Konservuotos sekos DNR, RNR ir baltymuose — apibrėžimas ir svarba
Konservuotos sekos DNR, RNR ir baltymuose: apibrėžimas, evoliucijos reikšmė, genų funkcijų išsaugojimas ir svarba biologiniams tyrimams bei medicinai.
Konservatyvios sekos - tai panašios arba identiškos sekos, kurios pasitaiko DNR, taip pat RNR, baltymų ir angliavandenių sekos.
Šios sekos būdingos visoms rūšims. Tai rodo, kad evoliucijos eigoje šios sekos išliko nepaisant rūšių kaitos. Kuo toliau filogenetiniame medyje yra tam tikra išlikusi seka, tuo ji labiau išlikusi. Kadangi sekos informacija paprastai perduodama iš tėvų palikuonims per genus, išsaugota seka reiškia, kad yra išsaugotas genas.
Sekos išsaugojimas įvyksta tada, kai dėl mutacijų labai išsaugotoje srityje susiformuoja negyvybingos gyvybės formos, t. y. tokios, kurios yra pašalinamos natūralios atrankos būdu. Kitaip tariant, geno produktas yra gyvybiškai svarbus gyvybei, o jo funkciją sunaikina beveik visi sekos pokyčiai (mutacijos).
Svarba ir pavyzdžiai
Konservuotos sekos dažnai reiškia biologinę funkciją, kuri yra būtina organizmo išlikimui arba tam tikrai pagrindinei molekulinei funkcijai atlikti. Tipiniai pavyzdžiai:
- Ribosominė RNR (rRNAr) ir tRNR — labai išsaugotos dėl jų esminės reikšmės baltymų sintezei.
- Histonų baltymai ir kiti struktūriniai baltymai — jų sekos dažnai itin panašios tarp rūšių.
- Universaliai konservuoti baltymai, pavyzdžiui, citokromo c arba ribosominiai baltymai.
- Genų šeimos su konservuotais domenais (pvz., kinazės domenas, DNR-rišimo domenai), kurių funkcija priklauso nuo tam tikrų aminorūgščių.
- Reguliacinės nekoduojančios sekos (pvz., promotoriai, enhanceriai, miR kūrimo vietos) — kai kurios nekoduojančios sritys taip pat gali būti labai konservuotos.
Kaip nustatomos konservuotos sekos
Konservuotų sekų identifikavimui dažniausiai naudojami palyginimai tarp rūšių ir daugiasekcijų sulyginimai:
- Multiple sequence alignment (pvz., Clustal, MAFFT, MUSCLE) — leidžia vizualiai matyti, kurios dalys yra identiškos ar panašios.
- BLAST paieška — greita homologų paieška genetinėse duomenų bazėse.
- Komparatyvinė genomika ir filogenetiniai metodai — įvertina, kurios sekos išliko per evoliuciją įvairiose linijose.
- Konservacijos skaičiavimo įrankiai (pvz., PhastCons, PhyloP, ConSurf) — suteikia kiekybinius konservacijos balus ir parodo regionus, kuriuose atranka išlaikė seka.
Evoliucinės priežastys ir funkcinė reikšmė
Konservacijos pagrindinė priežastis yra neigiama (purifying) atranka — mutacijos, kurios sutrikdo gyvybiškai svarbias funkcijas, yra pašalinamos. Kitos priežastys:
- Struktūriniai apribojimai: baltymo erdvinė struktūra gali reikalauti tam tikrų aminorūgščių išlaikymo.
- Interakcijų ribotumai: sąveikos su kitomis molekulėmis reikalauja specifinių paviršiaus savybių.
- Kompensacinės mutacijos: kai viena mutacija neutralizuojama kita — kartais funkcija išsaugoma netgi su kintančia seka.
Konservuotos sekos paprastai sutampa su funkciniu reikšmingumu — mutacijos tokiose vietose dažniau sukelia fenotipinius pokyčius arba ligas. Dėl to jos dažnai naudojamos kaip diagnostikos ir variantų interpretacijos priemonė: mutacija labai konservuotoje vietoje greičiausiai bus patologiška.
Praktinis ir medicininis pritaikymas
Konservuotos sekos svarbios ne tik teorinei biologijai:
- Genetikos diagnostikoje: vertinant ar naujai atrasta mutacija gali būti ligos priežastis, vertinama jos buvimas konservuotose sritėse.
- Vaistų tyrimuose: konservuoti domenai arba baltymų aktyviosios vietos dažnai yra geri tikslo taikiniai.
- Evoliuciniai tyrimai: padeda rekonstruoti geno ar organizmo evoliuciją ir funkcinius pasikeitimus.
Ribotumai ir niuansai
Reikėtų atkreipti dėmesį į kelis svarbius aspektus:
- Ne visos funkcijos reikalauja griežtos sekos konservacijos — kai kurios funkcijos paremti struktūriniu elastingumu ar keliomis alternatyviomis sekomis.
- Konvergencinė evoliucija gali sukelti panašumą ne dėl bendros kilmės, o dėl panašių selekcinių slėgių.
