Ученые рассказали, как появился гемоглобин — Naked Science
21.05.2020
София Жаботинская

Ученые рассказали, как появился гемоглобин

3.9

Появлению одной из сложнейших молекул человеческого организма могли способствовать лишь две мутации.

Трехмерная структура молекулы гемоглобина
Трехмерная структура молекулы гемоглобина / © Wikimedia Commons

Большинство биологических процессов осуществляются сложными белковыми комплексами, которые работают сообща. Эволюция подобных структур — одна из величайших загадок современной биологии, ведь промежуточные формы, из которых они возникли, уже не существуют.

Международная команда исследователей под руководством профессора Чикагского университета Джозефа Торнтона установила, что подобная структурная сложность может возникать благодаря очень простым механизмам. Исследователи определили эволюционное «недостающее звено», благодаря которому гемоглобин — многокомпонентная молекула, транспортирующая кислород в крови большинства позвоночных — появился из простых предшественников.

По словам ученых, для появления гемоглобина понадобились всего две мутации, которые случились примерно 400 миллионов лет назад. Статья об этом открытии опубликована в издании Nature.

Гемоглобин состоит из четырех протомерных частей. У взрослого человека они представлены двумя α- и двумя же β-цепями полипептидов. Протомеры образуют кольцеподобную структуру, в центре которой находится гем — комплекс протопорфирина с атомом железа. Интересно, что другие белковые молекулы, структурно похожие на полипептидные цепи гемоглобина, не образуют между собой связей.

Используя комбинацию статистических и биохимических методов, Торнтон и его коллеги совершили «молекулярное путешествие в прошлое». Это позволило им идентифицировать недостающее звено в эволюции гемоглобина — двухкомпонентный комплекс, состоящий из двух копий одного и того же белка и существовавший как минимум у последнего общего предка человека и акулы.

Эта молекула еще не обладала никакими свойствами, которые позволяли бы ей транспортировать кислород. Смоделировав возможные пути изменения этого древнего белка, ученые выяснили, что всего двух мутаций оказалось достаточно, чтобы образовался четырехкомпонентный комплекс, способный связывать молекулы O2.

Традиционный взгляд на эволюцию биологической сложности предполагает, что эта самая сложность постепенно увеличивается долгое время путем множества мутаций, каждая из которых «одобряется» естественным отбором. Новое исследование показывает, что (по крайней мере, на молекулярном уровне) новые сложные формы могут быть созданы очень быстро.

«Мы были поражены, когда увидели, что такой простой механизм способен придать такие сложные свойства, — говорит Торнтон. — Это свидетельствует о том, что скачки в сложности могут происходить внезапно и даже случайно во время эволюции, создавая новые молекулярные объекты, которые в итоге становятся необходимыми для нашей биологии».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
3 часа назад
Александр Березин

Среди полностью привитых препаратом от центра «Вектор» процент заболевших Covid-19 слабо отличим от процента заболевших среди тех, кто не прошел вакцинацию. В то же время среди привитых другими вакцинами этот показатель в несколько раз ниже, чем среди непривитых.

Позавчера, 13:03
Мария Азарова

Исследование микробиома кишечника, проведенное японскими и американскими учеными, предоставляет один из потенциальных ключей к долголетию и лечению бактериальных инфекций.

5 часов назад
Сергей Васильев

Ученые показали, что удлинение суток ведет к более продуктивному фотосинтезу и, возможно, некогда помогло цианобактериям совершить кислородную революцию на древней Земле.

Позавчера, 13:03
Мария Азарова

Исследование микробиома кишечника, проведенное японскими и американскими учеными, предоставляет один из потенциальных ключей к долголетию и лечению бактериальных инфекций.

28 июля
Мария Азарова

Член Северо-Западной организации Федерации космонавтики России Александр Хохлов рассказал о проблемах, сопровождающих модуль «Наука» на пути к МКС, и объяснил, почему на долгожданную стыковку будет всего одна попытка.

28 июля
Василий Парфенов

Компания Microsoft несколько лет назад намеревалась не изменять номер своей основной операционной системы для компьютеров — «десятка» должна была остаться с нами надолго. Однако очередное крупное обновление, по мнению маркетологов, очевидно, оказалось достойно новой цифры в названии ОС. Windows 11 принесет пользователям не только новые функции, улучшения безопасности и быстродействия, а также измененный дизайн, но и лишится некоторых привычных элементов. Хотя если кто-то и расстроится из-за этого, то скучать будет лишь по парочке из них.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: