Ππωηεϊνική Εξέλιξη

Ππόηςπα και πςθμοί ςποκαηαζηάζεων • Έλα ζεκαληηθό εξώηεκα ζηε κειέηε ηεο εμέιημεο

αλαθέξεηαη ζην πώο είλαη δπλαηό λα δηαθέξνπλ ηα πξόηππα θαη νη ξπζκνί ησλ ππνθαηαζηάζεσλ αλάκεζα ζηα δηάθνξα ηκήκαηα ηνπ ίδηνπ γνληδίνπ. Γξήγνξα έγηλε εκθαλέο όηη θάπνηεο ζπγθεθξηκέλεο ακηλνμηθέο δηαθνξέο ήηαλ πην πηζαλό λα παξαηεξεζνύλ αλάκεζα ζε δύν νκόινγεο πξσηεΐλεο (πξσηεΐλεο πνπ έρνπλ έλα θνηλό πξνγνληθό κόξην) από όηη θάπνηεο άιιεο.

• Κάπνηα ακηλνμέα ήηαλ πην πηζαλό λα αληηθαηαζηαζνύλ κε άιια, ηα νπνία είραλ παξόκνηα ρεκηθά ραξαθηεξηζηηθά κε εθείλα ησλ ακηλνμέσλ πνπ ήηαλ παξόληα ζηελ πξνγνληθή πξσηεΐλε. Απηή ε ειεγρόκελε αληηθαηάζηαζε ππνζηήξημε ηηο εμήο ζεκαληηθέο αξρέο: α) Οη κεηαιιαγέο είλαη ζπάληα γεγνλόηα, θαη β) Οη πην δξακαηηθέο αιιαγέο απνκαθξύλνληαη από ηε γνληδηαθή δεμακελή κέζσ ηεο θπζηθήο επηινγήο.

Ρςθμοί μεηάλλαξηρ ζηο ππωηεινικό

επίπεδο • Σν πνζνζηό κε ζπλωλύκωλ ππνθαηαζηάζεωλ είλαη

πεξίπνπ ην 71% ηνπ ζπλνιηθνπ αξηζκνύ ακηλνμηθωλ

ππνθαηαζηάζεωλ.

• πλώλπκεο κεηαιιάμεηο ζπκβαίλνπλ ζην 72% ηωλ

ππνθαηαζηάζεωλ ηνπ πξώηνπ λνπθιενηηδίνπ θαη 5% ηνπ

ηξίηνπ λνπθιενηηδίνπ.

• Ηιεθηξνθόξεζε (Ιζνεζηίαζε, 2 δηαζηάζεωλ,ξΗ).

• Ιζνέλδπκα (Πνιιαπιέο κνξθέο ελόο ελδπκηθνύ

γνληδίνπ)

• Αιινέλδπκα (αιιειόκνξθα γνληδίωλ πνπ

θωδηθνπνηνύλ έλδπκα)

• Μειέηεο αιιεινπρηώλ πνιπάξηζκσλ γνληδίσλ έδεημαλ όηη ηα δηάθνξα ηκήκαηα ελόο γνληδίνπ εκθαλίδνπλ δηαθνξεηηθνύο ξπζκνύο εμέιημεο.

• Οη κε θσδηθέο πεξηιακβάλνπλ ηα ηληξόληα θαη ηηο 5’ θαη 3’ κε κεηαθξαδόκελεο ξπζκηζηηθέο πεξηνρέο ηνπ γνληδίνπ.

• Επί πιένλ, ππάξρνπλ θαη ηα ςεπδνγνλίδηα πνπ δελ παξάγνπλ ιεηηνπξγηθά πξντόληα ιόγσ ζπζζώξεπζεο κεηαιιαγώλ πνπ ηα αδξαλνπνηνύλ.

• Αιιά αθόκα θαη κέζα ζηελ θσδηθή πεξηνρή ελόο ιεηηνπξγηθνύ γνληδίνπ, δελ επηθέξνπλ αιιαγέο ζηελ ακηλνμηθή αιιεινπρία ηεο πξσηεΐλεο όιεο νη ππνθαηαζηάζεηο.

• Γηα παξάδεηγκα απηέο πνπ ιακβάλνπλ ρώξα ζηελ ηξίηε ζέζε κηαο ηξηπιέηαο ζπλήζσο δελ επεξεάδνπλ ηελ πξσηεΐλε ιόγσ ηνπ εθθπιηζκνύ ηνπ γελεηηθνύ θώδηθα.

