第7章 蛋白质进化


可能考点:

  • 蛋白质进化概述
  • 趋同进化
  • 蛋白质的分化
  • 蛋白质进化的机制


蛋白质进化研究包括哪些内容?蛋白质一级结构决定空问结构,那么如何理解在进化上同源性很低甚至没有任何同源

性蛋白仍然保持相似空间结构?

问题1:

蛋白质进化包括:蛋白质物种形成和蛋白质分化。物种形成是不同生物体中具有公共功能的同源蛋白进化;分化指一种生物体导致同源蛋白功能多样化过程。

问题2:

在蛋白质进化过程中,会发生氨基酸突变,缺失和插入。长久就造成蛋白质在进化上氨基酸序列同源性很低。但是蛋白质的氨基酸顺序和多肽链的折叠相当保守,氨基酸的变化或蛋白质链环区域的缺失和插入,通常累积在蛋白质分子表面而没有发生在结构密切相关位点,它们仍然保持相似空间结构

同时在蛋白质趋同进化中,某些结构是有利的结构,因而某些过程趋向这样结构的可能性较大。蛋白质通过不同进化路线,采用不同机理,实现这些结构,因此同源性很低仍保持相似结构和现象。


趋同进化

趋同进化是指不同物种或基因在没有共同祖先的情况下,由于面临相似的环境压力或生物学需求,独立地发展出相似的特征或功能。在蛋白质层面,趋同进化指的是不同物种或基因在进化过程中,通过独立的方式,产生了具有相似结构和功能的蛋白质,尽管它们的进化来源和序列可能并不相同。这是由于大量结构选择中,某些结构是有利的结构,这提高了进化过程趋向于这样的结构的可能性。


蛋白质的分化

蛋白质的分化是指在进化过程中,由于物种间的基因突变、选择压力、遗传漂变等因素的作用,同源蛋白质在不同物种或种群中的序列和功能发生变化的过程,这表现为同源的蛋白质在不同的进化分支中逐渐具有不同的序列和功能特性

例子:

胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶和胰蛋白酶都属于丝氨酸蛋白酶家族,具有相似的催化机制,依赖于活性位点中的丝氨酸残基进行催化。

这些酶的氨基酸序列在活性位点周围有所不同,反映了它们对不同底物的选择性。尽管它们的催化机制相似,但它们在底物特异性上有所不同,表明它们在进化过程中发生了分化,以适应不同的生理需求


蛋白质进化的机制

基因层面的直接因素:

点突变,插入,删除,基因融合,基因倍增