- Konservacijos lygis priklauso nuo laiko (filogenetinės atstumo) ir pasirinktos grupės: regionas gali būti konservuotas tarp artimų rūšių, bet nepriklausyti tarp tolimų linijų.
Apibendrinant, konservuotos sekos yra svarbus indikatorius, rodantis evoliucinį ir funkcinį svarbą. Jų identifikavimas ir interpretacija yra kertiniai įrankiai tiek fundamentiniuose biologijos tyrimuose, tiek medicinoje ir biotechnologijose.
Žalia spalva paryškintos likučiai, būdingi įvairiems su G baltymais sujungtiems receptoriams.
Konservatyvios nukleino rūgščių sekos
Pagrindinė teorija, dėl kurios plačiai sutariama, yra ta, kad labai konservatyvios DNR sekos turi turėti funkcinę vertę, nors daugelio šių labai konservatyvių nekoduojančių DNR sekų vaidmuo nėra žinomas. Viename neseniai atliktame tyrime, kuriame buvo pašalintos keturios labai konservatyvios nekoduojančios DNR sekos pelėms, buvo gautos gyvybingos pelės, kurių fenotipai reikšmingai nesiskyrė; autoriai savo rezultatus apibūdino kaip "netikėtus". Taigi akivaizdu, kad čia yra kažkas, kas nesuprantama.
Daugelį DNR sričių, įskaitant labai konservatyvias DNR sekas, sudaro pasikartojančios sekos elementai. Jei iš pasikartojančių sekų rinkinio būtų pašalinta tik viena pasikartojanti seka, o pasikartojimai būtų nereikalingi, pelių organizme nebūtų pastebėta jokio skirtumo. Straipsnyje nepranešama, ar pašalintos sekos buvo pasikartojančios sekos.
Konservatyvios baltymų sekos ir struktūros
Kad ląstelės veiktų arba dalytųsi, dažnai reikia labai konservatyvių baltymų. Baltymų sekų išsaugojimą rodo identiškos aminorūgščių liekanos analogiškose baltymų dalyse. Baltymų struktūrų išsaugojimą rodo funkciniu požiūriu lygiaverčių, nors nebūtinai identiškų, aminorūgščių liekanų ir struktūrų buvimas tarp analogiškų baltymų dalių.
Toliau pateikiamas dviejų žmogaus cinko pirštų baltymų aminorūgščių sekų sulyginimas. Išsaugotos aminorūgščių sekos pažymėtos eilutėmis ∗ {\displaystyle \mathrm {*} }
trečioje sekų sulyginimo eilutėje. Kaip matyti iš šio lyginimo, šiuose dviejuose baltymuose yra nemažai konservatyvių aminorūgščių sekų (žymimų vienodomis raidėmis, kurios sulygiuotos tarp dviejų sekų).
Lyginamoji genomika
Daugelio genų šeimų evoliuciją ir funkcijas tirianti mokslinių tyrimų sritis vadinama lyginamąja genomika.
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra išsaugomos sekos?
Atsakymas: Išsaugotos sekos - tai panašios arba identiškos sekos, kurios pasitaiko DNR ir lemia RNR, baltymų ir angliavandenių sekas. Šios sekos pasitaiko visose rūšyse, o tai rodo, kad jos išliko evoliucijoje, nepaisant rūšių išsiskyrimo.
Klausimas: Ką reiškia, jei išsaugota seka pasitaiko toliau filogenetiniame medyje?
A: Jei konservatyvi seka randama toliau filogenetiniame medyje, ji yra labiau konservatyvi. Tai reiškia, kad ji iš esmės nepakito ilgesnį laiką.
K.: Ką išsaugota seka reiškia apie geną, kuriam ji atstovauja?
Atsakymas: Išsaugota seka reiškia, kad yra išsaugotas genas. Taip yra todėl, kad sekos informacija paprastai perduodama iš tėvų palikuonims per genus.
K: Kada seka išsaugoma?
Atsakymas: Sekos išsaugojimas įvyksta, kai dėl mutacijų labai išsaugotoje srityje susidaro negyvybingos gyvybės formos. Kitaip tariant, geno produktas yra gyvybiškai svarbus gyvybei, o jo funkciją sunaikina beveik visi sekos pokyčiai (mutacijos).
Klausimas: Kodėl konservatyvios sekos yra svarbios?
A: Išsaugotos sekos svarbios, nes jos įrodo evoliucinius ryšius tarp organizmų. Jos taip pat rodo, kad šiose sekose dalyvaujantys genai yra būtini gyvybei.
K: Kaip išsaugotos sekos perduodamos iš kartos į kartą?
A: Išsaugotos sekos paprastai perduodamos iš kartos į kartą per genus. Tai reiškia, kad jos paveldimos iš tėvų palikuonims per DNR.
K: Ar visos išsaugotų sekų mutacijos lemia negyvybingas gyvybės formas?
Atsakymas: Taip, beveik visos mutacijos labai išsaugotose srityse lemia negyvybingas gyvybės formas, nes geno produktas yra gyvybiškai svarbus gyvybei, o beveik visi sekos pokyčiai sunaikina jo funkciją.
Ieškoti