ςνώνςμερ και μη ζςνώνςμερ θέζειρ Εληόο ησλ ιεηηνπξγηθώλ γνληδίσλ, νη πςειόηεξεο ηηκέο

εμειηθηηθώλ αιιαγώλ εκθαλίδνληαη ζηηο ζπλώλπκεο

ζέζεηο, πεξίπνπ 5 θνξέο πςειόηεξεο απ’ ό,ηη ζηηο κε

ζπλώλπκεο. Απηό είλαη αλακελόκελν αθνύ άιισζηε δελ

επεξεάδνπλ ηε ιεηηνπξγηθόηεηα ηεο πξσηεΐλεο.

•• Redundant genetic codeRedundant genetic code, e.g., e.g.

GCGCAA

GCGCCCGCGCGG

GCGCTT

•• Third base of a Third base of a codoncodon ““wobbleswobbles”” without without changing the translated amino acid changing the translated amino acid

•• KKSS measures neutral mutation rate measures neutral mutation rate

in coding regions without selectionin coding regions without selection

KKSS: : synonymous changes synonymous changes

→→ AlanineAlanine}}

• Καη ελώ εκθαλίδνληαη κε ηελ ίδηα ζπρλόηεηα ζπλώλπκεο θαη κε ζπλώλπκεο αιιαγέο, νη πξώηεο δηαηεξνύληαη ελώ νη δεύηεξεο επεξεάδνπλ ηελ πξνζαξκνζηηθόηεηα ηνπ κνξίνπ (ή ηε ιεηηνπξγία) θαη εμαιείθνληαη από ηε θπζηθή επηινγή.

• Έηζη, γελλήζεθαλ δπν δηαθξηηνί όξνη ζηα πιαίζηα ηεο Μνξηαθήο Εμέιημεο:

• 1) Οη κεηαιιαγέο πνπ αθνξνύλ αιιαγέο ηεο λνπθιενηηδηθήο αιιεινπρίαο πνπ ζπλέβεζαλ ιόγσ ιάζνπο ζηελ πνξεία ηεο αληηγξαθήο ή ηεο επηδηόξζσζεο ηνπ DNA.

• 2) Οη ππνθαηαζηάζεηο πνπ είλαη κεηαιιαγέο νη νπνίεο πέξαζαλ κέζα από ην θίιηξν ηεο θπζηθήο επηινγήο κέρξη έλα βαζκό.

• Γηα ην ιόγν απηό δερόκαζηε όηη ν ξπζκόο εκθάληζεο ησλ ζπλώλπκσλ ππνθαηαζηάζεσλ αληαλαθιά ηνλ πξαγκαηηθό ξπζκό κεηαιιαγήο (θαη όρη εθείλνο ησλ κε-ζπλσλύκσλ).

Εκθςλιζμένορ γενεηικόρ κώδικαρ

• Τα ακηλνμέα πνπ είλαη παξόκνηα από ρεκηθήο απόςεσο ηείλνπλ λα έρνπλ παξόκνηα θσδηθόληα. Έηζη, ην θσδηθόλην CUU ηεο ιεπθίλεο κπνξεί λα αιιάμεη ζε απηό ηεο ηζνιεπθίλεο ΑUU κέζσ αιιαγήο κηαο κόλν βάζεσο ζην επίπεδν ηνπ DNA, ελώ απαηηείηαη ε αιιαγή δύν βάζεσλ γηα λα νδεγεζνύκε ζηε ρεκηθά κε ζρεηηδόκελε κε ηε ιεπθίλε, αζπαξαγίλε (AAU).

• Καζώο νη λνπθιενηηδηθέο θαη ακηλνμηθέο αιιαγέο είλαη ζπάληεο, ηα ζελάξηα πνπ αλαθέξνληαη ζην κηθξόηεξν δπλαηό αξηζκό αιιαγώλ είλαη θαη ηα πην πηζαλά (λα έρνπλ ζπκβεί).

• Ταπηόρξνλα, θαζώο ε θπζηθή επηινγή δξα γηα πάξα πνιιέο γεληέο, έρεη ζπκβάιιεη ζην λα έρνπλ νη πεξηζζόηεξεο πξσηεΐλεο ακηλνμηθέο αιιεινπρίεο ηέηνηεο πνπ λα ηηο θάλνπλ λα ηαηξηάδνπλ ηδαληθά ζην πεξηβάιινλ δξάζεο ηνπο, αιιά θαη λα είλαη θαηάιιειεο γηα ηε ιεηηνπξγία πνπ επηηεινύλ.

• Όζν πην νπζηαζηηθή είλαη κηα αιιαγή ζηελ πξσηνηαγή δνκή κηαο πξσηεΐλεο, ηόζν πην πηζαλόλ είλαη λα επηθέξεη ζεκαληηθή δεκηά ζηε ιεηηνπξγία ηεο θαη γηα απηό είλαη δύζθνιν λα μεθύγεη από ηνλ έιεγρν ηεο θπζηθήο επηινγήο.

