής τους λειτουργίας, οι ερευνητές δημιούργησαν ένα χρονοδιάγραμμα των πρωτεϊνικών δομών που εκτείνεται σε 3,8 δισεκατομμύρια χρόνια σε όλο το γεωλογικό αρχείο, αλλά χρειάζονταν ένα τρόπο για να συνδέσουν τις δομές με τις λειτουργίες τους. Για να το κάνουν αυτό, κοίταξαν το γενετικό υλικό εκατοντάδων οργανισμών.

Οι ερευνητές διαπίστωσε ότι αυτά τα μικροσκοπικά τμήματα γονιδίων λένε στις πρωτεΐνες να παράγουν «βρόγχους», που είναι οι πιο μικρές δομικές μονάδες σε μια πρωτεΐνη. Όταν οι βρόγχοι ενώνονται, δημιουργούν ενεργές θέσεις, ή μοριακές τσέπες, οι οποίες δίνουν στις πρωτεΐνες λειτουργία τους. Για παράδειγμα, η αιμοσφαιρίνη, η πρωτεΐνη που μεταφέρει το οξυγόνο στο αίμα, έχει δύο βρόχους, οι οποίοι δημιουργούν την ενεργή θέση που δεσμεύεται το οξυγόνο. Οι βρόχοι συνδυάζονται για να δημιουργήσουν μεγαλύτερες δομές πρωτεΐνης που ονομάζονται τομείς.

Αξίζει να σημειωθεί ότι, η νέα μελέτη δείχνει ότι οι βρόχοι έχουν επανειλημμένα χρησιμοποιηθεί για την εκτέλεση νέων λειτουργιών και ότι η διαδικασία δραστηριοποιείται και βρίσκεται σε εξέλιξη από την απαρχή της ζωής. Σύμφωνα με τους ερευνητές αυτή η διαδικασία είναι σημαντική για την κατανόηση της βιολογικής ποικιλότητας.

Παραπομπές

Fayez Aziz, Kelsey Caetano-Anollés, Gustavo Caetano-Anollés. The early history and emergence of molecular functions and modular scale-free network behavior. Scientific Reports (2016). DOI: 10.1038/srep25058

ΑΝΔΡΕΑΣ ΓΡΗΓΟΡΙΟΥ

Παιδί της επιστήμης και της τεχνολογίας, παρέα με ένα γάτο κοιτάζει το σύμπαν και θέτει ερωτήσεις

You may also like...

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *