Эволюция белков следует модульному принципу

Ученые из Института биологии развития Общества Макса Планка в Тюбингене обнаружили, что белки могут состоять из схожих цепочек аминокислот, даже когда их трёхмерные формы значительно различаются. Это указывает на то, что существующие сегодня белки произошли от общих предков, предположительно собранных в ходе эволюции из более мелких фрагментов по модульному принципу.

Сходство в последовательностях при разной структуре

Исследователи сосредоточились на двух крупных, эволюционно древних группах белков с разной структурой:

• "Флаводоксин-подобные" домены имеют сэндвичеобразную форму.
• (βα)8-бочкообразные белки складываются в структуру, напоминающую бочку.

Несмотря на различия в трёхмерной укладке, компьютерный анализ аминокислотных последовательностей более тысячи представителей обеих групп выявил наличие в них коротких, характерных цепочек аминокислот.

Обнаружение промежуточной формы

Учёные идентифицировали третий тип укладки, аминокислотная последовательность которого является промежуточной между двумя основными. Анализ его трёхмерной структуры методом рентгеновской кристаллографии показал, что эта форма обладает характеристиками как бочкообразного, так и сэндвичеобразного типа.

Подтверждение эволюционной гипотезы

Сходство последовательностей и существование промежуточной формы подтверждают гипотезу, предложенную руководителем исследовательской группы Бирте Хёкер: два типа укладки развились в ходе эволюции от общего предка.

"Мы предполагаем, что эволюционно ранние белки состояли только из коротких аминокислотных цепей. Эти фрагменты затем соединялись, как в конструкторе, образуя новые молекулы с новыми функциями", — объясняет Бирте Хёкер.

Это открытие даёт новые представления об эволюции современных белков и происхождении жизни. Полученные знания также применяются в области синтетической биологии для конструирования в лаборатории белковых вариантов с новыми функциями.