Επιλεκηική σπηζιμοποίηζη κωδικονίων • Έρεη παξαηεξεζεί κηα ειαθξώο ρακειόηεξε ηηκή

εμειηθηηθήο αιιαγήο ζε ζπλώλπκεο ζέζεηο, ζπγθξηηηθά κε εθείλε ησλ ςεπδνγνληδίσλ, πξάγκα πνπ δείρλεη όηη νη ζπλώλπκεο ππνθαηαζηάζεηο δελ είλαη ηειείσο νπδέηεξεο, αιιά αληηζέησο, θάπνηεο ηξηπιέηεο βάζεσλ επλννύληαη έλαληη θάπνησλ άιισλ.

• Επηπιένλ, θάπνηα ζπλώλπκα θσδηθά δελ ρξεζηκνπνηνύληαη ζηνλ ίδην βαζκό κε θάπνηα άιια, ζε πνιιέο αιιεινπρίεο θάπνησλ νξγαληζκώλ. Γηα παξάδεηγκα, ε ιεπθίλε θσδηθνπνηείηαη από ηηο ηξηπιέηεο CUU , CUC, CUA, CUG, UUA θαη UUG, αιιά ζηα κελ βαθηεξηαθά γνλίδηα ην 60% ησλ θσδηθνλίσλ ηεο ιεπθίλεο είλαη CUG θαη ζηηο δύκεο ην 80% θσδηθνπνηείηαη από ην θσδηθόλην UUG.

• H θπζηθή επηινγή θαίλεηαη όηη επλνεί θάπνηα θσδηθόληα, έλαληη θάπνησλ άιισλ, ηα νπνία είλαη ζπλώλπκα κε απηά.

Κωδικόνια και θςζική επιλογή

• Έρεη παξαηεξεζεί, ηδηαίηεξα ζε γνλίδηα ηα

νπνία εθθξάδνληαη ζε πςειά επίπεδα ζε

βαθηήξηα, δύκεο θαη δηάθνξα είδε ηεο

Drosophila (νξγαληζκνί όινη κε ζύληνκν ρξόλν

γελεάο θαη κεγάια πιεζπζκηαθά κεγέζε) όηη ε

επηινγή ζπγθεθξηκέλσλ ζπλώλπκσλ

θσδηθνλίσλ ζρεηίδεηαη κε ηελ

απνηειεζκαηηθόηεηα ηεο κεηάθξαζεο θαη

ππόθεηηαη ζηε δξάζε ηεο θπζηθήο επηινγήο.

Ποικιλόηηηα ηος πςθμού εξέλιξηρ μεηαξύ γονιδίων

• Όπσο πξνεγνπκέλσο αλαθεξζήθακε ζην δηαθνξεηηθό ξπζκό εμέιημεο πνπ εκθαλίδεηαη ζηηο δηάθνξεο πεξηνρέο ελόο γνληδίνπ, νκνίσο παξαηεξνύληαη θάπνηεο δηαθνξέο όηαλ κειεηνύληαη γνλίδηα από δηαθνξεηηθά είδε. Απηέο κπνξνύλ λα απνδνζνύλ ζε δηαθνξέο ζηε ζπρλόηεηα κεηαιιαγήο, θαζώο θαη ζην βαζκό πνπ ην γνλίδην επεξεάδεηαη από ηε θπζηθή επηινγή.

• Φαξαθηεξηζηηθά παξαδείγκαηα πνπ δείρλνπλ ηα δηαθνξεηηθά επίπεδα ιεηηνπξγηθώλ πεξηνξηζκώλ απνηεινύλ ηα γνλίδηα ησλ ηζηνλώλ, θαζώο θαη ησλ απνιηπνπξσηεηλώλ.

• Οη ηζηόλεο είλαη ζεηηθά θνξηηζκέλεο, ζεκαληηθέο πξσηεΐλεο δέζκεπζεο ηνπ DNA θαη παξνύζεο ζε όινπο ηνπο επθαξπσηηθνύο νξγαληζκνύο. Οπνηαδήπνηε αιιαγή, αθόκα θαη κηα κόλν αιιαγή ακηλνμένο, επεξεάδεη ηελ ηθαλόηεηα αιιειεπίδξαζεο κε ην DNA, θαη έηζη νη ηζηόλεο αλαθέξνληαη ζαλ κηα νκάδα γνληδίσλ πνπ εκθαλίδεη έλαλ από ηνπο πην ρακεινύο ξπζκνύο εμέιημεο. Η Η4 ηνπ αλζξώπνπ θαη ε νκόινγε ηεο δύκεο είλαη όκνηεο, παξά ηηο εθαηνληάδεο εθαηνκκύξηα ρξόληα αλεμάξηεηεο εμέιημεο.

• Οη απνιηπνπξσηείλεο, αληίζεηα,

αιιειεπηδξνύλ κε εηδηθά θαη κεηαθέξνπλ

κεγάιε πνηθηιία ιηπηδίσλ από ην αίκα ησλ

ζπνλδπισηώλ, κε ζηόρν ηελ θάζαξζε απηώλ. Η

πεξηνρή πνπ δεζκεύεη ιηπίδηα δνκείηαη σο επί

ην πιείζηνλ από πδξόθνβα ακηλνμέα.

Οπνηνδήπνηε παξόκνην ακηλνμύ, π.ρ. ιεπθίλε,

ηζνιεπθίλε, βαιίλε, θαίλεηαη λα ζπκβάιιεη ην

ίδην θαιά ζηε ιεηηνπξγία ηεο πξσηείλεο, αξθεί

λα είλαη πδξόθνβν.

MHC

• Υπάξρεη, ηέινο, θαη κηα θαηεγνξία γνληδίσλ, ε πνιπγνληδηαθή νηθνγέλεηα MHC, πνπ βξίζθεηαη θάησ από εμειηθηηθή πίεζε πξνθεηκέλνπ ηα κέιε ηεο λα απνθιίλνπλ θαη λα δηαθνξνπνηεζνύλ.

TA

PB

P

DP

B1

DP

A1

DO

A

DM

AD

MB

TA

P2

LM

P7

DO

B

DQ

B1

DQ

A1

DR

B1

DR

B3

DR

A

BT

LII

TA

P1

LM

P2

HLA-DP HLA-DMTAP

LMPHLA-DQ HLA-DR

HLA-DO

TAPASIN

NO

TC

H4

RA

GE

C4B

C4A

Bf

C2

HSP

A1B

HSP

A1A

G6d

G6f

AIF

11C

7L

ST

1L

TB

TN

FAHSP

A1L

G6b

LT

AN

FK

BIL

1

regulatory

receptors

complement

components

heat-shock immune

receptors

TNFinflammation

MIC

BM

ICA

HL

A-B

HL

A-C

HL

A-E

HL

A-A

HL

A-G

HL

A-F

BT

N2A

1B

TN

3A

3B

TN

2A

3B

TN

3A

1B

TN

2A

2B

TN

3A

2

HF

EMO

G

BT

N1A

1

Class I-

likeClass I Co-receptors? Class I-like

Fe uptake

Class II

Class III

Class I

• Μάιηζηα, ν ξπζκόο ησλ κε ζπλώλπκσλ ππνθαηαζηάζεσλ είλαη κεγαιύηεξνο απ΄ απηόλ ησλ ζπλώλπκσλ. Τα πξσηετληθά πξνηόληα απηώλ ησλ γνληδίσλ εκπιέθνληαη ζηελ ηθαλόηεηα ηνπ αλνζνινγηθνύ ζπζηήκαηνο λ΄ αλαγλσξίδεη μέλα αληηγόλα, έηζη ζηνπο αλζξώπηλνπο πιεζπζκνύο παξαηεξείηαη ην 90% ησλ αηόκσλ λα παίξλνπλ από ηνπο γνλείο ηνπο δηαθνξεηηθά ζεη γνληδίσλ MHC (ζε 200 άηνκα παξαηεξνύληαη θαηά κέζν όξν 15 κε 30 αιιειόκνξθα δηαθνξεηηθά, θάηη πνπ επλνείηαη από ηε θπζηθή επηινγή).

The Major Histocompatibility Complex

Human

Mouse

DP DQ DR B C A

K I-A I-E D L

Chromosome 6

Chromosome 17

Class II Class III Class I

Class IIClass III Class I

Class I

Complement

ProteinsCytokines Class I-like genes

and pseduogenes

Antigen Processing

Genes

Ρςθμόρ εξέλιξηρ ηος

μιηοσονδπιακού DNA (mt

DNA)

• Τν mtDNA ηνπ αλζξώπνπ είλαη ην 1/10000 ηνπ κεγέζνπο ηνπ ππξεληθνύ γνληδηώκαηνο θαη θσδηθνπνηεί 2 rRNAs, 22 tRNAs θαη 13 πξσηεΐλεο. Είλαη πνιύ ρξήζηκν «εξγαιείν» γηα εμειηθηηθέο κειέηεο ιόγσ ηνπ κηθξνύ κεγέζνπο ηνπ θαη ηνπ εμαηξεηηθά πςεινύ ξπζκνύ εμέιημεο πνπ εκθαλίδεη. Ο ηειεπηαίνο (θαηά κέζν όξν) όζνλ αθνξά ηηο ζπλώλπκεο ππνθαηαζηάζεηο είλαη 5,7 Φ 10-8 ππνθαηαζηάζεηο, αλά ζέζε, αλά έηνο (ζηα ζειαζηηθά) , πεξίπνπ 10 θνξέο δειαδή εθείλνπ ηνπ ξπζκνύ πνπ εκθαλίδνπλ νη ζπλώλπκεο ππνθαηαζηάζεηο ζηα ππξεληθά γνλίδηα. Αθόκα θαη ν εμειηθηηθόο ξπζκόο ησλ κε ζπλώλπκσλ ζέζεσλ εκθαλίδεηαη πνιύ κεγαιύηεξνο ηνπ αληίζηνηρνπ ησλ ππξεληθώλ γνληδίσλ .

• Τν mtDNA ησλ δώσλ κπνξεί λα ππόθεηηαη ζε ηόζν γξήγνξεο εμειηθηηθέο αιιαγέο ιόγσ κεγαιύηεξνπ ζθάικαηνο πνπ παξνπζηάδεηαη ζηελ αληηγξαθή θαη επηδηόξζσζε ηνπ (νη κηηνρνλδξηαθέο DNA-πνιπκεξάζεο δελ είλαη πςειήο πηζηόηεηαο όπσο νη ππξεληθέο).

• Αθόκα, ε παξνπζία ειεύζεξσλ ξηδώλ νμπγόλνπ ζε κεγάιε ζπγθέληξσζε, πνπ νθείιεηαη ζηηο κεηαβνιηθέο δηαδηθαζίεο πνπ επηηεινύληαη ζηα κηηνρόλδξηα, κπνξεί λα είλαη ε αηηία ηεο πςειήο ηηκήο ππνθαηαζηάζεσλ πνπ παξαηεξείηαη.

• Αθόκα, ε εμειηθηηθή πίεζε πνπ απνκαθξύλεη πνιιέο κεηαιιαγέο ζηα ππξεληθά γνλίδηα, είλαη πην ραιαξή ζηα κηηνρόλδξηα δηόηη ηα πεξηζζόηεξα θύηηαξα πεξηέρνπλ αξθεηέο δεθάδεο κηηνρνλδξίσλ.

• Επηπιένλ, ην mtDNA ησλ ζειαζηηθώλ δηαθέξεη από ην ππξεληθό επεηδή ε πιεηνλόηεηα απηνύ θιεξνλνκείηαη από ηε κεηέξα. Τα κηηνρόλδξηα βξίζθνληαη ζην θπηηαξόπιαζκα θαη είλαη γλσζηό όηη ζην θπηηαξόπιαζκα ηνπ δπγσηνύ ζπλεηζθέξεη κόλν ην σάξην ηεο κεηέξαο.

• Έηζη, ην mtDNA δελ ππόθεηηαη ζηε δηαδηθαζία ηεο κείσζεο θαη όινη νη απόγνλνη πξέπεη λάλαη αθξηβώο όκνηνη κε ην κεηξηθό γελόηππν γηα ηηο αιιεινπρίεο ηνπ mtDNA.

• Γηα όινπο απηνύο ηνπο ιόγνπο ην mtDNA απνηειεί ρξήζηκν εξγαιείν γηα ηε ζύγθξηζε ζηελά (εμειηθηηθά) ζπλδεδεκέλσλ εηδώλ ή αηόκσλ.

ΜΟΡΙΑΚΑ ΡΟΛΟΓΙΑ • Παξόιν πνπ νη δηαθνξέο ζηηο ηηκέο λνπθιενηηδηθώλ θαη

ακηλνμηθώλ ππνθαηαζηάζεσλ κεηαμύ ππξεληθώλ γνληδίσλ πνηθίινπλ κε βάζε ηνπο δηαθνξεηηθνύο επηινγηθνύο πεξηνξηζκνύο ησλ αληίζηνηρσλ πξσηετλώλ, ελ ηνύηνηο ν ξπζκόο κνξηαθήο εμέιημεο γελεηηθώλ ηόπσλ κε παξόκνηνπο ιεηηνπξγηθνύο πεξηνξηζκνύο κπνξεί λα είλαη ζηαζεξόο γηα κεγάιεο πεξηόδνπο, ζηα βάζε ηνπ εμειηθηηθνύ ρξόλνπ.

• Πξάγκαηη, ζπγθξηηηθέο κειέηεο ησλ Emile Zuckerkandl θαη Linus Pauling ζε πξσηετληθέο αιιεινπρίεο από ηε δεθαεηία ηνπ ’60 πξνζέθεξαλ απνδείμεηο γηα ζηαζεξό ξπζκό ππνθαηάζηαζεο ζε νκόινγεο πξσηεΐλεο, γηα δεθάδεο εθαηνκκύξηα ρξόληα. Απηό νδήγεζε ηνπο επηζηήκνλεο ζην λα παξνκνηάζνπλ ηε ζπζζώξεπζε ακηλνμηθώλ αιιαγώλ κε ην ζηαζεξό ξπζκό πνπ ρηππάεη έλα ξνιόη, θη έηζη δεκηνπξγήζεθε ε ηδέα ηνπ κνξηαθνύ ξνινγηνύ.

•

Εξελικηικόρ ζςνηηπηηιζμόρ και

λειηοςπγικόηηηα ζε ωπιζμένερ ππωηείνερ.

Μοπιακά πολόγια. • Κπηόρξωκα C

• Σα κηηνρνλδξηαθά έλδπκα εμειίζζνληαη κε αξγόηεξν ξπζκό ζε ζρέζε κε ηα νκόινγα ηνπο (παξάηξνπα) πνπ δξνύλ ζην θπηηαξόπιαζκα.

• Μνξηαθά ξνιόγηα • Ο ξπζκόο ακηλνμηθήο ππνθαηάζηαζεο είλαη ν ίδηνο γηα

ζπγθεθξηκέλεο πξωηείλεο ζηα ζειαζηηθά.

• Δηλαη εκπεηξηθό

• Δηλαη ζηνραζηηθό

• Τπάξρνπλ πνιιέο εμαηξέζεηο

• Αλαθξηβήο ππνινγηζκόο ηνπ απόιπηνπ ξπζκνύ ακ. ππνθαηάζηαζεο.

• Διεγρνο ηνπ ζρεηηθνύ ξπζκνύ

• Ο ξπζκόο ακηλνμηθήο ππνθαηάζηαζεο πνηθίιεη κεηαμύ ηωλ νξγαληζκώλ (θαη ηωλ ιεηηνπξγηώλ) αιιά γηα κεγάινπο εμειηθηηθνύο ρξόλνπζ κπνξεί λα ζεωξεζή ζηαζεξόο.

• Τν κνξηαθό ξνιόη κπνξεί λα ιεηηνπξγεί κε δηαθνξεηηθό ξπζκό ζηηο δηάθνξεο πξσηεΐλεο, όκσο ν αξηζκόο ησλ δηαθνξώλ αλάκεζα ζε δύν νκόινγεο πξσηεΐλεο θαίλεηαη λα ζρεηίδεηαη πνιύ θαιά κε ην ρξόλν απόθιηζεο ησλ αληίζηνηρσλ εηδώλ. Απηό ήηαλ έλα πνιύ ζεκαληηθό θίλεηξν γηα ηελ άκεζε ρξεζηκνπνίεζε βηνινγηθώλ κνξίσλ ζε εμειηθηηθέο κειέηεο, πξνθεηκέλνπ λα πξνζεγγηζηνύλ νη θπινγελεηηθέο ζρέζεηο κεηαμύ εηδώλ.

• Παξά ηηο όπνηεο ππνζρέζεηο πνπ δηεθάλεζαλ, όκσο, ε ππόζεζε ηνπ κνξηαθνύ ξνινγηνύ εκπεξηέρεη θαη θάπνηεο αληηθάζεηο. Οη θιαζζηθνί εμειηθηηθνί ππνζηεξίδνπλ όηη ν αθαλόληζηνο ξπζκόο ηεο κνξθνινγηθήο εμέιημεο είλαη κε ζπκβαηόο κε ην ζηαζεξό ξπζκό ηεο κνξηαθήο αιιαγήο πνπ ππνζηεξίδεη ην ξνιόη.

Πολςγονιδιακέρ οικογένειερ

• Ο γνληδηαθόο δηπιαζηαζκόο έρεη δηαδξακαηίζεη πνιύ ζεκαληηθό ξόιν ζηελ αύμεζε ηνπ κεγέζνπο ηνπ γνληδηώκαηνο θαη, θαηά ζπλέπεηα, θαη ηνπ πιεξνθνξηαθνύ πεξηερνκέλνπ ηνπ, θαζώο θαη ζηε δεκηνπξγία νηθνγελεηώλ γνληδίσλ πνπ κπνξεί λα απνθιίλνπλ σο πξνο ηε λνπθιενηηδηθή ηνπο αιιεινπρία. Σηνπο επθαξπσηηθνύο νξγαληζκνύο ζπλαληνύκε ζπρλά πνιιαπιά αληίγξαθα γνληδίσλ πνπ βξίζθνληαη δηεπζεηεκέλα ην έλα δίπια ζην άιιν, θαη όια ηνπο έρνπλ ηαπηόζεκεο ή πνιύ παξόκνηεο αιιεινπρίεο. Απηέο νη πνιπγνληδηαθέο νηθνγέλεηεο είλαη ζύλνια ζρεηηδόκελσλ γνληδίσλ πνπ εμειίρηεθαλ κέζσ δηπιαζηαζκώλ από θάπνην (-α) πξνγνληθό (-α) γνλίδην (-α).

Πολςγονιδιακέρ οικογένειερ

• Τέηνηεο νηθνγέλεηεο έρνπλ βξεζεί ζε όινπο ηνπο επθαξπσηηθνύο νξγαληζκνύο πνπ έρνπλ κειεηεζεί κέρξη ζήκεξα, θαη ν αξηζκόο ησλ αληηγξάθσλ ζε κηα νηθνγέλεηα θπκαίλεηαη από δπν κέρξη πεξηζζόηεξα από 106. Σην αλζξώπηλν γνληδίσκα, γηα παξάδεηγκα, ε Alu αιιεινπρία ζπγθξνηεί κηα νηθνγέλεηα κε πεξηζζόηεξα από 500.000 αληίγξαθα.

• Ο αξηζκόο ησλ δηαθόξσλ νηθνγελεηώλ αλά γνληδίσκα ζπρλά αλέξρεηαη ζε κεξηθέο εθαηνληάδεο, θαη ηα κέιε κηαο νηθνγέλεηαο κπνξεί λα βξίζθνληαη είηε ζπγθεληξσκέλα πάλσ ζε έλα ρξσκόζσκα ή δηάζπαξηα αλάκεζα ζε άιια γνλίδηα ζε δηαθνξεηηθά ρξσκνζώκαηα.

• Έλα θιαζηθό παξάδεηγκα πνιπγνληδηαθήο νηθνγέλεηαο απνηεινύλ ηα γνλίδηα ησλ ζθαηξηλώλ, πνπ θσδηθνπνηνύλ ηηο πξσηεΐλεο πνπ κεηαθέξνπλ ην νμπγόλν ζην αίκα καο. Σηνλ άλζξσπν ε πνιπγνληδηαθή απηή νηθνγέλεηα απνηειείηαη από 7 γνλίδηα α-like-ζθαηξηλώλ πνπ θσδηθνπνηνύληαη ζην ρξσκόζσκα 16 θαη 6 γνλίδηα β-like-ζθαηξηλώλ πνπ βξίζθνληαη ζην ρξσκόζσκα 11. Σπλαληώληαη θαη ζε άιια δώα, αθόκα θαη ζε θπηά, πξάγκα πνπ ππνδειώλεη πσο πξόθεηηαη γηα κηα πνιύ αξραία γνληδηαθή νηθνγέλεηα.

• Σρεδόλ όια ηα ιεηηνπξγηθά γνλίδηα ησλ ζθαηξηλώλ έρνπλ 3 εμόληα πνπ δηαρσξίδνληαη από 2 ηληξόληα.

• Όκσο, ηόζν ν αξηζκόο όζν θαη ε ζεηξά ησλ γνληδίσλ ησλ ζθαηξηλώλ πνηθίιεη κεηαμύ ησλ εηδώλ. Φαίλεηαη πσο έλα πξνγνληθό γνλίδην, κάιινλ ε κπνζθαηξίλε, δηπιαζηάζηεθε θαη δηαθνξνπνηήζεθε πξνθεηκέλνπ λα δώζεη έλα α-like θαη έλα β-like γνλίδην.

• Τα γνλίδηα απηά ππνβιήζεθαλ ζηε ζπλέρεηα ζε δηαδνρηθνύο δηπιαζηαζκνύο, δεκηνπξγώληαο έηζη ηα α-like θαη β-like γνλίδηα πνπ ζπλαληάκε ζήκεξα.

OrganisationOrganisation of of globinglobin genesgenes

Fig. 21.16

Ρςθμοί και ππόηςπα αμινοξικών

ςποκαηαζηάζεων • Οκόινγεο αθνινπζίεο (πξνέξρνληαη από θνηλό

πξόγνλν).

• Αλάινγεο αθνινπζίεο (ζπγθιίλνπζα εμέιημε).

• Παξάηξνπα γνλίδηα (αλεμάξηεηα γνλίδηα πνπ

εμειίρζεθαλ ζηνλ ίδην νξγαληζκό από θνηλό πξόγνλν).

• Οξζόηξνπα γνλίδηα (δηαθνξνπνίεζε κεηα ηελ

δηαζπαζε ηνπ θνξέα ηνπο ζε δηαθνξεηηθά είδε).

• Τπνινγηζκόο ρξόλνπ δηάζπαζεο εηδώλ.

• Γξακκηθή αύμεζε ηνπ ρξόλνπ θπινγελεηηθήο

απόθιηζεο.

• Ρπζκνί εμέιημεο (θπηόρξωκα C, ηληδνγνπεπηίδην Α).

• Δεκηνπξγείηαη έηζη κηα πνηθηιόηεηα σο πξνο ηνλ αξηζκό ησλ αληηγξάθσλ. Δηπιαζηαζκέλνη γελεηηθνί ηόπνη κέζα ζε έλα είδνο νλνκάδνληαη παξάινγα γνλίδηα, ελώ ηα αληίζηνηρα γνλίδηα ζε δηαθνξεηηθά είδε νλνκάδνληαη νξζόινγα.

UWC - Program in Applied Biotechnology - BIO341 - Gene Discovery - 2001

HomologsHomologs, , orthologsorthologs, , paralogsparalogs

• Έηζη, νη αιπζίδεο α θαη β ησλ ζθαηξηλώλ ηνπ αλζξώπνπ ζεσξνύληαη παξάινγεο, ελώ νη β-ζθαηξίλεο ηνπ αλζξώπνπ θαη ηεο θόηαο ζεσξνύληαη νξζόινγεο.

• Οξηζκέλα κέιε ηεο πνιπγνληδηαθήο νηθνγέλεηαο ησλ ζθαηξηλώλ έρνπλ απνθιίλεη όζνλ αθνξά ηε ιεηηνπξγία ηνπο. Η κπνζθαηξίλε εθθξάδεηαη ζηνπο κύεο, ε αηκνζθαηξίλε ζηα εξπζξνθύηηαξα, ελώ ε έθθξαζε αξθεηώλ από ηα γνλίδηα ηεο αηκνζθαηξίλεο δηαθέξεη ζην εκβξπηθό, ζην θπεκαηηθό (fetal) θαη ζην ελήιηθν ζηάδηα ησλ ζειαζηηθώλ.

• Εθηόο από ηα ιεηηνπξγηθά κέιε ηεο νηθνγέλεηαο ησλ ζθαηξηλώλ ππάξρνπλ θαη ηα κε ιεηηνπξγηθά κέιε ή ςεπδνγνλίδηα. Απηά παξνπζηάδνπλ πνιπάξηζκεο λνπθιενηηδηθέο αληηθαηαζηάζεηο ζε ζρέζε κε ηα ιεηηνπξγηθά γνλίδηα, ζπκπεξηιακβαλνκέλσλ θαη κεηαιιαγώλ κεηαηόπηζεο ηνπ αλαγλσζηηθνύ πιαηζίνπ, θαζώο θαη ζρεκαηηζκό θσδηθνλίσλ ιήμεο ηα νπνία παξεκπνδίδνπλ ηελ πιήξε κεηάθξαζε πνπ ζα νδεγνύζε ζε έλα ιεηηνπξγηθό πνιππεπηίδην.

• Οη επαλαιακβαλόκελνη γνληδηαθνί δηπιαζηαζκνί απνηεινύλ κηα ζπλήζε εμειηθηηθή δηαδηθαζία, ελώ η’ αληίγξαθα ησλ γνληδίσλ ησλ ζθαηξηλώλ πνηθίινπλ θαη κέζα ζε θάπνηνπο πιεζπζκνύο αλζξώπσλ. Οη πεξηζζόηεξνη άλζξσπνη έρνπλ δύν γνλίδηα α-ζθαηξίλεο ζην Chr16 θάπνηα άηνκα έλα κόλν ζην Chr16, θαη θάπνηα άιια 3 ή 4 ζε έλα από ηα ρξσκνζώκαηα ηνπο. Όια απηά δείρλνπλ όηη νη δηπιαζηαζκνί θαη νη ειιείςεηο γνληδίσλ ζηηο πνιπγνληδηαθέο νηθνγέλεηεο είλαη κέξνο κηαο ζηαζεξήο πνξείαο πνπ ζπλερίδεηαη κέρξη θαη ζήκεξα.

Αποκλίνοςζα Εξέλιξη

Ανοζοβιολογική Απόζηαζη

• Βαζίδεηαη ζηελ έληαζε ηεο αλνζνβηνινγηθήο αληίδξαζεο κεηαμύ αληηγόλνπ θαη αληηνξώλ, πνπ έρνπλ γίλεη από πξωηείλεο δηαθνξεηηθώλ εηδώλ.

• Οζν πην κεγάιε είλαη ε νκνηόηεηα κεηαμύ ηεο πξωηείλεο πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε γηα παξαγωγή ηωλ αληηζωκάηωλ θαη κηαο μέλεο νκόινγεο πξωηείλεο, ηόζν πην έληνλε είλαη ε αληίδξαζε.

• Πνζηνζηό ιάζνπο:

• Πεηξακαηηθό ιάζνο (2%)

• Η πξωηείλε κπνξεί λα είλαη πνιπκνξθηθή θαη ηόηε ην ιάζνο είλαη κεγάιν γηα ζπγγελή είδε θαη κηθξό γηα απνκαθξπζκέλα.

• Η δηαζπνξά ηεο αλνζνβηνινγηθήο απόζηαζεο κπνξεί λα είλαη κεγαιύηεξε από ηελ κέζε ηηκή.

• Γελ ππάξρεη απζηεξή αλαινγία κεηαμύ ΑΑ θαη ακηλνμηθώλ ππνθαηαζηάζεωλ.